| 1 | #ifndef BZ_ARRAYSTENCILOPS_H
 | 
|---|
| 2 | #define BZ_ARRAYSTENCILOPS_H
 | 
|---|
| 3 | 
 | 
|---|
| 4 | // NEEDS_WORK: need to factor many of the stencils in terms of the
 | 
|---|
| 5 | // integer constants, e.g. 16*(A(-1,0)+A(0,-1)+A(0,1)+A(1,0))
 | 
|---|
| 6 | 
 | 
|---|
| 7 | #ifndef BZ_ARRAYSTENCIL_H
 | 
|---|
| 8 |  #error <blitz/array/stencilops.h> must be included via <blitz/array/stencil.h>
 | 
|---|
| 9 | #endif
 | 
|---|
| 10 | 
 | 
|---|
| 11 | #ifndef BZ_GEOMETRY_H
 | 
|---|
| 12 |  #include <blitz/array/geometry.h>
 | 
|---|
| 13 | #endif
 | 
|---|
| 14 | 
 | 
|---|
| 15 | #ifndef BZ_TINYMAT_H
 | 
|---|
| 16 |  #include <blitz/tinymat.h>
 | 
|---|
| 17 | #endif
 | 
|---|
| 18 | 
 | 
|---|
| 19 | BZ_NAMESPACE(blitz)
 | 
|---|
| 20 | 
 | 
|---|
| 21 | #define BZ_DECLARE_STENCIL_OPERATOR1(name,A)     \
 | 
|---|
| 22 |   template<class T>                              \
 | 
|---|
| 23 |   inline _bz_typename T::T_numtype name(T& A)    \
 | 
|---|
| 24 |   {
 | 
|---|
| 25 | 
 | 
|---|
| 26 | #define BZ_END_STENCIL_OPERATOR   }
 | 
|---|
| 27 | 
 | 
|---|
| 28 | #define BZ_DECLARE_STENCIL_OPERATOR3(name,A,B,C) \
 | 
|---|
| 29 |   template<class T>                              \
 | 
|---|
| 30 |   inline _bz_typename T::T_numtype name(T& A, T& B, T& C)    \
 | 
|---|
| 31 |   {
 | 
|---|
| 32 | 
 | 
|---|
| 33 | // These constants are accurate to 45 decimal places = 149 bits of mantissa
 | 
|---|
| 34 | const double recip_2 = .500000000000000000000000000000000000000000000;
 | 
|---|
| 35 | const double recip_4 = .250000000000000000000000000000000000000000000;
 | 
|---|
| 36 | const double recip_6 = .166666666666666666666666666666666666666666667;
 | 
|---|
| 37 | const double recip_8 = .125000000000000000000000000000000000000000000;
 | 
|---|
| 38 | const double recip_12 = .0833333333333333333333333333333333333333333333;
 | 
|---|
| 39 | const double recip_144 = .00694444444444444444444444444444444444444444444;
 | 
|---|
| 40 | 
 | 
|---|
| 41 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 42 |  * Laplacian Operators
 | 
|---|
| 43 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 44 | 
 | 
|---|
| 45 | BZ_DECLARE_STENCIL_OPERATOR1(Laplacian2D, A)
 | 
|---|
| 46 |     return -4*A(0,0) + A(-1,0) + A(1,0) + A(0,-1) + A(0,1);
 | 
|---|
| 47 | BZ_END_STENCIL_OPERATOR
 | 
|---|
| 48 | 
 | 
|---|
| 49 | BZ_DECLARE_STENCIL_OPERATOR1(Laplacian3D, A)
 | 
|---|
| 50 |     return -6*A(0,0,0) + A(-1,0,0) + A(1,0,0) + A(0,-1,0) + A(0,1,0)
 | 
|---|
| 51 |         + A(0,0,-1) + A(0,0,1);
 | 
|---|
| 52 | BZ_END_STENCIL_OPERATOR
 | 
|---|
| 53 | 
 | 
|---|
| 54 | BZ_DECLARE_STENCIL_OPERATOR1(Laplacian2D4, A)
 | 
|---|
| 55 |     return -1*A(-2,0) + 16*A(-1,0) -A(0,-2) + 16*A(0,-1) -60*A(0,0)
 | 
|---|
| 56 |       +16*A(0,1) -A(0,2) + 16*A(1,0) - A(2,0);
 | 
|---|
| 57 | BZ_END_STENCIL_OPERATOR
 | 
|---|
| 58 | 
 | 
|---|
| 59 | BZ_DECLARE_STENCIL_OPERATOR1(Laplacian2D4n, A)
 | 
|---|
| 60 |     return Laplacian2D4(A) * recip_12;
 | 
|---|
| 61 | BZ_END_STENCIL_OPERATOR
 | 
|---|
| 62 | 
 | 
|---|
| 63 | BZ_DECLARE_STENCIL_OPERATOR1(Laplacian3D4, A)
 | 
|---|
| 64 |     return -1*A(-2,0,0) + 16*A(-1,0,0) -A(0,-2,0) + 16*A(0,-1,0) -90*A
 | 
|---|
| 65 |       +16*A(0,1,0) -A(0,2,0) + 16*A(1,0,0) - A(2,0,0)
 | 
|---|
| 66 |       - A(0,0,-2) + 16*A(0,0,-1) + 16*A(0,0,1) - A(0,0,2);
 | 
|---|
| 67 | BZ_END_STENCIL_OPERATOR
 | 
|---|
| 68 | 
 | 
|---|
| 69 | BZ_DECLARE_STENCIL_OPERATOR1(Laplacian3D4n, A)
 | 
|---|
| 70 |     return Laplacian3D4(A) * recip_12;
 | 
|---|
| 71 | BZ_END_STENCIL_OPERATOR
 | 
|---|
| 72 | 
 | 
|---|
| 73 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 74 |  * Derivatives
 | 
|---|
| 75 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 76 | 
 | 
|---|
| 77 | #define BZ_DECLARE_DIFF(name)  \
 | 
|---|
| 78 |   template<class T> \
 | 
|---|
| 79 |   inline _bz_typename T::T_numtype name(T& A, int dim = firstDim)
 | 
|---|
| 80 | 
 | 
|---|
| 81 | #define BZ_DECLARE_MULTIDIFF(name) \
 | 
|---|
| 82 |   template<class T> \
 | 
|---|
| 83 |   inline _bz_typename multicomponent_traits<_bz_typename     \
 | 
|---|
| 84 |      T::T_numtype>::T_element name(T& A, int comp, int dim)
 | 
|---|
| 85 | 
 | 
|---|
| 86 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 87 |  * Central differences with accuracy O(h^2)
 | 
|---|
| 88 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 89 | 
 | 
|---|
| 90 | BZ_DECLARE_DIFF(central12) {
 | 
|---|
| 91 |   return A.shift(1,dim) - A.shift(-1,dim);
 | 
|---|
| 92 | }
 | 
|---|
| 93 | 
 | 
|---|
| 94 | BZ_DECLARE_DIFF(central22) {
 | 
|---|
| 95 |   return A.shift(-1,dim) - 2 * A + A.shift(+1,dim);
 | 
|---|
| 96 | }
 | 
|---|
| 97 | 
 | 
|---|
| 98 | BZ_DECLARE_DIFF(central32) {
 | 
|---|
| 99 |   return -A.shift(-2,dim) + 2*A.shift(-1,dim) -2*A.shift(+1,dim) + A.shift(+2,dim);
 | 
|---|
| 100 | }
 | 
|---|
| 101 | 
 | 
|---|
| 102 | BZ_DECLARE_DIFF(central42) {
 | 
|---|
| 103 |   return A.shift(-2,dim) -4*A.shift(-1,dim) +6*A.shift(0,dim) -4*A.shift(1,dim)
 | 
|---|
| 104 |     +A.shift(2,dim);
 | 
|---|
| 105 | }
 | 
|---|
| 106 | 
 | 
|---|
| 107 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 108 |  * Central differences with accuracy O(h^2)  (multicomponent versions)
 | 
|---|
| 109 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 110 | 
 | 
|---|
| 111 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central12) {
 | 
|---|
| 112 |   return A.shift(1,dim)[comp] - A.shift(-1,dim)[comp];
 | 
|---|
| 113 | }
 | 
|---|
| 114 | 
 | 
|---|
| 115 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central22) {
 | 
|---|
| 116 |   return A.shift(-1,dim)[comp] - 2 * (*A)[comp] + A.shift(+1,dim)[comp];
 | 
|---|
| 117 | }
 | 
|---|
| 118 | 
 | 
|---|
| 119 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central32) {
 | 
|---|
| 120 |   return -A.shift(-2,dim)[comp] + 2*A.shift(-1,dim)[comp] 
 | 
|---|
| 121 |     -2*A.shift(+1,dim)[comp] + A.shift(+2,dim)[comp];
 | 
|---|
| 122 | }
 | 
|---|
| 123 | 
 | 
|---|
| 124 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central42) {
 | 
|---|
| 125 |   return A.shift(-2,dim)[comp] -4*A.shift(-1,dim)[comp] 
 | 
|---|
| 126 |     +6*A.shift(0,dim)[comp] -4*A.shift(1,dim)[comp] +A.shift(2,dim)[comp];
 | 
|---|
| 127 | }
 | 
|---|
| 128 | 
 | 
|---|
| 129 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 130 |  * Central differences with accuracy O(h^2)  (normalized versions)
 | 
|---|
| 131 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 132 | 
 | 
|---|
| 133 | BZ_DECLARE_DIFF(central12n) {
 | 
|---|
| 134 |   return central12(A,dim) * recip_2;
 | 
|---|
| 135 | }
 | 
|---|
| 136 | 
 | 
|---|
| 137 | BZ_DECLARE_DIFF(central22n) {
 | 
|---|
| 138 |   return central22(A,dim);
 | 
|---|
| 139 | }
 | 
|---|
| 140 | 
 | 
|---|
| 141 | BZ_DECLARE_DIFF(central32n) {
 | 
|---|
| 142 |   return central32(A,dim) * recip_2;
 | 
|---|
| 143 | }
 | 
|---|
| 144 | 
 | 
|---|
| 145 | BZ_DECLARE_DIFF(central42n) {
 | 
|---|
| 146 |   return central42(A,dim);
 | 
|---|
| 147 | }
 | 
|---|
| 148 | 
 | 
|---|
| 149 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 150 |  * Central differences with accuracy O(h^2)  (normalized multicomponent)
 | 
|---|
| 151 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 152 | 
 | 
|---|
| 153 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central12n) {
 | 
|---|
| 154 |   return central12(A,comp,dim) * recip_2;
 | 
|---|
| 155 | }
 | 
|---|
| 156 | 
 | 
|---|
| 157 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central22n) {
 | 
|---|
| 158 |   return central22(A,comp,dim);
 | 
|---|
| 159 | }
 | 
|---|
| 160 | 
 | 
|---|
| 161 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central32n) {
 | 
|---|
| 162 |   return central32(A,comp,dim) * recip_2;
 | 
|---|
| 163 | }
 | 
|---|
| 164 | 
 | 
|---|
| 165 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central42n) {
 | 
|---|
| 166 |   return central42(A,comp,dim);
 | 
|---|
| 167 | }
 | 
|---|
| 168 | 
 | 
|---|
| 169 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 170 |  * Central differences with accuracy O(h^4)  
 | 
|---|
| 171 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 172 | 
 | 
|---|
| 173 | BZ_DECLARE_DIFF(central14) {
 | 
|---|
| 174 |   return (A.shift(-2,dim) - A.shift(2,dim)) 
 | 
|---|
| 175 |      + 8*(A.shift(1,dim)-A.shift(-1,dim));
 | 
|---|
| 176 | }
 | 
|---|
| 177 | 
 | 
|---|
| 178 | BZ_DECLARE_DIFF(central24) {
 | 
|---|
| 179 |   return -30*A + 16*(A.shift(-1,dim)+A.shift(1,dim))
 | 
|---|
| 180 |     - (A.shift(-2,dim)+A.shift(2,dim));
 | 
|---|
| 181 | }
 | 
|---|
| 182 | 
 | 
|---|
| 183 | BZ_DECLARE_DIFF(central34) {
 | 
|---|
| 184 |   return A.shift(-3,dim) - 8*A.shift(-2,dim) +13*A.shift(-1,dim) 
 | 
|---|
| 185 |      -13*A.shift(1,dim)+8*A.shift(2,dim)-A.shift(3,dim);
 | 
|---|
| 186 | }
 | 
|---|
| 187 | 
 | 
|---|
| 188 | BZ_DECLARE_DIFF(central44) {
 | 
|---|
| 189 |   return -1*A.shift(-3,dim)+12*A.shift(-2,dim)-39*A.shift(-1,dim)
 | 
|---|
| 190 |     +56*A-39*A.shift(1,dim)+12*A.shift(2,dim)-A.shift(3,dim);
 | 
|---|
| 191 | }
 | 
|---|
| 192 | 
 | 
|---|
| 193 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 194 |  * Central differences with accuracy O(h^4)  (multicomponent versions)
 | 
|---|
| 195 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 196 | 
 | 
|---|
| 197 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central14) {
 | 
|---|
| 198 |   return A.shift(-2,dim)[comp] - 8 * A.shift(-1,dim)[comp] 
 | 
|---|
| 199 |     + 8 * A.shift(1,dim)[comp] - A.shift(2,dim)[comp];
 | 
|---|
| 200 | }
 | 
|---|
| 201 | 
 | 
|---|
| 202 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central24) {
 | 
|---|
| 203 |   return - A.shift(-2,dim)[comp] + 16*A.shift(-1,dim)[comp] - 30*(*A)[comp]
 | 
|---|
| 204 |     + 16*A.shift(1,dim)[comp] - A.shift(2,dim)[comp];
 | 
|---|
| 205 | }
 | 
|---|
| 206 | 
 | 
|---|
| 207 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central34) {
 | 
|---|
| 208 |   return A.shift(-3,dim)[comp] - 8*A.shift(-2,dim)[comp] 
 | 
|---|
| 209 |     +13*A.shift(-1,dim)[comp] - 13*A.shift(1,dim)[comp] 
 | 
|---|
| 210 |     + 8*A.shift(2,dim)[comp] - A.shift(3,dim)[comp];
 | 
|---|
| 211 | }
 | 
|---|
| 212 | 
 | 
|---|
| 213 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central44) {
 | 
|---|
| 214 |   return -1*A.shift(-3,dim)[comp]+12*A.shift(-2,dim)[comp]
 | 
|---|
| 215 |     -39*A.shift(-1,dim)[comp] +56*(*A)[comp]-39*A.shift(1,dim)[comp]
 | 
|---|
| 216 |     +12*A.shift(2,dim)[comp]-A.shift(3,dim)[comp];
 | 
|---|
| 217 | }
 | 
|---|
| 218 | 
 | 
|---|
| 219 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 220 |  * Central differences with accuracy O(h^4)  (normalized)
 | 
|---|
| 221 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 222 | 
 | 
|---|
| 223 | BZ_DECLARE_DIFF(central14n) {
 | 
|---|
| 224 |   return central14(A,dim) * recip_12;
 | 
|---|
| 225 | }
 | 
|---|
| 226 | 
 | 
|---|
| 227 | BZ_DECLARE_DIFF(central24n) {
 | 
|---|
| 228 |   return central24(A,dim) * recip_12;
 | 
|---|
| 229 | }
 | 
|---|
| 230 | 
 | 
|---|
| 231 | BZ_DECLARE_DIFF(central34n) {
 | 
|---|
| 232 |   return central34(A,dim) * recip_8;
 | 
|---|
| 233 | }
 | 
|---|
| 234 | 
 | 
|---|
| 235 | BZ_DECLARE_DIFF(central44n) {
 | 
|---|
| 236 |   return central44(A,dim) * recip_6;
 | 
|---|
| 237 | }
 | 
|---|
| 238 | 
 | 
|---|
| 239 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 240 |  * Central differences with accuracy O(h^4)  (normalized, multicomponent)
 | 
|---|
| 241 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 242 | 
 | 
|---|
| 243 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central14n) {
 | 
|---|
| 244 |   return central14(A,comp,dim) * recip_12;
 | 
|---|
| 245 | }
 | 
|---|
| 246 | 
 | 
|---|
| 247 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central24n) {
 | 
|---|
| 248 |   return central24(A,comp,dim) * recip_12;
 | 
|---|
| 249 | }
 | 
|---|
| 250 | 
 | 
|---|
| 251 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central34n) {
 | 
|---|
| 252 |   return central34(A,comp,dim) * recip_8;
 | 
|---|
| 253 | }
 | 
|---|
| 254 | 
 | 
|---|
| 255 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(central44n) {
 | 
|---|
| 256 |   return central44(A,comp,dim) * recip_6;
 | 
|---|
| 257 | }
 | 
|---|
| 258 | 
 | 
|---|
| 259 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 260 |  * Backward differences with accuracy O(h)
 | 
|---|
| 261 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 262 | 
 | 
|---|
| 263 | BZ_DECLARE_DIFF(backward11) {
 | 
|---|
| 264 |   return A - A.shift(-1,dim);
 | 
|---|
| 265 | }
 | 
|---|
| 266 | 
 | 
|---|
| 267 | BZ_DECLARE_DIFF(backward21) {
 | 
|---|
| 268 |   return A -2*A.shift(-1,dim) + A.shift(-2,dim);
 | 
|---|
| 269 | }
 | 
|---|
| 270 | 
 | 
|---|
| 271 | BZ_DECLARE_DIFF(backward31) {
 | 
|---|
| 272 |   return A -3*A.shift(-1,dim) + 3*A.shift(-2,dim)-A.shift(-3,dim);
 | 
|---|
| 273 | }
 | 
|---|
| 274 | 
 | 
|---|
| 275 | BZ_DECLARE_DIFF(backward41) {
 | 
|---|
| 276 |   return A - 4*A.shift(-1,dim) + 6*A.shift(-2,dim) -4*A.shift(-3,dim) 
 | 
|---|
| 277 |     + A.shift(-4,dim);
 | 
|---|
| 278 | }
 | 
|---|
| 279 | 
 | 
|---|
| 280 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 281 |  * Backward differences with accuracy O(h) (multicomponent versions)
 | 
|---|
| 282 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 283 | 
 | 
|---|
| 284 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward11) {
 | 
|---|
| 285 |   return (*A)[comp] - A.shift(-1,dim)[comp];
 | 
|---|
| 286 | }
 | 
|---|
| 287 | 
 | 
|---|
| 288 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward21) {
 | 
|---|
| 289 |   return (*A)[comp] -2*A.shift(-1,dim)[comp] + A.shift(-2,dim)[comp];
 | 
|---|
| 290 | }
 | 
|---|
| 291 | 
 | 
|---|
| 292 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward31) {
 | 
|---|
| 293 |   return (*A)[comp] -3*A.shift(-1,dim)[comp] + 3*A.shift(-2,dim)[comp]
 | 
|---|
| 294 |     -A.shift(-3,dim)[comp];
 | 
|---|
| 295 | }
 | 
|---|
| 296 | 
 | 
|---|
| 297 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward41) {
 | 
|---|
| 298 |   return (*A)[comp] - 4*A.shift(-1,dim)[comp] + 6*A.shift(-2,dim)[comp]
 | 
|---|
| 299 |     -4*A.shift(-3,dim)[comp] + A.shift(-4,dim)[comp];
 | 
|---|
| 300 | }
 | 
|---|
| 301 | 
 | 
|---|
| 302 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 303 |  * Backward differences with accuracy O(h)  (normalized)
 | 
|---|
| 304 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 305 | 
 | 
|---|
| 306 | BZ_DECLARE_DIFF(backward11n) { return backward11(A,dim); }
 | 
|---|
| 307 | BZ_DECLARE_DIFF(backward21n) { return backward21(A,dim); }
 | 
|---|
| 308 | BZ_DECLARE_DIFF(backward31n) { return backward31(A,dim); }
 | 
|---|
| 309 | BZ_DECLARE_DIFF(backward41n) { return backward41(A,dim); }
 | 
|---|
| 310 | 
 | 
|---|
| 311 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 312 |  * Backward differences with accuracy O(h)  (normalized, multicomponent)
 | 
|---|
| 313 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 314 | 
 | 
|---|
| 315 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward11n) { return backward11(A,comp,dim); }
 | 
|---|
| 316 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward21n) { return backward21(A,comp,dim); }
 | 
|---|
| 317 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward31n) { return backward31(A,comp,dim); }
 | 
|---|
| 318 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward41n) { return backward41(A,comp,dim); }
 | 
|---|
| 319 | 
 | 
|---|
| 320 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 321 |  * Backward differences with accuracy O(h^2)
 | 
|---|
| 322 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 323 | 
 | 
|---|
| 324 | BZ_DECLARE_DIFF(backward12) {
 | 
|---|
| 325 |   return 3*A -4*A.shift(-1,dim) + A.shift(-2,dim);
 | 
|---|
| 326 | }
 | 
|---|
| 327 | 
 | 
|---|
| 328 | BZ_DECLARE_DIFF(backward22) {
 | 
|---|
| 329 |   return 2*A -5*A.shift(-1,dim) + 4*A.shift(-2,dim) -1*A.shift(-3,dim);
 | 
|---|
| 330 | }
 | 
|---|
| 331 | 
 | 
|---|
| 332 | BZ_DECLARE_DIFF(backward32) {
 | 
|---|
| 333 |   return 5*A - 18*A.shift(-1,dim) + 24*A.shift(-2,dim) -14*A.shift(-3,dim) 
 | 
|---|
| 334 |     + 3*A.shift(-4,dim);
 | 
|---|
| 335 | }
 | 
|---|
| 336 | 
 | 
|---|
| 337 | BZ_DECLARE_DIFF(backward42) {
 | 
|---|
| 338 |   return 3*A -14*A.shift(-1,dim) + 26*A.shift(-2,dim) -24*A.shift(-3,dim) 
 | 
|---|
| 339 |     + 11*A.shift(-4,dim) -2*A.shift(-5,dim);
 | 
|---|
| 340 | }
 | 
|---|
| 341 | 
 | 
|---|
| 342 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 343 |  * Backward differences with accuracy O(h^2) (multicomponent versions)
 | 
|---|
| 344 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 345 | 
 | 
|---|
| 346 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward12) {
 | 
|---|
| 347 |   return 3*(*A)[comp] -4*A.shift(-1,dim)[comp] + A.shift(-2,dim)[comp];
 | 
|---|
| 348 | }
 | 
|---|
| 349 | 
 | 
|---|
| 350 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward22) {
 | 
|---|
| 351 |   return 2*(*A)[comp] -5*A.shift(-1,dim)[comp] + 4*A.shift(-2,dim)[comp]
 | 
|---|
| 352 |      -1*A.shift(-3,dim)[comp];
 | 
|---|
| 353 | }
 | 
|---|
| 354 | 
 | 
|---|
| 355 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward32) {
 | 
|---|
| 356 |   return 5*(*A)[comp] - 18*A.shift(-1,dim)[comp] + 24*A.shift(-2,dim)[comp]
 | 
|---|
| 357 |      -14*A.shift(-3,dim)[comp] + 3*A.shift(-4,dim)[comp];
 | 
|---|
| 358 | }
 | 
|---|
| 359 | 
 | 
|---|
| 360 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward42) {
 | 
|---|
| 361 |   return 3*(*A)[comp] -14*A.shift(-1,dim)[comp] + 26*A.shift(-2,dim)[comp]
 | 
|---|
| 362 |     -24*A.shift(-3,dim)[comp] + 11*A.shift(-4,dim)[comp] 
 | 
|---|
| 363 |     -2*A.shift(-5,dim)[comp];
 | 
|---|
| 364 | }
 | 
|---|
| 365 | 
 | 
|---|
| 366 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 367 |  * Backward differences with accuracy O(h^2)  (normalized)
 | 
|---|
| 368 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 369 | 
 | 
|---|
| 370 | BZ_DECLARE_DIFF(backward12n) { return backward12(A,dim) * recip_2; }
 | 
|---|
| 371 | BZ_DECLARE_DIFF(backward22n) { return backward22(A,dim); }
 | 
|---|
| 372 | BZ_DECLARE_DIFF(backward32n) { return backward32(A,dim) * recip_2; }
 | 
|---|
| 373 | BZ_DECLARE_DIFF(backward42n) { return backward42(A,dim); }
 | 
|---|
| 374 | 
 | 
|---|
| 375 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 376 |  * Backward differences with accuracy O(h^2)  (normalized, multicomponent)
 | 
|---|
| 377 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 378 | 
 | 
|---|
| 379 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward12n) { return backward12(A,comp,dim) * recip_2; }
 | 
|---|
| 380 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward22n) { return backward22(A,comp,dim); }
 | 
|---|
| 381 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward32n) { return backward32(A,comp,dim) * recip_2; }
 | 
|---|
| 382 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(backward42n) { return backward42(A,comp,dim); }
 | 
|---|
| 383 | 
 | 
|---|
| 384 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 385 |  * Forward differences with accuracy O(h)  
 | 
|---|
| 386 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 387 | 
 | 
|---|
| 388 | BZ_DECLARE_DIFF(forward11) {
 | 
|---|
| 389 |   return -1*A+A.shift(1,dim);
 | 
|---|
| 390 | }
 | 
|---|
| 391 | 
 | 
|---|
| 392 | BZ_DECLARE_DIFF(forward21) {
 | 
|---|
| 393 |   return A - 2*A.shift(1,dim) + A.shift(2,dim);
 | 
|---|
| 394 | }
 | 
|---|
| 395 | 
 | 
|---|
| 396 | BZ_DECLARE_DIFF(forward31) {
 | 
|---|
| 397 |   return -A + 3*A.shift(1,dim) -3*A.shift(2,dim) + A.shift(3,dim);
 | 
|---|
| 398 | }
 | 
|---|
| 399 | 
 | 
|---|
| 400 | BZ_DECLARE_DIFF(forward41) {
 | 
|---|
| 401 |   return A -4*A.shift(1,dim) + 6*A.shift(2,dim) -4*A.shift(3,dim) 
 | 
|---|
| 402 |     + A.shift(4,dim);
 | 
|---|
| 403 | }
 | 
|---|
| 404 | 
 | 
|---|
| 405 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 406 |  * Forward differences with accuracy O(h)  (multicomponent versions)
 | 
|---|
| 407 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 408 | 
 | 
|---|
| 409 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward11) {
 | 
|---|
| 410 |   return -1*(*A)[comp]+A.shift(1,dim)[comp];
 | 
|---|
| 411 | }
 | 
|---|
| 412 | 
 | 
|---|
| 413 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward21) {
 | 
|---|
| 414 |   return (*A)[comp] - 2*A.shift(1,dim)[comp] + A.shift(2,dim)[comp];
 | 
|---|
| 415 | }
 | 
|---|
| 416 | 
 | 
|---|
| 417 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward31) {
 | 
|---|
| 418 |   return -(*A)[comp] + 3*A.shift(1,dim)[comp] -3*A.shift(2,dim)[comp] 
 | 
|---|
| 419 |     + A.shift(3,dim)[comp];
 | 
|---|
| 420 | }
 | 
|---|
| 421 | 
 | 
|---|
| 422 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward41) {
 | 
|---|
| 423 |   return (*A)[comp] -4*A.shift(1,dim)[comp] + 6*A.shift(2,dim)[comp] 
 | 
|---|
| 424 |     -4*A.shift(3,dim)[comp] + A.shift(4,dim)[comp];
 | 
|---|
| 425 | }
 | 
|---|
| 426 | 
 | 
|---|
| 427 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 428 |  * Forward differences with accuracy O(h)     (normalized)
 | 
|---|
| 429 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 430 | 
 | 
|---|
| 431 | BZ_DECLARE_DIFF(forward11n) { return forward11(A,dim); }
 | 
|---|
| 432 | BZ_DECLARE_DIFF(forward21n) { return forward21(A,dim); }
 | 
|---|
| 433 | BZ_DECLARE_DIFF(forward31n) { return forward31(A,dim); }
 | 
|---|
| 434 | BZ_DECLARE_DIFF(forward41n) { return forward41(A,dim); }
 | 
|---|
| 435 | 
 | 
|---|
| 436 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 437 |  * Forward differences with accuracy O(h)     (multicomponent,normalized)
 | 
|---|
| 438 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 439 | 
 | 
|---|
| 440 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward11n) { return forward11(A,comp,dim); }
 | 
|---|
| 441 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward21n) { return forward21(A,comp,dim); }
 | 
|---|
| 442 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward31n) { return forward31(A,comp,dim); }
 | 
|---|
| 443 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward41n) { return forward41(A,comp,dim); }
 | 
|---|
| 444 | 
 | 
|---|
| 445 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 446 |  * Forward differences with accuracy O(h^2)     
 | 
|---|
| 447 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 448 | 
 | 
|---|
| 449 | BZ_DECLARE_DIFF(forward12) {
 | 
|---|
| 450 |   return -3*A + 4*A.shift(1,dim) - A.shift(2,dim);
 | 
|---|
| 451 | }
 | 
|---|
| 452 | 
 | 
|---|
| 453 | BZ_DECLARE_DIFF(forward22) {
 | 
|---|
| 454 |   return 2*A -5*A.shift(1,dim) + 4*A.shift(2,dim) -A.shift(3,dim);
 | 
|---|
| 455 | }
 | 
|---|
| 456 | 
 | 
|---|
| 457 | BZ_DECLARE_DIFF(forward32) {
 | 
|---|
| 458 |   return -5*A + 18*A.shift(1,dim) -24*A.shift(2,dim) 
 | 
|---|
| 459 |     + 14*A.shift(3,dim) -3*A.shift(4,dim);
 | 
|---|
| 460 | }
 | 
|---|
| 461 | 
 | 
|---|
| 462 | BZ_DECLARE_DIFF(forward42) {
 | 
|---|
| 463 |   return 3*A -14*A.shift(1,dim) + 26*A.shift(2,dim) -24*A.shift(3,dim) 
 | 
|---|
| 464 |     +11*A.shift(4,dim) + 11*A.shift(5,dim);
 | 
|---|
| 465 | }
 | 
|---|
| 466 | 
 | 
|---|
| 467 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 468 |  * Forward differences with accuracy O(h^2)   (multicomponent versions)
 | 
|---|
| 469 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 470 | 
 | 
|---|
| 471 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward12) {
 | 
|---|
| 472 |   return -3*(*A)[comp] + 4*A.shift(1,dim)[comp] - A.shift(2,dim)[comp];
 | 
|---|
| 473 | }
 | 
|---|
| 474 | 
 | 
|---|
| 475 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward22) {
 | 
|---|
| 476 |   return 2*(*A)[comp] -5*A.shift(1,dim)[comp] + 4*A.shift(2,dim)[comp] 
 | 
|---|
| 477 |     -A.shift(3,dim)[comp];
 | 
|---|
| 478 | }
 | 
|---|
| 479 | 
 | 
|---|
| 480 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward32) {
 | 
|---|
| 481 |   return -5*(*A)[comp] + 18*A.shift(1,dim)[comp] -24*A.shift(2,dim)[comp]
 | 
|---|
| 482 |     + 14*A.shift(3,dim)[comp] -3*A.shift(4,dim)[comp];
 | 
|---|
| 483 | }
 | 
|---|
| 484 | 
 | 
|---|
| 485 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward42) {
 | 
|---|
| 486 |   return 3*(*A)[comp] -14*A.shift(1,dim)[comp] + 26*A.shift(2,dim)[comp] 
 | 
|---|
| 487 |     -24*A.shift(3,dim)[comp] +11*A.shift(4,dim)[comp] 
 | 
|---|
| 488 |     + 11*A.shift(5,dim)[comp];
 | 
|---|
| 489 | }
 | 
|---|
| 490 | 
 | 
|---|
| 491 | 
 | 
|---|
| 492 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 493 |  * Forward differences with accuracy O(h^2)     (normalized)
 | 
|---|
| 494 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 495 | 
 | 
|---|
| 496 | BZ_DECLARE_DIFF(forward12n) { return forward12(A,dim) * recip_2; }
 | 
|---|
| 497 | BZ_DECLARE_DIFF(forward22n) { return forward22(A,dim); }
 | 
|---|
| 498 | BZ_DECLARE_DIFF(forward32n) { return forward32(A,dim) * recip_2; }
 | 
|---|
| 499 | BZ_DECLARE_DIFF(forward42n) { return forward42(A,dim); }
 | 
|---|
| 500 | 
 | 
|---|
| 501 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 502 |  * Forward differences with accuracy O(h^2)     (normalized)
 | 
|---|
| 503 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 504 | 
 | 
|---|
| 505 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward12n) { return forward12(A,comp,dim) * recip_2; }
 | 
|---|
| 506 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward22n) { return forward22(A,comp,dim); }
 | 
|---|
| 507 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward32n) { return forward32(A,comp,dim) * recip_2; }
 | 
|---|
| 508 | BZ_DECLARE_MULTIDIFF(forward42n) { return forward42(A,comp,dim); }
 | 
|---|
| 509 | 
 | 
|---|
| 510 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 511 |  * Gradient operators
 | 
|---|
| 512 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 513 | 
 | 
|---|
| 514 | template<class T>
 | 
|---|
| 515 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,2> grad2D(T& A) {
 | 
|---|
| 516 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,2>(
 | 
|---|
| 517 |     central12(A,firstDim),
 | 
|---|
| 518 |     central12(A,secondDim));
 | 
|---|
| 519 | }
 | 
|---|
| 520 | 
 | 
|---|
| 521 | template<class T>
 | 
|---|
| 522 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,2> grad2D4(T& A) {
 | 
|---|
| 523 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,2>(
 | 
|---|
| 524 |     central14(A,firstDim),
 | 
|---|
| 525 |     central14(A,secondDim));
 | 
|---|
| 526 | }
 | 
|---|
| 527 | 
 | 
|---|
| 528 | template<class T>
 | 
|---|
| 529 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3> grad3D(T& A) {
 | 
|---|
| 530 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3>(
 | 
|---|
| 531 |     central12(A,firstDim),
 | 
|---|
| 532 |     central12(A,secondDim),
 | 
|---|
| 533 |     central12(A,thirdDim));
 | 
|---|
| 534 | }
 | 
|---|
| 535 | 
 | 
|---|
| 536 | template<class T>
 | 
|---|
| 537 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3> grad3D4(T& A) {
 | 
|---|
| 538 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3>(
 | 
|---|
| 539 |     central14(A,firstDim),
 | 
|---|
| 540 |     central14(A,secondDim),
 | 
|---|
| 541 |     central14(A,thirdDim));
 | 
|---|
| 542 | }
 | 
|---|
| 543 | 
 | 
|---|
| 544 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 545 |  * Grad-squared operators
 | 
|---|
| 546 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 547 | 
 | 
|---|
| 548 | template<class T>
 | 
|---|
| 549 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,2> gradSqr2D(T& A) {
 | 
|---|
| 550 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,2>(
 | 
|---|
| 551 |     central22(A,firstDim),
 | 
|---|
| 552 |     central22(A,secondDim));
 | 
|---|
| 553 | }
 | 
|---|
| 554 | 
 | 
|---|
| 555 | template<class T>
 | 
|---|
| 556 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,2> gradSqr2D4(T& A) {
 | 
|---|
| 557 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,2>(
 | 
|---|
| 558 |     central24(A,firstDim),
 | 
|---|
| 559 |     central24(A,secondDim));
 | 
|---|
| 560 | }
 | 
|---|
| 561 | 
 | 
|---|
| 562 | template<class T>
 | 
|---|
| 563 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3> gradSqr3D(T& A) {
 | 
|---|
| 564 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3>(
 | 
|---|
| 565 |     central22(A,firstDim),
 | 
|---|
| 566 |     central22(A,secondDim),
 | 
|---|
| 567 |     central22(A,thirdDim));
 | 
|---|
| 568 | }
 | 
|---|
| 569 | 
 | 
|---|
| 570 | template<class T>
 | 
|---|
| 571 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3> gradSqr3D4(T& A) {
 | 
|---|
| 572 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3>(
 | 
|---|
| 573 |     central24(A,firstDim),
 | 
|---|
| 574 |     central24(A,secondDim),
 | 
|---|
| 575 |     central24(A,thirdDim));
 | 
|---|
| 576 | }
 | 
|---|
| 577 | 
 | 
|---|
| 578 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 579 |  * Grad-squared operators (normalized)
 | 
|---|
| 580 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 581 | 
 | 
|---|
| 582 | template<class T>
 | 
|---|
| 583 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,2> gradSqr2Dn(T& A) {
 | 
|---|
| 584 |   return gradSqr2D(A);
 | 
|---|
| 585 | }
 | 
|---|
| 586 | 
 | 
|---|
| 587 | template<class T>
 | 
|---|
| 588 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,2> gradSqr2D4n(T& A) {
 | 
|---|
| 589 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,2>(
 | 
|---|
| 590 |     central24(A,firstDim) * recip_12,
 | 
|---|
| 591 |     central24(A,secondDim) * recip_12);
 | 
|---|
| 592 | }
 | 
|---|
| 593 | 
 | 
|---|
| 594 | template<class T>
 | 
|---|
| 595 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3> gradSqr3Dn(T& A) {
 | 
|---|
| 596 |   return gradSqr3D(A);
 | 
|---|
| 597 | }
 | 
|---|
| 598 | 
 | 
|---|
| 599 | template<class T>
 | 
|---|
| 600 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3> gradSqr3D4n(T& A) {
 | 
|---|
| 601 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3>(
 | 
|---|
| 602 |     central24(A,firstDim) * recip_12,
 | 
|---|
| 603 |     central24(A,secondDim) * recip_12,
 | 
|---|
| 604 |     central24(A,thirdDim) * recip_12);
 | 
|---|
| 605 | }
 | 
|---|
| 606 | 
 | 
|---|
| 607 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 608 |  * Gradient operators on a vector field
 | 
|---|
| 609 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 610 | 
 | 
|---|
| 611 | template<class T>
 | 
|---|
| 612 | inline TinyMatrix<_bz_typename multicomponent_traits<_bz_typename 
 | 
|---|
| 613 |     T::T_numtype>::T_element, 3, 3>
 | 
|---|
| 614 | Jacobian3D(T& A)
 | 
|---|
| 615 | {
 | 
|---|
| 616 |     const int x=0, y=1, z=2;
 | 
|---|
| 617 |     const int u=0, v=1, w=2;
 | 
|---|
| 618 | 
 | 
|---|
| 619 |     TinyMatrix<_bz_typename multicomponent_traits<_bz_typename 
 | 
|---|
| 620 |         T::T_numtype>::T_element, 3, 3> grad;
 | 
|---|
| 621 | 
 | 
|---|
| 622 |     grad(u,x) = central12(A,u,x);
 | 
|---|
| 623 |     grad(u,y) = central12(A,u,y);
 | 
|---|
| 624 |     grad(u,z) = central12(A,u,z);
 | 
|---|
| 625 |     grad(v,x) = central12(A,v,x);
 | 
|---|
| 626 |     grad(v,y) = central12(A,v,y);
 | 
|---|
| 627 |     grad(v,z) = central12(A,v,z);
 | 
|---|
| 628 |     grad(w,x) = central12(A,w,x);
 | 
|---|
| 629 |     grad(w,y) = central12(A,w,y);
 | 
|---|
| 630 |     grad(w,z) = central12(A,w,z);
 | 
|---|
| 631 | 
 | 
|---|
| 632 |     return grad;
 | 
|---|
| 633 | }
 | 
|---|
| 634 | 
 | 
|---|
| 635 | template<class T>
 | 
|---|
| 636 | inline TinyMatrix<_bz_typename multicomponent_traits<_bz_typename 
 | 
|---|
| 637 |     T::T_numtype>::T_element, 3, 3>
 | 
|---|
| 638 | Jacobian3Dn(T& A)
 | 
|---|
| 639 | {
 | 
|---|
| 640 |     const int x=0, y=1, z=2;
 | 
|---|
| 641 |     const int u=0, v=1, w=2;
 | 
|---|
| 642 | 
 | 
|---|
| 643 |     TinyMatrix<_bz_typename multicomponent_traits<_bz_typename 
 | 
|---|
| 644 |         T::T_numtype>::T_element, 3, 3> grad;
 | 
|---|
| 645 |     
 | 
|---|
| 646 |     grad(u,x) = central12n(A,u,x);
 | 
|---|
| 647 |     grad(u,y) = central12n(A,u,y);
 | 
|---|
| 648 |     grad(u,z) = central12n(A,u,z);
 | 
|---|
| 649 |     grad(v,x) = central12n(A,v,x);
 | 
|---|
| 650 |     grad(v,y) = central12n(A,v,y);
 | 
|---|
| 651 |     grad(v,z) = central12n(A,v,z);
 | 
|---|
| 652 |     grad(w,x) = central12n(A,w,x);
 | 
|---|
| 653 |     grad(w,y) = central12n(A,w,y);
 | 
|---|
| 654 |     grad(w,z) = central12n(A,w,z);
 | 
|---|
| 655 | 
 | 
|---|
| 656 |     return grad;
 | 
|---|
| 657 | }
 | 
|---|
| 658 | 
 | 
|---|
| 659 | template<class T>
 | 
|---|
| 660 | inline TinyMatrix<_bz_typename multicomponent_traits<_bz_typename
 | 
|---|
| 661 |     T::T_numtype>::T_element, 3, 3>
 | 
|---|
| 662 | Jacobian3D4(T& A)
 | 
|---|
| 663 | {
 | 
|---|
| 664 |     const int x=0, y=1, z=2;
 | 
|---|
| 665 |     const int u=0, v=1, w=2;
 | 
|---|
| 666 | 
 | 
|---|
| 667 |     TinyMatrix<_bz_typename multicomponent_traits<_bz_typename 
 | 
|---|
| 668 |         T::T_numtype>::T_element, 3, 3> grad;
 | 
|---|
| 669 |     
 | 
|---|
| 670 |     grad(u,x) = central14(A,u,x);
 | 
|---|
| 671 |     grad(u,y) = central14(A,u,y);
 | 
|---|
| 672 |     grad(u,z) = central14(A,u,z);
 | 
|---|
| 673 |     grad(v,x) = central14(A,v,x);
 | 
|---|
| 674 |     grad(v,y) = central14(A,v,y);
 | 
|---|
| 675 |     grad(v,z) = central14(A,v,z);
 | 
|---|
| 676 |     grad(w,x) = central14(A,w,x);
 | 
|---|
| 677 |     grad(w,y) = central14(A,w,y);
 | 
|---|
| 678 |     grad(w,z) = central14(A,w,z);
 | 
|---|
| 679 | 
 | 
|---|
| 680 |     return grad;
 | 
|---|
| 681 | }
 | 
|---|
| 682 | 
 | 
|---|
| 683 | template<class T>
 | 
|---|
| 684 | inline TinyMatrix<_bz_typename multicomponent_traits<_bz_typename
 | 
|---|
| 685 |     T::T_numtype>::T_element, 3, 3>
 | 
|---|
| 686 | Jacobian3D4n(T& A)
 | 
|---|
| 687 | {
 | 
|---|
| 688 |     const int x=0, y=1, z=2;
 | 
|---|
| 689 |     const int u=0, v=1, w=2;
 | 
|---|
| 690 | 
 | 
|---|
| 691 |     TinyMatrix<_bz_typename multicomponent_traits<_bz_typename 
 | 
|---|
| 692 |         T::T_numtype>::T_element, 3, 3> grad;
 | 
|---|
| 693 |     
 | 
|---|
| 694 |     grad(u,x) = central14n(A,u,x);
 | 
|---|
| 695 |     grad(u,y) = central14n(A,u,y);
 | 
|---|
| 696 |     grad(u,z) = central14n(A,u,z);
 | 
|---|
| 697 |     grad(v,x) = central14n(A,v,x);
 | 
|---|
| 698 |     grad(v,y) = central14n(A,v,y);
 | 
|---|
| 699 |     grad(v,z) = central14n(A,v,z);
 | 
|---|
| 700 |     grad(w,x) = central14n(A,w,x);
 | 
|---|
| 701 |     grad(w,y) = central14n(A,w,y);
 | 
|---|
| 702 |     grad(w,z) = central14n(A,w,z);
 | 
|---|
| 703 | 
 | 
|---|
| 704 |     return grad;
 | 
|---|
| 705 | }
 | 
|---|
| 706 | 
 | 
|---|
| 707 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 708 |  * Curl operators
 | 
|---|
| 709 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 710 | 
 | 
|---|
| 711 | // O(h^2) curl, using central difference
 | 
|---|
| 712 | 
 | 
|---|
| 713 | template<class T>
 | 
|---|
| 714 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3> 
 | 
|---|
| 715 | curl(T& vx, T& vy, T& vz) {
 | 
|---|
| 716 |   const int x = firstDim, y = secondDim, z = thirdDim;
 | 
|---|
| 717 | 
 | 
|---|
| 718 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3>(
 | 
|---|
| 719 |     central12(vz,y)-central12(vy,z),
 | 
|---|
| 720 |     central12(vx,z)-central12(vz,x),
 | 
|---|
| 721 |     central12(vy,x)-central12(vx,y));
 | 
|---|
| 722 | }
 | 
|---|
| 723 | 
 | 
|---|
| 724 | // Normalized O(h^2) curl, using central difference
 | 
|---|
| 725 | template<class T>
 | 
|---|
| 726 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3>
 | 
|---|
| 727 | curln(T& vx, T& vy, T& vz) {
 | 
|---|
| 728 |   const int x = firstDim, y = secondDim, z = thirdDim;
 | 
|---|
| 729 | 
 | 
|---|
| 730 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3>(
 | 
|---|
| 731 |     (central12(vz,y)-central12(vy,z)) * recip_2,
 | 
|---|
| 732 |     (central12(vx,z)-central12(vz,x)) * recip_2,
 | 
|---|
| 733 |     (central12(vy,x)-central12(vx,y)) * recip_2);
 | 
|---|
| 734 | }
 | 
|---|
| 735 | 
 | 
|---|
| 736 | // Multicomponent curl
 | 
|---|
| 737 | template<class T>
 | 
|---|
| 738 | inline _bz_typename T::T_numtype curl(T& A) {
 | 
|---|
| 739 |   const int x = firstDim, y = secondDim, z = thirdDim;
 | 
|---|
| 740 | 
 | 
|---|
| 741 |   return _bz_typename T::T_numtype(
 | 
|---|
| 742 |     central12(A,z,y)-central12(A,y,z),
 | 
|---|
| 743 |     central12(A,x,z)-central12(A,z,x),
 | 
|---|
| 744 |     central12(A,y,x)-central12(A,x,y));
 | 
|---|
| 745 | }
 | 
|---|
| 746 | 
 | 
|---|
| 747 | // Normalized multicomponent curl
 | 
|---|
| 748 | template<class T>
 | 
|---|
| 749 | inline _bz_typename T::T_numtype curln(T& A) {
 | 
|---|
| 750 |   const int x = firstDim, y = secondDim, z = thirdDim;
 | 
|---|
| 751 | 
 | 
|---|
| 752 |   return _bz_typename T::T_numtype(
 | 
|---|
| 753 |     (central12(A,z,y)-central12(A,y,z)) * recip_2,
 | 
|---|
| 754 |     (central12(A,x,z)-central12(A,z,x)) * recip_2,
 | 
|---|
| 755 |     (central12(A,y,x)-central12(A,x,y)) * recip_2);
 | 
|---|
| 756 | }
 | 
|---|
| 757 | 
 | 
|---|
| 758 | // O(h^4) curl, using 4th order central difference
 | 
|---|
| 759 | template<class T>
 | 
|---|
| 760 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3>
 | 
|---|
| 761 | curl4(T& vx, T& vy, T& vz) {
 | 
|---|
| 762 |   const int x = firstDim, y = secondDim, z = thirdDim;
 | 
|---|
| 763 | 
 | 
|---|
| 764 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3>(
 | 
|---|
| 765 |     central14(vz,y)-central14(vy,z),
 | 
|---|
| 766 |     central14(vx,z)-central14(vz,x),
 | 
|---|
| 767 |     central14(vy,x)-central14(vx,y));
 | 
|---|
| 768 | }
 | 
|---|
| 769 | 
 | 
|---|
| 770 | // O(h^4) curl, using 4th order central difference (multicomponent version)
 | 
|---|
| 771 | template<class T>
 | 
|---|
| 772 | inline _bz_typename T::T_numtype
 | 
|---|
| 773 | curl4(T& A) {
 | 
|---|
| 774 |   const int x = firstDim, y = secondDim, z = thirdDim;
 | 
|---|
| 775 | 
 | 
|---|
| 776 |   return _bz_typename T::T_numtype(
 | 
|---|
| 777 |     central14(A,z,y)-central14(A,y,z),
 | 
|---|
| 778 |     central14(A,x,z)-central14(A,z,x),
 | 
|---|
| 779 |     central14(A,y,x)-central14(A,x,y));
 | 
|---|
| 780 | }
 | 
|---|
| 781 | 
 | 
|---|
| 782 | // Normalized O(h^4) curl, using 4th order central difference
 | 
|---|
| 783 | template<class T>
 | 
|---|
| 784 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3>
 | 
|---|
| 785 | curl4n(T& vx, T& vy, T& vz) {
 | 
|---|
| 786 |   const int x = firstDim, y = secondDim, z = thirdDim;
 | 
|---|
| 787 | 
 | 
|---|
| 788 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3>(
 | 
|---|
| 789 |     (central14(vz,y)-central14(vy,z)) * recip_2,
 | 
|---|
| 790 |     (central14(vx,z)-central14(vz,x)) * recip_2,
 | 
|---|
| 791 |     (central14(vy,x)-central14(vx,y)) * recip_2);
 | 
|---|
| 792 | }
 | 
|---|
| 793 | 
 | 
|---|
| 794 | // O(h^4) curl, using 4th order central difference (normalized multicomponent)
 | 
|---|
| 795 | template<class T>
 | 
|---|
| 796 | inline _bz_typename T::T_numtype
 | 
|---|
| 797 | curl4n(T& A) {
 | 
|---|
| 798 |   const int x = firstDim, y = secondDim, z = thirdDim;
 | 
|---|
| 799 | 
 | 
|---|
| 800 |   return _bz_typename T::T_numtype(
 | 
|---|
| 801 |     (central14(A,z,y)-central14(A,y,z)) * recip_2,
 | 
|---|
| 802 |     (central14(A,x,z)-central14(A,z,x)) * recip_2,
 | 
|---|
| 803 |     (central14(A,y,x)-central14(A,x,y)) * recip_2);
 | 
|---|
| 804 | }
 | 
|---|
| 805 | 
 | 
|---|
| 806 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 807 |  * Divergence
 | 
|---|
| 808 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 809 | 
 | 
|---|
| 810 | BZ_DECLARE_STENCIL_OPERATOR3(div,vx,vy,vz)
 | 
|---|
| 811 |   return central12(vx,firstDim) + central12(vy,secondDim) 
 | 
|---|
| 812 |     + central12(vz,thirdDim);
 | 
|---|
| 813 | BZ_END_STENCIL_OPERATOR
 | 
|---|
| 814 | 
 | 
|---|
| 815 | BZ_DECLARE_STENCIL_OPERATOR3(divn,vx,vy,vz)
 | 
|---|
| 816 |   return (central12(vx,firstDim) + central12(vy,secondDim) 
 | 
|---|
| 817 |     + central12(vz,thirdDim)) * recip_2;
 | 
|---|
| 818 | BZ_END_STENCIL_OPERATOR
 | 
|---|
| 819 | 
 | 
|---|
| 820 | BZ_DECLARE_STENCIL_OPERATOR3(div4,vx,vy,vz)
 | 
|---|
| 821 |   return central14(vx,firstDim) + central14(vy,secondDim) 
 | 
|---|
| 822 |     + central14(vz,thirdDim);
 | 
|---|
| 823 | BZ_END_STENCIL_OPERATOR
 | 
|---|
| 824 | 
 | 
|---|
| 825 | BZ_DECLARE_STENCIL_OPERATOR3(div4n,vx,vy,vz)
 | 
|---|
| 826 |   return (central14(vx,firstDim) + central14(vy,secondDim)
 | 
|---|
| 827 |     + central14(vz,thirdDim)) * recip_12;
 | 
|---|
| 828 | BZ_END_STENCIL_OPERATOR
 | 
|---|
| 829 | 
 | 
|---|
| 830 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 831 |  * Mixed Partial derivatives
 | 
|---|
| 832 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 833 | 
 | 
|---|
| 834 | template<class T>
 | 
|---|
| 835 | inline _bz_typename T::T_numtype
 | 
|---|
| 836 | mixed22(T& A, int x, int y)
 | 
|---|
| 837 | {
 | 
|---|
| 838 |     return A.shift(-1,x,-1,y) - A.shift(-1,x,1,y)
 | 
|---|
| 839 |         -A.shift(1,x,-1,y) + A.shift(1,x,1,y);
 | 
|---|
| 840 | }
 | 
|---|
| 841 | 
 | 
|---|
| 842 | template<class T>
 | 
|---|
| 843 | inline _bz_typename T::T_numtype
 | 
|---|
| 844 | mixed22n(T& A, int x, int y)
 | 
|---|
| 845 | {
 | 
|---|
| 846 |     return mixed22(A, x, y) * recip_4;
 | 
|---|
| 847 | }
 | 
|---|
| 848 | 
 | 
|---|
| 849 | template<class T>
 | 
|---|
| 850 | inline _bz_typename T::T_numtype
 | 
|---|
| 851 | mixed24(T& A, int x, int y)
 | 
|---|
| 852 | {
 | 
|---|
| 853 |     return 64*(A.shift(-1,x,-1,y) - A.shift(-1,x,1,y)
 | 
|---|
| 854 |         -A.shift(1,x,-1,y) + A.shift(1,x,1,y))
 | 
|---|
| 855 |         + (A.shift(-2,x,+1,y) - A.shift(-1,x,2,y)
 | 
|---|
| 856 |         - A.shift(1,x,2,y)-A.shift(2,x,1,y)
 | 
|---|
| 857 |         + A.shift(2,x,-1,y)+A.shift(1,x,-2,y)
 | 
|---|
| 858 |         - A.shift(-1,x,-2,y)+A.shift(-2,x,-1,y))
 | 
|---|
| 859 |         + 8*(A.shift(-1,x,1,y)+A.shift(-1,x,2,y)
 | 
|---|
| 860 |         -A.shift(2,x,-2,y) + A.shift(2,x,2,y));
 | 
|---|
| 861 | }
 | 
|---|
| 862 | 
 | 
|---|
| 863 | template<class T>
 | 
|---|
| 864 | inline _bz_typename T::T_numtype
 | 
|---|
| 865 | mixed24n(T& A, int x, int y)
 | 
|---|
| 866 | {
 | 
|---|
| 867 |     return mixed24(A,x,y) * recip_144;
 | 
|---|
| 868 | }
 | 
|---|
| 869 | 
 | 
|---|
| 870 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 871 |  * Smoothers
 | 
|---|
| 872 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 873 | 
 | 
|---|
| 874 | // NEEDS_WORK-- put other stencil operators here:
 | 
|---|
| 875 | //   Average5pt2D
 | 
|---|
| 876 | //   Average7pt3D
 | 
|---|
| 877 | // etc.
 | 
|---|
| 878 | 
 | 
|---|
| 879 | /****************************************************************************
 | 
|---|
| 880 |  * Stencil operators with geometry (experimental)
 | 
|---|
| 881 |  ****************************************************************************/
 | 
|---|
| 882 | 
 | 
|---|
| 883 | template<class T>
 | 
|---|
| 884 | inline _bz_typename multicomponent_traits<_bz_typename
 | 
|---|
| 885 |     T::T_numtype>::T_element div3DVec4(T& A, 
 | 
|---|
| 886 |     const UniformCubicGeometry<3>& geom)
 | 
|---|
| 887 | {
 | 
|---|
| 888 |     const int x = 0, y = 1, z = 2;
 | 
|---|
| 889 | 
 | 
|---|
| 890 |     return (central14(A, x, firstDim) + central14(A, y, secondDim)
 | 
|---|
| 891 |         + central14(A, z, thirdDim)) * recip_12 * geom.recipSpatialStep();
 | 
|---|
| 892 | }
 | 
|---|
| 893 | 
 | 
|---|
| 894 | template<class T>
 | 
|---|
| 895 | inline _bz_typename T::T_numtype Laplacian3D4(T& A, 
 | 
|---|
| 896 |     const UniformCubicGeometry<3>& geom)
 | 
|---|
| 897 | {
 | 
|---|
| 898 |     return Laplacian3D4n(A) * geom.recipSpatialStepPow2();
 | 
|---|
| 899 | }
 | 
|---|
| 900 | 
 | 
|---|
| 901 | template<class T>
 | 
|---|
| 902 | inline _bz_typename T::T_numtype Laplacian3DVec4(T& A,
 | 
|---|
| 903 |     const UniformCubicGeometry<3>& geom)
 | 
|---|
| 904 | {
 | 
|---|
| 905 |     typedef _bz_typename T::T_numtype vector3d;
 | 
|---|
| 906 |     typedef multicomponent_traits<vector3d>::T_element 
 | 
|---|
| 907 |         T_element;
 | 
|---|
| 908 |     const int u = 0, v = 1, w = 2;
 | 
|---|
| 909 |     const int x = 0, y = 1, z = 2;
 | 
|---|
| 910 | 
 | 
|---|
| 911 |     // central24 is a 5-point stencil
 | 
|---|
| 912 |     // This is a 9*5 = 45 point stencil
 | 
|---|
| 913 | 
 | 
|---|
| 914 |     T_element t1 = (central24(A,u,x) + central24(A,u,y) + central24(A,u,z))
 | 
|---|
| 915 |         * recip_12 * geom.recipSpatialStepPow2();
 | 
|---|
| 916 | 
 | 
|---|
| 917 |     T_element t2 = (central24(A,v,x) + central24(A,v,y) + central24(A,v,z))
 | 
|---|
| 918 |         * recip_12 * geom.recipSpatialStepPow2();
 | 
|---|
| 919 | 
 | 
|---|
| 920 |     T_element t3 = (central24(A,w,x) + central24(A,w,y) + central24(A,w,z))
 | 
|---|
| 921 |         * recip_12 * geom.recipSpatialStepPow2();
 | 
|---|
| 922 | 
 | 
|---|
| 923 |     return vector3d(t1,t2,t3);
 | 
|---|
| 924 | }
 | 
|---|
| 925 | 
 | 
|---|
| 926 | template<class T>
 | 
|---|
| 927 | inline TinyMatrix<_bz_typename multicomponent_traits<_bz_typename
 | 
|---|
| 928 |     T::T_numtype>::T_element, 3, 3>
 | 
|---|
| 929 | grad3DVec4(T& A, const UniformCubicGeometry<3>& geom)
 | 
|---|
| 930 | {
 | 
|---|
| 931 |     const int x=0, y=1, z=2;
 | 
|---|
| 932 |     const int u=0, v=1, w=2;
 | 
|---|
| 933 | 
 | 
|---|
| 934 |     TinyMatrix<_bz_typename multicomponent_traits<_bz_typename
 | 
|---|
| 935 |         T::T_numtype>::T_element, 3, 3> grad;
 | 
|---|
| 936 | 
 | 
|---|
| 937 |     // This is a 9*4 = 36 point stencil
 | 
|---|
| 938 |     grad(u,x) = central14n(A,u,x) * geom.recipSpatialStep();
 | 
|---|
| 939 |     grad(u,y) = central14n(A,u,y) * geom.recipSpatialStep();
 | 
|---|
| 940 |     grad(u,z) = central14n(A,u,z) * geom.recipSpatialStep();
 | 
|---|
| 941 |     grad(v,x) = central14n(A,v,x) * geom.recipSpatialStep();
 | 
|---|
| 942 |     grad(v,y) = central14n(A,v,y) * geom.recipSpatialStep();
 | 
|---|
| 943 |     grad(v,z) = central14n(A,v,z) * geom.recipSpatialStep();
 | 
|---|
| 944 |     grad(w,x) = central14n(A,w,x) * geom.recipSpatialStep();
 | 
|---|
| 945 |     grad(w,y) = central14n(A,w,y) * geom.recipSpatialStep();
 | 
|---|
| 946 |     grad(w,z) = central14n(A,w,z) * geom.recipSpatialStep();
 | 
|---|
| 947 | 
 | 
|---|
| 948 |     return grad;
 | 
|---|
| 949 | }
 | 
|---|
| 950 | 
 | 
|---|
| 951 | template<class T>
 | 
|---|
| 952 | inline TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3> grad3D4(T& A,
 | 
|---|
| 953 |     const UniformCubicGeometry<3>& geom) {
 | 
|---|
| 954 |   return TinyVector<_bz_typename T::T_numtype,3>(
 | 
|---|
| 955 |     central14(A,firstDim) * recip_12 * geom.recipSpatialStep(),
 | 
|---|
| 956 |     central14(A,secondDim) * recip_12 * geom.recipSpatialStep(),
 | 
|---|
| 957 |     central14(A,thirdDim) * recip_12 * geom.recipSpatialStep());
 | 
|---|
| 958 | }
 | 
|---|
| 959 | 
 | 
|---|
| 960 | BZ_NAMESPACE_END
 | 
|---|
| 961 | 
 | 
|---|
| 962 | #endif // BZ_ARRAYSTENCILOPS_H
 | 
|---|
| 963 | 
 | 
|---|