source: palm/trunk/UTIL/chemistry/gasphase_preproc/kpp/int/sdirk_adj.f90 @ 3512

Last change on this file since 3512 was 2696, checked in by kanani, 7 years ago

Merge of branch palm4u into trunk

File size: 56.7 KB
Line 
1!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~!
2!  Adjoint of SDIRK - Singly-Diagonally-Implicit Runge-Kutta method       !
3!            * Sdirk 2a, 2b: L-stable, 2 stages, order 2                  !
4!            * Sdirk 3a:     L-stable, 3 stages, order 2, adj-invariant   !
5!            * Sdirk 4a, 4b: L-stable, 5 stages, order 4                  !
6!  By default the code employs the KPP sparse linear algebra routines     !
7!  Compile with -DFULL_ALGEBRA to use full linear algebra (LAPACK)        !
8!                                                                         !
9!    (C)  Adrian Sandu, July 2005                                         !
10!    Virginia Polytechnic Institute and State University                  !
11!    Contact: sandu@cs.vt.edu                                             !
12!    Revised by Philipp Miehe and Adrian Sandu, May 2006                  !
13!    This implementation is part of KPP - the Kinetic PreProcessor        !
14!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~!
15
16MODULE KPP_ROOT_Integrator
17
18  USE KPP_ROOT_Precision
19  USE KPP_ROOT_Global, ONLY: FIX, RCONST, TIME
20  USE KPP_ROOT_Parameters, ONLY: NVAR, NSPEC, NFIX, LU_NONZERO
21  USE KPP_ROOT_JacobianSP, ONLY: LU_DIAG
22  USE KPP_ROOT_Jacobian, ONLY: Jac_SP_Vec, JacTR_SP_Vec
23  USE KPP_ROOT_LinearAlgebra, ONLY: KppDecomp, KppSolve,    &
24               KppSolveTR, Set2zero, WLAMCH, WCOPY, WAXPY, WSCAL, WADD
25 
26  IMPLICIT NONE
27  PUBLIC
28  SAVE
29 
30!~~~>  Statistics on the work performed by the SDIRK method
31  INTEGER, PARAMETER :: Nfun=1, Njac=2, Nstp=3, Nacc=4,  &
32           Nrej=5, Ndec=6, Nsol=7, Nsng=8,               &
33           Ntexit=1, Nhexit=2, Nhnew=3
34                 
35CONTAINS
36
37SUBROUTINE INTEGRATE_ADJ( NADJ, Y, Lambda, TIN, TOUT, &
38           ATOL_adj, RTOL_adj,                        &
39           ICNTRL_U, RCNTRL_U, ISTATUS_U, RSTATUS_U, Ierr_U )
40
41   USE KPP_ROOT_Parameters
42   USE KPP_ROOT_Global
43   IMPLICIT NONE
44
45!~~~> Y - Concentrations
46   KPP_REAL :: Y(NVAR)
47!~~~> NADJ - No. of cost functionals for which adjoints
48!                are evaluated simultaneously
49!            If single cost functional is considered (like in
50!                most applications) simply set NADJ = 1     
51   INTEGER :: NADJ
52!~~~> Lambda - Sensitivities w.r.t. concentrations
53!     Note: Lambda (1:NVAR,j) contains sensitivities of
54!           the j-th cost functional w.r.t. Y(1:NVAR), j=1...NADJ
55   KPP_REAL  :: Lambda(NVAR,NADJ)
56!~~~> Tolerances for adjoint calculations
57!     (used for full continuous adjoint, and for controlling
58!      iterations when used to solve the discrete adjoint)   
59   KPP_REAL, INTENT(IN)  :: ATOL_adj(NVAR,NADJ), RTOL_adj(NVAR,NADJ)
60   KPP_REAL, INTENT(IN) :: TIN  ! Start Time
61   KPP_REAL, INTENT(IN) :: TOUT ! End Time
62   ! Optional input parameters and statistics
63   INTEGER,       INTENT(IN),  OPTIONAL :: ICNTRL_U(20)
64   KPP_REAL, INTENT(IN),  OPTIONAL :: RCNTRL_U(20)
65   INTEGER,       INTENT(OUT), OPTIONAL :: ISTATUS_U(20)
66   KPP_REAL, INTENT(OUT), OPTIONAL :: RSTATUS_U(20)
67   INTEGER,       INTENT(OUT), OPTIONAL :: Ierr_U
68
69   INTEGER, SAVE :: Ntotal = 0
70   KPP_REAL :: RCNTRL(20), RSTATUS(20), T1, T2
71   INTEGER       :: ICNTRL(20), ISTATUS(20), Ierr
72
73   ICNTRL(:)  = 0
74   RCNTRL(:)  = 0.0_dp
75   ISTATUS(:) = 0
76   RSTATUS(:) = 0.0_dp
77
78   !~~~> fine-tune the integrator:
79   ICNTRL(5) = 8    ! Max no. of Newton iterations
80   ICNTRL(7) = 1    ! Adjoint solution by: 0=Newton, 1=direct
81   ICNTRL(8) = 1    ! Save fwd LU factorization: 0 = do *not* save, 1 = save
82
83   ! If optional parameters are given, and if they are >0,
84   ! then they overwrite default settings.
85   IF (PRESENT(ICNTRL_U)) THEN
86     WHERE(ICNTRL_U(:) > 0) ICNTRL(:) = ICNTRL_U(:)
87   END IF
88   IF (PRESENT(RCNTRL_U)) THEN
89     WHERE(RCNTRL_U(:) > 0) RCNTRL(:) = RCNTRL_U(:)
90   END IF
91   
92   
93   T1 = TIN; T2 = TOUT
94   CALL SDIRKADJ( NVAR, NADJ, T1, T2, Y, Lambda,            &
95                  RTOL, ATOL, ATOL_adj, RTOL_adj,           &
96                  RCNTRL, ICNTRL, RSTATUS, ISTATUS, Ierr )
97
98   !~~~> Debug option: number of steps
99   ! Ntotal = Ntotal + ISTATUS(Nstp)
100   ! WRITE(6,777) ISTATUS(Nstp),Ntotal,VAR(ind_O3),VAR(ind_NO2)
101   ! 777 FORMAT('NSTEPS=',I5,' (',I5,')  O3=',E24.14,'  NO2=',E24.14)   
102
103   IF (Ierr < 0) THEN
104        PRINT *,'SDIRK: Unsuccessful exit at T=',TIN,' (Ierr=',Ierr,')'
105   ENDIF
106   
107   ! if optional parameters are given for output they to return information
108   IF (PRESENT(ISTATUS_U)) ISTATUS_U(:) = ISTATUS(:)
109   IF (PRESENT(RSTATUS_U)) RSTATUS_U(:) = RSTATUS(:)
110   IF (PRESENT(Ierr_U))    Ierr_U       = Ierr
111
112   END SUBROUTINE INTEGRATE_ADJ
113
114
115!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
116   SUBROUTINE SDIRKADJ(N, NADJ, Tinitial, Tfinal, Y, Lambda,   &
117                       RelTol, AbsTol, RelTol_adj, AbsTol_adj, &
118                       RCNTRL, ICNTRL, RSTATUS, ISTATUS, Ierr)
119!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
120!
121!    Solves the system y'=F(t,y) using a Singly-Diagonally-Implicit
122!    Runge-Kutta (SDIRK) method.
123!
124!    This implementation is based on the book and the code Sdirk4:
125!
126!      E. Hairer and G. Wanner
127!      "Solving ODEs II. Stiff and differential-algebraic problems".
128!      Springer series in computational mathematics, Springer-Verlag, 1996.
129!    This code is based on the SDIRK4 routine in the above book.
130!
131!    Methods:
132!            * Sdirk 2a, 2b: L-stable, 2 stages, order 2                 
133!            * Sdirk 3a:     L-stable, 3 stages, order 2, adjoint-invariant   
134!            * Sdirk 4a, 4b: L-stable, 5 stages, order 4                 
135!
136!    (C)  Adrian Sandu, July 2005
137!    Virginia Polytechnic Institute and State University
138!    Contact: sandu@cs.vt.edu
139!    Revised by Philipp Miehe and Adrian Sandu, May 2006                 
140!    This implementation is part of KPP - the Kinetic PreProcessor
141!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
142!
143!~~~>   INPUT ARGUMENTS:
144!
145!-     Y(NVAR)    = vector of initial conditions (at T=Tinitial)
146!-    [Tinitial,Tfinal]  = time range of integration
147!     (if Tinitial>Tfinal the integration is performed backwards in time)
148!-    RelTol, AbsTol = user precribed accuracy
149!- SUBROUTINE ode_Fun( T, Y, Ydot ) = ODE function,
150!                       returns Ydot = Y' = F(T,Y)
151!- SUBROUTINE ode_Fun( T, Y, Ydot ) = Jacobian of the ODE function,
152!                       returns Jcb = dF/dY
153!-    ICNTRL(1:20)    = integer inputs parameters
154!-    RCNTRL(1:20)    = real inputs parameters
155!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
156!
157!~~~>     OUTPUT ARGUMENTS:
158!
159!-    Y(NVAR)         -> vector of final states (at T->Tfinal)
160!-    ISTATUS(1:20)   -> integer output parameters
161!-    RSTATUS(1:20)   -> real output parameters
162!-    Ierr            -> job status upon return
163!                        success (positive value) or
164!                        failure (negative value)
165!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
166!
167!~~~>     INPUT PARAMETERS:
168!
169!    Note: For input parameters equal to zero the default values of the
170!       corresponding variables are used.
171!
172!    Note: For input parameters equal to zero the default values of the
173!          corresponding variables are used.
174!~~~> 
175!    ICNTRL(1) = not used
176!
177!    ICNTRL(2) = 0: AbsTol, RelTol are NVAR-dimensional vectors
178!              = 1: AbsTol, RelTol are scalars
179!
180!    ICNTRL(3) = Method
181!
182!    ICNTRL(4)  -> maximum number of integration steps
183!        For ICNTRL(4)=0 the default value of 1500 is used
184!        Note: use a conservative estimate, since the checkpoint
185!              buffers are allocated to hold Max_no_steps
186!
187!    ICNTRL(5)  -> maximum number of Newton iterations
188!        For ICNTRL(5)=0 the default value of 8 is used
189!
190!    ICNTRL(6)  -> starting values of Newton iterations:
191!        ICNTRL(6)=0 : starting values are interpolated (the default)
192!        ICNTRL(6)=1 : starting values are zero
193!
194!    ICNTRL(7)  -> method to solve ADJ equations:
195!        ICNTRL(7)=0 : modified Newton re-using LU (the default)
196!        ICNTRL(7)=1 : direct solution (additional one LU factorization per stage)
197!
198!    ICNTRL(8)  -> checkpointing the LU factorization at each step:
199!        ICNTRL(8)=0 : do *not* save LU factorization (the default)
200!        ICNTRL(8)=1 : save LU factorization
201!        Note: if ICNTRL(7)=1 the LU factorization is *not* saved
202!
203!~~~>  Real parameters
204!
205!    RCNTRL(1)  -> Hmin, lower bound for the integration step size
206!                  It is strongly recommended to keep Hmin = ZERO
207!    RCNTRL(2)  -> Hmax, upper bound for the integration step size
208!    RCNTRL(3)  -> Hstart, starting value for the integration step size
209!
210!    RCNTRL(4)  -> FacMin, lower bound on step decrease factor (default=0.2)
211!    RCNTRL(5)  -> FacMax, upper bound on step increase factor (default=6)
212!    RCNTRL(6)  -> FacRej, step decrease factor after multiple rejections
213!                 (default=0.1)
214!    RCNTRL(7)  -> FacSafe, by which the new step is slightly smaller
215!                  than the predicted value  (default=0.9)
216!    RCNTRL(8)  -> ThetaMin. If Newton convergence rate smaller
217!                  than ThetaMin the Jacobian is not recomputed;
218!                  (default=0.001)
219!    RCNTRL(9)  -> NewtonTol, stopping criterion for Newton's method
220!                  (default=0.03)
221!    RCNTRL(10) -> Qmin
222!    RCNTRL(11) -> Qmax. If Qmin < Hnew/Hold < Qmax, then the
223!                  step size is kept constant and the LU factorization
224!                  reused (default Qmin=1, Qmax=1.2)
225!
226!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
227!
228!~~~>     OUTPUT PARAMETERS:
229!
230!    Note: each call to Rosenbrock adds the current no. of fcn calls
231!      to previous value of ISTATUS(1), and similar for the other params.
232!      Set ISTATUS(1:10) = 0 before call to avoid this accumulation.
233!
234!    ISTATUS(1) = No. of function calls
235!    ISTATUS(2) = No. of jacobian calls
236!    ISTATUS(3) = No. of steps
237!    ISTATUS(4) = No. of accepted steps
238!    ISTATUS(5) = No. of rejected steps (except at the beginning)
239!    ISTATUS(6) = No. of LU decompositions
240!    ISTATUS(7) = No. of forward/backward substitutions
241!    ISTATUS(8) = No. of singular matrix decompositions
242!
243!    RSTATUS(1)  -> Texit, the time corresponding to the
244!                   computed Y upon return
245!    RSTATUS(2)  -> Hexit,last accepted step before return
246!    RSTATUS(3)  -> Hnew, last predicted step before return
247!        For multiple restarts, use Hnew as Hstart in the following run
248!
249!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
250      IMPLICIT NONE
251
252! Arguments     
253      INTEGER, INTENT(IN)          :: N, NADJ, ICNTRL(20)
254      KPP_REAL, INTENT(INOUT) :: Y(NVAR), Lambda(NVAR,NADJ)
255      KPP_REAL, INTENT(IN)    :: Tinitial, Tfinal, &
256                    RelTol(NVAR), AbsTol(NVAR), RCNTRL(20), &
257                    RelTol_adj(NVAR,NADJ), AbsTol_adj(NVAR,NADJ)
258      INTEGER, INTENT(OUT)         :: Ierr
259      INTEGER, INTENT(INOUT)       :: ISTATUS(20) 
260      KPP_REAL, INTENT(OUT)   :: RSTATUS(20)
261       
262!~~~>  SDIRK method coefficients, up to 5 stages
263      INTEGER, PARAMETER :: Smax = 5
264      INTEGER, PARAMETER :: S2A=1, S2B=2, S3A=3, S4A=4, S4B=5
265      KPP_REAL :: rkGamma, rkA(Smax,Smax), rkB(Smax), rkC(Smax), &
266                       rkD(Smax),  rkE(Smax), rkBhat(Smax), rkELO,    &
267                       rkAlpha(Smax,Smax), rkTheta(Smax,Smax)
268      INTEGER :: sdMethod, rkS ! The number of stages
269
270!~~~>  Checkpoints in memory buffers
271      INTEGER :: stack_ptr = 0 ! last written entry in checkpoint
272      KPP_REAL, DIMENSION(:),     POINTER :: chk_H, chk_T
273      KPP_REAL, DIMENSION(:,:),   POINTER :: chk_Y
274      KPP_REAL, DIMENSION(:,:,:), POINTER :: chk_Z
275      INTEGER,       DIMENSION(:,:),   POINTER :: chk_P
276#ifdef FULL_ALGEBRA
277      KPP_REAL, DIMENSION(:,:,:), POINTER :: chk_J
278#else
279      KPP_REAL, DIMENSION(:,:),   POINTER :: chk_J
280#endif
281! Local variables     
282      KPP_REAL :: Hmin, Hmax, Hstart, Roundoff,    &
283                       FacMin, Facmax, FacSafe, FacRej, &
284                       ThetaMin, NewtonTol, Qmin, Qmax
285      LOGICAL       :: SaveLU, DirectADJ                 
286      INTEGER       :: ITOL, NewtonMaxit, Max_no_steps, i
287      KPP_REAL, PARAMETER :: ZERO = 0.0d0, ONE = 1.0d0
288      KPP_REAL, PARAMETER :: DeltaMin = 1.0d-5
289
290       
291!~~~>  Initialize statistics
292      ISTATUS(1:20) = 0
293      RSTATUS(1:20) = ZERO
294      Ierr          = 0
295
296!~~~>  For Scalar tolerances (ICNTRL(2).NE.0)  the code uses AbsTol(1) and RelTol(1)
297!   For Vector tolerances (ICNTRL(2) == 0) the code uses AbsTol(1:NVAR) and RelTol(1:NVAR)
298      IF (ICNTRL(2) == 0) THEN
299         ITOL = 1
300      ELSE
301         ITOL = 0
302      END IF
303
304!~~~> ICNTRL(3) - method selection       
305      SELECT CASE (ICNTRL(3))
306      CASE (0,1)
307         CALL Sdirk2a
308      CASE (2)
309         CALL Sdirk2b
310      CASE (3)
311         CALL Sdirk3a
312      CASE (4)
313         CALL Sdirk4a
314      CASE (5)
315         CALL Sdirk4b
316      CASE DEFAULT
317         CALL Sdirk2a
318      END SELECT
319     
320!~~~>   The maximum number of time steps admitted
321      IF (ICNTRL(4) == 0) THEN
322         Max_no_steps = 200000
323      ELSEIF (ICNTRL(4) > 0) THEN
324         Max_no_steps = ICNTRL(4)
325      ELSE
326         PRINT * ,'User-selected ICNTRL(4)=',ICNTRL(4)
327         CALL SDIRK_ErrorMsg(-1,Tinitial,ZERO,Ierr)
328   END IF
329 
330!~~~> The maximum number of Newton iterations admitted
331      IF(ICNTRL(5) == 0)THEN
332         NewtonMaxit=8
333      ELSE
334         NewtonMaxit=ICNTRL(5)
335         IF(NewtonMaxit <= 0)THEN
336             PRINT * ,'User-selected ICNTRL(5)=',ICNTRL(5)
337             CALL SDIRK_ErrorMsg(-2,Tinitial,ZERO,Ierr)
338         END IF
339      END IF
340
341!~~~> Solve ADJ equations directly or by Newton iterations
342      DirectADJ = (ICNTRL(7) == 1)
343 
344!~~~> Save or not the forward LU factorization
345      SaveLU = (ICNTRL(8) /= 0) .AND. (.NOT.DirectADJ)
346
347!~~~>  Unit roundoff (1+Roundoff>1)
348      Roundoff = WLAMCH('E')
349
350!~~~>  Lower bound on the step size: (positive value)
351      IF (RCNTRL(1) == ZERO) THEN
352         Hmin = ZERO
353      ELSEIF (RCNTRL(1) > ZERO) THEN
354         Hmin = RCNTRL(1)
355      ELSE
356         PRINT * , 'User-selected RCNTRL(1)=', RCNTRL(1)
357         CALL SDIRK_ErrorMsg(-3,Tinitial,ZERO,Ierr)
358      END IF
359   
360!~~~>  Upper bound on the step size: (positive value)
361      IF (RCNTRL(2) == ZERO) THEN
362         Hmax = ABS(Tfinal-Tinitial)
363      ELSEIF (RCNTRL(2) > ZERO) THEN
364         Hmax = MIN(ABS(RCNTRL(2)),ABS(Tfinal-Tinitial))
365      ELSE
366         PRINT * , 'User-selected RCNTRL(2)=', RCNTRL(2)
367         CALL SDIRK_ErrorMsg(-3,Tinitial,ZERO,Ierr)
368      END IF
369   
370!~~~>  Starting step size: (positive value)
371      IF (RCNTRL(3) == ZERO) THEN
372         Hstart = MAX(Hmin,Roundoff)
373      ELSEIF (RCNTRL(3) > ZERO) THEN
374         Hstart = MIN(ABS(RCNTRL(3)),ABS(Tfinal-Tinitial))
375      ELSE
376         PRINT * , 'User-selected Hstart: RCNTRL(3)=', RCNTRL(3)
377         CALL SDIRK_ErrorMsg(-3,Tinitial,ZERO,Ierr)
378      END IF
379   
380!~~~>  Step size can be changed s.t.  FacMin < Hnew/Hexit < FacMax
381      IF (RCNTRL(4) == ZERO) THEN
382         FacMin = 0.2_dp
383      ELSEIF (RCNTRL(4) > ZERO) THEN
384         FacMin = RCNTRL(4)
385      ELSE
386         PRINT * , 'User-selected FacMin: RCNTRL(4)=', RCNTRL(4)
387         CALL SDIRK_ErrorMsg(-4,Tinitial,ZERO,Ierr)
388      END IF
389      IF (RCNTRL(5) == ZERO) THEN
390         FacMax = 10.0_dp
391      ELSEIF (RCNTRL(5) > ZERO) THEN
392         FacMax = RCNTRL(5)
393      ELSE
394         PRINT * , 'User-selected FacMax: RCNTRL(5)=', RCNTRL(5)
395         CALL SDIRK_ErrorMsg(-4,Tinitial,ZERO,Ierr)
396      END IF
397!~~~>   FacRej: Factor to decrease step after 2 succesive rejections
398      IF (RCNTRL(6) == ZERO) THEN
399         FacRej = 0.1_dp
400      ELSEIF (RCNTRL(6) > ZERO) THEN
401         FacRej = RCNTRL(6)
402      ELSE
403         PRINT * , 'User-selected FacRej: RCNTRL(6)=', RCNTRL(6)
404         CALL SDIRK_ErrorMsg(-4,Tinitial,ZERO,Ierr)
405      END IF
406!~~~>   FacSafe: Safety Factor in the computation of new step size
407      IF (RCNTRL(7) == ZERO) THEN
408         FacSafe = 0.9_dp
409      ELSEIF (RCNTRL(7) > ZERO) THEN
410         FacSafe = RCNTRL(7)
411      ELSE
412         PRINT * , 'User-selected FacSafe: RCNTRL(7)=', RCNTRL(7)
413         CALL SDIRK_ErrorMsg(-4,Tinitial,ZERO,Ierr)
414      END IF
415
416!~~~> ThetaMin: decides whether the Jacobian should be recomputed
417      IF(RCNTRL(8) == 0.D0)THEN
418         ThetaMin = 1.0d-3
419      ELSE
420         ThetaMin = RCNTRL(8)
421      END IF
422
423!~~~> Stopping criterion for Newton's method
424      IF(RCNTRL(9) == ZERO)THEN
425         NewtonTol = 3.0d-2
426      ELSE
427         NewtonTol = RCNTRL(9)
428      END IF
429
430!~~~> Qmin, Qmax: IF Qmin < Hnew/Hold < Qmax, STEP SIZE = CONST.
431      IF(RCNTRL(10) == ZERO)THEN
432         Qmin=ONE
433      ELSE
434         Qmin=RCNTRL(10)
435      END IF
436      IF(RCNTRL(11) == ZERO)THEN
437         Qmax=1.2D0
438      ELSE
439         Qmax=RCNTRL(11)
440      END IF
441
442!~~~>  Check if tolerances are reasonable
443      IF (ITOL == 0) THEN
444         IF (AbsTol(1) <= ZERO .OR. RelTol(1) <= 10.D0*Roundoff) THEN
445            PRINT * , ' Scalar AbsTol = ',AbsTol(1)
446            PRINT * , ' Scalar RelTol = ',RelTol(1)
447            CALL SDIRK_ErrorMsg(-5,Tinitial,ZERO,Ierr)
448         END IF
449      ELSE
450         DO i=1,N
451            IF (AbsTol(i) <= 0.D0.OR.RelTol(i) <= 10.D0*Roundoff) THEN
452              PRINT * , ' AbsTol(',i,') = ',AbsTol(i)
453              PRINT * , ' RelTol(',i,') = ',RelTol(i)
454              CALL SDIRK_ErrorMsg(-5,Tinitial,ZERO,Ierr)
455            END IF
456         END DO
457      END IF
458   
459    IF (Ierr < 0) RETURN
460   
461!~~~>  Allocate memory buffers   
462    CALL SDIRK_AllocBuffers
463
464!~~~>  Call forward integration   
465    CALL SDIRK_FwdInt( N, Tinitial, Tfinal, Y, Ierr )
466
467!~~~>  Call adjoint integration   
468    CALL SDIRK_DadjInt( N, NADJ, Lambda, Ierr )
469
470!~~~>  Free memory buffers   
471    CALL SDIRK_FreeBuffers
472
473
474!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
475   CONTAINS  !  Procedures internal to SDIRKADJ
476!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
477
478
479!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
480   SUBROUTINE SDIRK_FwdInt( N,Tinitial,Tfinal,Y,Ierr )
481!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
482
483      USE KPP_ROOT_Parameters
484      IMPLICIT NONE
485
486!~~~> Arguments:     
487      INTEGER :: N
488      KPP_REAL, INTENT(INOUT) :: Y(NVAR)
489      KPP_REAL, INTENT(IN) :: Tinitial, Tfinal
490      INTEGER, INTENT(OUT) :: Ierr
491     
492!~~~> Local variables:     
493      KPP_REAL :: Z(NVAR,Smax), G(NVAR), TMP(NVAR),        &   
494                       NewtonRate, SCAL(NVAR), RHS(NVAR),       &
495                       T, H, Theta, Hratio, NewtonPredictedErr, &
496                       Qnewton, Err, Fac, Hnew,Tdirection,      &
497                       NewtonIncrement, NewtonIncrementOld
498      INTEGER :: j, ISING, istage, NewtonIter, IP(NVAR)
499      LOGICAL :: Reject, FirstStep, SkipJac, SkipLU, NewtonDone
500     
501#ifdef FULL_ALGEBRA     
502      KPP_REAL, DIMENSION(NVAR,NVAR) :: FJAC, E
503#else     
504      KPP_REAL, DIMENSION(LU_NONZERO):: FJAC, E
505#endif     
506
507
508!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
509!~~~>  Initializations
510!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
511
512      T = Tinitial
513      Tdirection = SIGN(ONE,Tfinal-Tinitial)
514      H = MAX(ABS(Hmin),ABS(Hstart))
515      IF (ABS(H) <= 10.D0*Roundoff) H=1.0D-6
516      H=MIN(ABS(H),Hmax)
517      H=SIGN(H,Tdirection)
518      SkipLU =.FALSE.
519      SkipJac = .FALSE.
520      Reject=.FALSE.
521      FirstStep=.TRUE.
522
523      CALL SDIRK_ErrorScale(ITOL, AbsTol, RelTol, Y, SCAL)
524
525!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
526!~~~>  Time loop begins
527!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
528Tloop: DO WHILE ( (Tfinal-T)*Tdirection - Roundoff > ZERO )
529
530
531!~~~>  Compute E = 1/(h*gamma)-Jac and its LU decomposition
532      IF ( .NOT.SkipLU ) THEN ! This time around skip the Jac update and LU
533         CALL SDIRK_PrepareMatrix ( H, T, Y, FJAC, &
534                   SkipJac, SkipLU, E, IP, Reject, ISING )
535         IF (ISING /= 0) THEN
536             CALL SDIRK_ErrorMsg(-8,T,H,Ierr); RETURN
537         END IF
538      END IF     
539
540      IF (ISTATUS(Nstp) > Max_no_steps) THEN
541             CALL SDIRK_ErrorMsg(-6,T,H,Ierr); RETURN
542      END IF   
543      IF ( (T+0.1d0*H == T) .OR. (ABS(H) <= Roundoff) ) THEN
544             CALL SDIRK_ErrorMsg(-7,T,H,Ierr); RETURN
545      END IF   
546
547stages:DO istage = 1, rkS
548
549!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
550!~~~>  Simplified Newton iterations
551!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
552
553!~~~>  Starting values for Newton iterations
554       CALL Set2zero(N,Z(1,istage))
555       
556!~~~>   Prepare the loop-independent part of the right-hand side
557       CALL Set2zero(N,G)
558       IF (istage > 1) THEN
559           DO j = 1, istage-1
560               ! Gj(:) = sum_j Theta(i,j)*Zj(:) = H * sum_j A(i,j)*Fun(Zj(:))
561               CALL WAXPY(N,rkTheta(istage,j),Z(1,j),1,G,1)
562               ! Zi(:) = sum_j Alpha(i,j)*Zj(:)
563               CALL WAXPY(N,rkAlpha(istage,j),Z(1,j),1,Z(1,istage),1)
564           END DO
565       END IF
566
567       !~~~>  Initializations for Newton iteration
568       NewtonDone = .FALSE.
569       Fac = 0.5d0 ! Step reduction factor if too many iterations
570           
571NewtonLoop:DO NewtonIter = 1, NewtonMaxit
572
573!~~~>   Prepare the loop-dependent part of the right-hand side
574            CALL WADD(N,Y,Z(1,istage),TMP)              ! TMP <- Y + Zi
575            CALL FUN_CHEM(T+rkC(istage)*H,TMP,RHS)      ! RHS <- Fun(Y+Zi)
576            ISTATUS(Nfun) = ISTATUS(Nfun) + 1
577!            RHS(1:N) = G(1:N) - Z(1:N,istage) + (H*rkGamma)*RHS(1:N)
578            CALL WSCAL(N, H*rkGamma, RHS, 1)
579            CALL WAXPY (N, -ONE, Z(1,istage), 1, RHS, 1)
580            CALL WAXPY (N, ONE, G,1, RHS,1)
581
582!~~~>   Solve the linear system
583            CALL SDIRK_Solve ( 'N', H, N, E, IP, ISING, RHS )
584           
585!~~~>   Check convergence of Newton iterations
586            CALL SDIRK_ErrorNorm(N, RHS, SCAL, NewtonIncrement)
587            IF ( NewtonIter == 1 ) THEN
588                Theta      = ABS(ThetaMin)
589                NewtonRate = 2.0d0 
590            ELSE
591                Theta = NewtonIncrement/NewtonIncrementOld
592                IF (Theta < 0.99d0) THEN
593                    NewtonRate = Theta/(ONE-Theta)
594                    ! Predict error at the end of Newton process
595                    NewtonPredictedErr = NewtonIncrement &
596                               *Theta**(NewtonMaxit-NewtonIter)/(ONE-Theta)
597                    IF (NewtonPredictedErr >= NewtonTol) THEN
598                      ! Non-convergence of Newton: predicted error too large
599                      Qnewton = MIN(10.0d0,NewtonPredictedErr/NewtonTol)
600                      Fac = 0.8d0*Qnewton**(-ONE/(1+NewtonMaxit-NewtonIter))
601                      EXIT NewtonLoop
602                    END IF
603                ELSE ! Non-convergence of Newton: Theta too large
604                    EXIT NewtonLoop
605                END IF
606            END IF
607            NewtonIncrementOld = NewtonIncrement
608            ! Update solution: Z(:) <-- Z(:)+RHS(:)
609            CALL WAXPY(N,ONE,RHS,1,Z(1,istage),1) 
610           
611            ! Check error in Newton iterations
612            NewtonDone = (NewtonRate*NewtonIncrement <= NewtonTol)
613            IF (NewtonDone) EXIT NewtonLoop
614           
615            END DO NewtonLoop
616           
617            IF (.NOT.NewtonDone) THEN
618                 !CALL RK_ErrorMsg(-12,T,H,Ierr);
619                 H = Fac*H; Reject=.TRUE.
620                 SkipJac = .TRUE.; SkipLU = .FALSE.
621                 CYCLE Tloop
622            END IF
623
624!~~~>  End of implified Newton iterations
625
626 
627   END DO stages
628
629
630!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
631!~~~>  Error estimation
632!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
633      ISTATUS(Nstp) = ISTATUS(Nstp) + 1
634      CALL Set2zero(N,TMP)
635      DO i = 1,rkS
636         IF (rkE(i)/=ZERO) CALL WAXPY(N,rkE(i),Z(1,i),1,TMP,1)
637      END DO 
638
639      CALL SDIRK_Solve( 'N', H, N, E, IP, ISING, TMP )
640      CALL SDIRK_ErrorNorm(N, TMP, SCAL, Err)
641
642!~~~> Computation of new step size Hnew
643      Fac  = FacSafe*(Err)**(-ONE/rkELO)
644      Fac  = MAX(FacMin,MIN(FacMax,Fac))
645      Hnew = H*Fac
646
647!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
648!~~~>  Accept/Reject step
649!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
650accept: IF ( Err < ONE ) THEN !~~~> Step is accepted
651
652         FirstStep=.FALSE.
653         ISTATUS(Nacc) = ISTATUS(Nacc) + 1
654
655!~~~> Checkpoint solution
656         CALL SDIRK_Push( T, H, Y, Z, E, IP )
657
658!~~~> Update time and solution
659         T  =  T + H
660         ! Y(:) <-- Y(:) + Sum_j rkD(j)*Z_j(:)
661         DO i = 1,rkS 
662            IF (rkD(i)/=ZERO) CALL WAXPY(N,rkD(i),Z(1,i),1,Y,1)
663         END DO 
664       
665!~~~> Update scaling coefficients
666         CALL SDIRK_ErrorScale(ITOL, AbsTol, RelTol, Y, SCAL)
667
668!~~~> Next time step
669         Hnew = Tdirection*MIN(ABS(Hnew),Hmax)
670         ! Last T and H
671         RSTATUS(Ntexit) = T
672         RSTATUS(Nhexit) = H
673         RSTATUS(Nhnew)  = Hnew
674         ! No step increase after a rejection
675         IF (Reject) Hnew = Tdirection*MIN(ABS(Hnew),ABS(H))
676         Reject = .FALSE.
677         IF ((T+Hnew/Qmin-Tfinal)*Tdirection > ZERO) THEN
678            H = Tfinal-T
679         ELSE
680            Hratio=Hnew/H
681            ! If step not changed too much keep Jacobian and reuse LU
682            SkipLU = ( (Theta <= ThetaMin) .AND. (Hratio >= Qmin) &
683                                     .AND. (Hratio <= Qmax) )
684            IF (.NOT.SkipLU) H = Hnew
685         END IF
686         ! If convergence is fast enough, do not update Jacobian
687!         SkipJac = (Theta <= ThetaMin)
688         SkipJac = .FALSE.
689
690      ELSE accept !~~~> Step is rejected
691
692         IF (FirstStep .OR. Reject) THEN
693             H = FacRej*H
694         ELSE
695             H = Hnew
696         END IF
697         Reject  = .TRUE.
698         SkipJac = .TRUE.
699         SkipLU  = .FALSE. 
700         IF (ISTATUS(Nacc) >= 1) ISTATUS(Nrej) = ISTATUS(Nrej) + 1
701         
702      END IF accept
703     
704      END DO Tloop
705
706      ! Successful return
707      Ierr  = 1
708 
709      END SUBROUTINE SDIRK_FwdInt
710
711
712
713!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
714   SUBROUTINE SDIRK_DadjInt( N, NADJ, Lambda, Ierr )
715!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
716
717      USE KPP_ROOT_Parameters
718      IMPLICIT NONE
719
720!~~~> Arguments:     
721      INTEGER, INTENT(IN) :: N, NADJ
722      KPP_REAL, INTENT(INOUT) :: Lambda(NVAR,NADJ)
723      INTEGER, INTENT(OUT) :: Ierr
724     
725!~~~> Local variables:     
726      KPP_REAL :: Y(NVAR)
727      KPP_REAL :: Z(NVAR,Smax), U(NVAR,NADJ,Smax),   &
728                       TMP(NVAR), G(NVAR),                &   
729                       NewtonRate, SCAL(NVAR), DU(NVAR),  &
730                       T, H, Theta, NewtonPredictedErr,   &
731                       NewtonIncrement, NewtonIncrementOld
732      INTEGER :: j, ISING, istage, iadj, NewtonIter, &
733                 IP(NVAR), IP_adj(NVAR)
734      LOGICAL :: Reject, SkipJac, SkipLU, NewtonDone
735     
736#ifdef FULL_ALGEBRA     
737      KPP_REAL, DIMENSION(NVAR,NVAR) :: E, Jac, E_adj
738#else     
739      KPP_REAL, DIMENSION(LU_NONZERO):: E, Jac, E_adj
740#endif     
741
742
743!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
744!~~~>  Time loop begins
745!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
746Tloop: DO WHILE ( stack_ptr > 0 )
747       
748   !~~~>  Recover checkpoints for stage values and vectors
749      CALL SDIRK_Pop( T, H, Y, Z, E, IP )
750
751!~~~>  Compute E = 1/(h*gamma)-Jac and its LU decomposition
752      IF (.NOT.SaveLU) THEN
753          SkipJac = .FALSE.; SkipLU = .FALSE.
754          CALL SDIRK_PrepareMatrix ( H, T, Y, Jac, &
755                   SkipJac, SkipLU, E, IP, Reject, ISING )
756         IF (ISING /= 0) THEN
757             CALL SDIRK_ErrorMsg(-8,T,H,Ierr); RETURN
758         END IF
759      END IF     
760
761stages:DO istage = rkS, 1, -1
762
763!~~~>  Jacobian of the current stage solution
764       TMP(1:N) = Y(1:N) + Z(1:N,istage)
765       CALL JAC_CHEM(T+rkC(istage)*H,TMP,Jac)
766       ISTATUS(Njac) = ISTATUS(Njac) + 1
767       
768       IF (DirectADJ) THEN 
769#ifdef FULL_ALGEBRA
770         E_adj(1:N,1:N) = -Jac(1:N,1:N)
771         DO j=1,N
772            E_adj(j,j) = E_adj(j,j) + ONE/(H*rkGamma)
773         END DO
774         CALL DGETRF( N, N, E_adj, N, IP_adj, ISING )
775#else
776         E_adj(1:LU_NONZERO) = -Jac(1:LU_NONZERO)
777         DO i = 1,NVAR
778            j = LU_DIAG(i); E_adj(j) = E_adj(j) + ONE/(H*rkGamma)
779         END DO
780         CALL KppDecomp ( E_adj, ISING)
781#endif
782         ISTATUS(Ndec) = ISTATUS(Ndec) + 1
783         IF (ISING /= 0)  THEN
784             PRINT*,'At stage ',istage,' the matrix used in adjoint', &
785                      ' computation is singular'
786             CALL SDIRK_ErrorMsg(-8,T,H,Ierr); RETURN
787         END IF
788       END IF
789
790adj:   DO iadj = 1, NADJ
791       
792!~~~> Update scaling coefficients
793       CALL SDIRK_ErrorScale(ITOL, AbsTol_adj(1:NVAR,iadj), &
794             RelTol_adj(1:NVAR,iadj), Lambda(1:NVAR,iadj), SCAL)
795     
796!~~~>   Prepare the loop-independent part of the right-hand side
797!       G(:) = H*Jac^T*( B(i)*Lambda + sum_j A(j,i)*Uj(:) )
798       G(1:N) = rkB(istage)*Lambda(1:N,iadj)
799       IF (istage < rkS) THEN
800           DO j = istage+1, rkS
801               CALL WAXPY(N,rkA(j,istage),U(1,iadj,j),1,G,1)
802           END DO
803       END IF
804#ifdef FULL_ALGEBRA 
805       TMP = MATMUL(TRANSPOSE(Jac),G)    ! DZ <- Jac(Y+Z)*Y_tlm
806#else     
807       CALL JacTR_SP_Vec ( Jac, G, TMP )   
808#endif     
809       G(1:N) = H*TMP(1:N)
810
811DirADJ:IF (DirectADJ) THEN
812
813            CALL SDIRK_Solve ( 'T', H, N, E_adj, IP_adj, ISING, G )
814            U(1:N,iadj,istage) = G(1:N)
815     
816       ELSE DirADJ
817
818            !~~~>  Initializations for Newton iteration
819            CALL Set2zero(N,U(1,iadj,istage))
820            NewtonDone = .FALSE.
821           
822NewtonLoop:DO NewtonIter = 1, NewtonMaxit
823
824!~~~>   Prepare the loop-dependent part of the right-hand side
825#ifdef FULL_ALGEBRA 
826            TMP = MATMUL(TRANSPOSE(Jac),U(1:N,iadj,istage))   
827#else     
828            CALL JacTR_SP_Vec ( Jac, U(1:N,iadj,istage), TMP )   
829#endif     
830            DU(1:N) = U(1:N,iadj,istage) - (H*rkGamma)*TMP(1:N) - G(1:N)
831
832!~~~>   Solve the linear system
833            CALL SDIRK_Solve ( 'T', H, N, E, IP, ISING, DU )
834           
835!~~~>   Check convergence of Newton iterations
836           
837            CALL SDIRK_ErrorNorm(N, DU, SCAL, NewtonIncrement)
838            IF ( NewtonIter == 1 ) THEN
839                Theta      = ABS(ThetaMin)
840                NewtonRate = 2.0d0 
841            ELSE
842                Theta = NewtonIncrement/NewtonIncrementOld
843                IF (Theta < 0.99d0) THEN
844                    NewtonRate = Theta/(ONE-Theta)
845                     ! Predict error at the end of Newton process
846                    NewtonPredictedErr = NewtonIncrement &
847                               *Theta**(NewtonMaxit-NewtonIter)/(ONE-Theta)
848                     ! Non-convergence of Newton: predicted error too large
849                    IF (NewtonPredictedErr >= NewtonTol) EXIT NewtonLoop
850                ELSE ! Non-convergence of Newton: Theta too large
851                    EXIT NewtonLoop
852                END IF
853            END IF
854            NewtonIncrementOld = NewtonIncrement
855            ! Update solution
856            U(1:N,iadj,istage) = U(1:N,iadj,istage) - DU(1:N)
857           
858            ! Check error in Newton iterations
859            NewtonDone = (NewtonRate*NewtonIncrement <= NewtonTol)
860            ! AbsTol is often inappropriate for adjoints -
861            !    we do at least 4 Newton iterations to ensure convergence
862            !    of all adjoint components
863            IF ((NewtonIter>=4) .AND. NewtonDone) EXIT NewtonLoop
864           
865            END DO NewtonLoop
866           
867            !~~~> If Newton iterations fail employ the direct solution
868            IF (.NOT.NewtonDone) THEN                 
869               PRINT*,'Problems with Newton Adjoint!!!'
870#ifdef FULL_ALGEBRA
871               E_adj(1:N,1:N) = -Jac(1:N,1:N)
872               DO j=1,N
873                  E_adj(j,j) = E_adj(j,j) + ONE/(H*rkGamma)
874               END DO
875               CALL DGETRF( N, N, E_adj, N, IP_adj, ISING )
876#else
877               E_adj(1:LU_NONZERO) = -Jac(1:LU_NONZERO)
878               DO i = 1,NVAR
879                  j = LU_DIAG(i); E_adj(j) = E_adj(j) + ONE/(H*rkGamma)
880               END DO
881               CALL KppDecomp ( E_adj, ISING)
882#endif
883               ISTATUS(Ndec) = ISTATUS(Ndec) + 1
884               IF (ISING /= 0)  THEN
885                   PRINT*,'At stage ',istage,' the matrix used in adjoint', &
886                            ' computation is singular'
887                   CALL SDIRK_ErrorMsg(-8,T,H,Ierr); RETURN
888               END IF
889                  CALL SDIRK_Solve ( 'T', H, N, E_adj, IP_adj, ISING, G )
890                  U(1:N,iadj,istage) = G(1:N)
891                 
892            END IF
893
894!~~~>  End of simplified Newton iterations
895     
896       END IF DirADJ
897
898   END DO adj
899 
900   END DO stages
901
902!~~~> Update adjoint solution
903         ! Y(:) <-- Y(:) + Sum_j rkD(j)*Z_j(:)
904         DO istage = 1,rkS 
905             DO iadj = 1,NADJ
906                 Lambda(1:N,iadj) = Lambda(1:N,iadj) + U(1:N,iadj,istage)
907                 !CALL WAXPY(N,ONE,U(1:N,iadj,istage),1,Lambda(1,iadj),1)
908             END DO 
909         END DO 
910
911      END DO Tloop
912
913      ! Successful return
914      Ierr  = 1
915 
916      END SUBROUTINE SDIRK_DadjInt
917
918!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
919      SUBROUTINE SDIRK_AllocBuffers
920!~~~>  Allocate buffer space for checkpointing
921!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
922       INTEGER :: i
923   
924       ALLOCATE( chk_H(Max_no_steps), STAT=i )
925       IF (i/=0) THEN
926          PRINT*,'Failed allocation of buffer H'; STOP
927       END IF   
928       ALLOCATE( chk_T(Max_no_steps), STAT=i )
929       IF (i/=0) THEN
930          PRINT*,'Failed allocation of buffer T'; STOP
931       END IF   
932       ALLOCATE( chk_Y(NVAR,Max_no_steps), STAT=i )
933       IF (i/=0) THEN
934          PRINT*,'Failed allocation of buffer Y'; STOP
935       END IF   
936       ALLOCATE( chk_Z(NVAR,rkS,Max_no_steps), STAT=i )
937       IF (i/=0) THEN
938          PRINT*,'Failed allocation of buffer K'; STOP
939       END IF   
940       IF (SaveLU) THEN
941#ifdef FULL_ALGEBRA
942          ALLOCATE( chk_J(NVAR,NVAR,Max_no_steps),  STAT=i )
943#else
944          ALLOCATE( chk_J(LU_NONZERO,Max_no_steps), STAT=i )
945#endif
946          IF (i/=0) THEN
947             PRINT*,'Failed allocation of buffer J'; STOP
948          END IF   
949          ALLOCATE( chk_P(NVAR,Max_no_steps), STAT=i )
950          IF (i/=0) THEN
951             PRINT*,'Failed allocation of buffer P'; STOP
952          END IF   
953       END IF   
954 
955     END SUBROUTINE SDIRK_AllocBuffers
956
957
958!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
959     SUBROUTINE SDIRK_FreeBuffers
960!~~~>  Dallocate buffer space for discrete adjoint
961!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
962       INTEGER :: i
963   
964       DEALLOCATE( chk_H, STAT=i )
965       IF (i/=0) THEN
966          PRINT*,'Failed deallocation of buffer H'; STOP
967       END IF   
968       DEALLOCATE( chk_T, STAT=i )
969       IF (i/=0) THEN
970          PRINT*,'Failed deallocation of buffer T'; STOP
971       END IF   
972       DEALLOCATE( chk_Y, STAT=i )
973       IF (i/=0) THEN
974          PRINT*,'Failed deallocation of buffer Y'; STOP
975       END IF   
976       DEALLOCATE( chk_Z, STAT=i )
977       IF (i/=0) THEN
978          PRINT*,'Failed deallocation of buffer K'; STOP
979       END IF   
980       IF (SaveLU) THEN
981          DEALLOCATE( chk_J, STAT=i )
982          IF (i/=0) THEN
983             PRINT*,'Failed deallocation of buffer J'; STOP
984          END IF   
985          DEALLOCATE( chk_P, STAT=i )
986          IF (i/=0) THEN
987             PRINT*,'Failed deallocation of buffer P'; STOP
988          END IF   
989       END IF   
990 
991     END SUBROUTINE SDIRK_FreeBuffers
992
993
994!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
995     SUBROUTINE SDIRK_Push( T, H, Y, Z, E, P )
996!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
997!~~~> Saves the next trajectory snapshot for discrete adjoints
998!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
999
1000       KPP_REAL :: T, H, Y(NVAR), Z(NVAR,Smax) 
1001       INTEGER       :: P(NVAR)
1002#ifdef FULL_ALGEBRA
1003       KPP_REAL :: E(NVAR,NVAR)
1004#else       
1005       KPP_REAL :: E(LU_NONZERO)
1006#endif
1007   
1008       stack_ptr = stack_ptr + 1
1009       IF ( stack_ptr > Max_no_steps ) THEN
1010         PRINT*,'Push failed: buffer overflow'
1011         STOP
1012       END IF 
1013       chk_H( stack_ptr ) = H
1014       chk_T( stack_ptr ) = T
1015       chk_Y(1:NVAR,stack_ptr) = Y(1:NVAR)
1016       chk_Z(1:NVAR,1:rkS,stack_ptr) = Z(1:NVAR,1:rkS)
1017       IF (SaveLU) THEN 
1018#ifdef FULL_ALGEBRA
1019          chk_J(1:NVAR,1:NVAR,stack_ptr) = E(1:NVAR,1:NVAR)
1020          chk_P(1:NVAR,stack_ptr)        = P(1:NVAR)
1021#else       
1022          chk_J(1:LU_NONZERO,stack_ptr)  = E(1:LU_NONZERO)
1023#endif
1024       END IF
1025 
1026      END SUBROUTINE SDIRK_Push
1027 
1028   
1029!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1030      SUBROUTINE SDIRK_Pop( T, H, Y, Z, E, P )
1031!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1032!~~~> Retrieves the next trajectory snapshot for discrete adjoints
1033!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1034
1035       KPP_REAL :: T, H, Y(NVAR), Z(NVAR,Smax)
1036       INTEGER       :: P(NVAR)
1037#ifdef FULL_ALGEBRA
1038       KPP_REAL :: E(NVAR,NVAR)
1039#else       
1040       KPP_REAL :: E(LU_NONZERO)
1041#endif
1042   
1043       IF ( stack_ptr <= 0 ) THEN
1044         PRINT*,'Pop failed: empty buffer'
1045         STOP
1046       END IF 
1047       H = chk_H( stack_ptr )
1048       T = chk_T( stack_ptr )
1049       Y(1:NVAR) = chk_Y(1:NVAR,stack_ptr)
1050       Z(1:NVAR,1:rkS) = chk_Z(1:NVAR,1:rkS,stack_ptr)
1051       IF (SaveLU) THEN
1052#ifdef FULL_ALGEBRA
1053          E(1:NVAR,1:NVAR) = chk_J(1:NVAR,1:NVAR,stack_ptr)
1054          P(1:NVAR)        = chk_P(1:NVAR,stack_ptr)
1055#else       
1056          E(1:LU_NONZERO)  = chk_J(1:LU_NONZERO,stack_ptr)
1057#endif
1058       END IF
1059
1060       stack_ptr = stack_ptr - 1
1061 
1062      END SUBROUTINE SDIRK_Pop
1063
1064!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1065      SUBROUTINE SDIRK_ErrorScale(ITOL, AbsTol, RelTol, Y, SCAL)
1066!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1067      IMPLICIT NONE
1068      INTEGER :: i, ITOL
1069      KPP_REAL :: AbsTol(NVAR), RelTol(NVAR), &
1070                       Y(NVAR), SCAL(NVAR)
1071      IF (ITOL == 0) THEN
1072        DO i=1,NVAR
1073          SCAL(i) = ONE / ( AbsTol(1)+RelTol(1)*ABS(Y(i)) )
1074        END DO
1075      ELSE
1076        DO i=1,NVAR
1077          SCAL(i) = ONE / ( AbsTol(i)+RelTol(i)*ABS(Y(i)) )
1078        END DO
1079      END IF
1080      END SUBROUTINE SDIRK_ErrorScale
1081     
1082     
1083!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1084      SUBROUTINE SDIRK_ErrorNorm(N, Y, SCAL, Err)
1085!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1086!     
1087      INTEGER :: i, N
1088      KPP_REAL :: Y(N), SCAL(N), Err     
1089      Err = ZERO
1090      DO i=1,N
1091           Err = Err+(Y(i)*SCAL(i))**2
1092      END DO
1093      Err = MAX( SQRT(Err/DBLE(N)), 1.0d-10 )
1094!
1095      END SUBROUTINE SDIRK_ErrorNorm
1096
1097
1098!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1099SUBROUTINE SDIRK_ErrorMsg(Code,T,H,Ierr)
1100!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1101!    Handles all error messages
1102!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1103   KPP_REAL, INTENT(IN) :: T, H
1104   INTEGER, INTENT(IN)  :: Code
1105   INTEGER, INTENT(OUT) :: Ierr
1106
1107   Ierr = Code
1108   PRINT * , &
1109     'Forced exit from SDIRK due to the following error:'
1110
1111   SELECT CASE (Code)
1112    CASE (-1)
1113      PRINT * , '--> Improper value for maximal no of steps'
1114    CASE (-2)
1115      PRINT * , '--> Improper value for maximal no of Newton iterations'
1116    CASE (-3)
1117      PRINT * , '--> Hmin/Hmax/Hstart must be positive'
1118    CASE (-4)
1119      PRINT * , '--> FacMin/FacMax/FacRej must be positive'
1120    CASE (-5)
1121      PRINT * , '--> Improper tolerance values'
1122    CASE (-6)
1123      PRINT * , '--> No of steps exceeds maximum bound', max_no_steps
1124    CASE (-7)
1125      PRINT * , '--> Step size too small: T + 10*H = T', &
1126            ' or H < Roundoff'
1127    CASE (-8)
1128      PRINT * , '--> Matrix is repeatedly singular'
1129    CASE DEFAULT
1130      PRINT *, 'Unknown Error code: ', Code
1131   END SELECT
1132
1133   PRINT *, "T=", T, "and H=", H
1134
1135 END SUBROUTINE SDIRK_ErrorMsg
1136     
1137     
1138!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1139      SUBROUTINE SDIRK_PrepareMatrix ( H, T, Y, FJAC, &
1140                   SkipJac, SkipLU, E, IP, Reject, ISING )
1141!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1142!~~~>  Compute the matrix E = 1/(H*GAMMA)*Jac, and its decomposition
1143!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1144     
1145      IMPLICIT NONE
1146     
1147      KPP_REAL, INTENT(INOUT) :: H
1148      KPP_REAL, INTENT(IN)    :: T, Y(NVAR)
1149      LOGICAL, INTENT(INOUT)       :: SkipJac,SkipLU,Reject
1150      INTEGER, INTENT(OUT)         :: ISING, IP(NVAR)
1151#ifdef FULL_ALGEBRA
1152      KPP_REAL, INTENT(INOUT) :: FJAC(NVAR,NVAR)
1153      KPP_REAL, INTENT(OUT)   :: E(NVAR,NVAR)
1154#else
1155      KPP_REAL, INTENT(INOUT) :: FJAC(LU_NONZERO)
1156      KPP_REAL, INTENT(OUT)   :: E(LU_NONZERO)
1157#endif
1158      KPP_REAL                :: HGammaInv
1159      INTEGER                      :: i, j, ConsecutiveSng
1160
1161      ConsecutiveSng = 0
1162      ISING = 1
1163     
1164Hloop: DO WHILE (ISING /= 0)
1165     
1166      HGammaInv = ONE/(H*rkGamma)
1167
1168!~~~>  Compute the Jacobian
1169!      IF (SkipJac) THEN
1170!          SkipJac = .FALSE.
1171!      ELSE
1172      IF (.NOT. SkipJac) THEN
1173          CALL JAC_CHEM( T, Y, FJAC )
1174          ISTATUS(Njac) = ISTATUS(Njac) + 1
1175      END IF 
1176     
1177#ifdef FULL_ALGEBRA
1178      DO j=1,NVAR
1179         DO i=1,NVAR
1180            E(i,j) = -FJAC(i,j)
1181         END DO
1182         E(j,j) = E(j,j)+HGammaInv
1183      END DO
1184      CALL DGETRF( NVAR, NVAR, E, NVAR, IP, ISING )
1185#else
1186      DO i = 1,LU_NONZERO
1187            E(i) = -FJAC(i)
1188      END DO
1189      DO i = 1,NVAR
1190          j = LU_DIAG(i); E(j) = E(j) + HGammaInv
1191      END DO
1192      CALL KppDecomp ( E, ISING)
1193      IP(1) = 1
1194#endif
1195      ISTATUS(Ndec) = ISTATUS(Ndec) + 1
1196
1197      IF (ISING /= 0) THEN
1198          WRITE (6,*) ' MATRIX IS SINGULAR, ISING=',ISING,' T=',T,' H=',H
1199          ISTATUS(Nsng) = ISTATUS(Nsng) + 1; ConsecutiveSng = ConsecutiveSng + 1
1200          IF (ConsecutiveSng >= 6) RETURN ! Failure
1201          H = 0.5d0*H
1202          SkipJac = .FALSE.
1203          SkipLU  = .FALSE.
1204          Reject  = .TRUE.
1205      END IF
1206     
1207      END DO Hloop
1208
1209      END SUBROUTINE SDIRK_PrepareMatrix
1210
1211
1212!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1213      SUBROUTINE SDIRK_Solve ( Transp, H, N, E, IP, ISING, RHS )
1214!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1215!~~~>  Solves the system (H*Gamma-Jac)*x = R
1216!      using the LU decomposition of E = I - 1/(H*Gamma)*Jac
1217!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1218      IMPLICIT NONE
1219      INTEGER, INTENT(IN)       :: N, IP(N), ISING
1220      CHARACTER, INTENT(IN)     :: Transp
1221      KPP_REAL, INTENT(IN) :: H
1222#ifdef FULL_ALGEBRA
1223      KPP_REAL, INTENT(IN) :: E(NVAR,NVAR)
1224#else
1225      KPP_REAL, INTENT(IN) :: E(LU_NONZERO)
1226#endif
1227      KPP_REAL, INTENT(INOUT) :: RHS(N)
1228      KPP_REAL                :: HGammaInv
1229     
1230      HGammaInv = ONE/(H*rkGamma)
1231      CALL WSCAL(N,HGammaInv,RHS,1)
1232      SELECT CASE (TRANSP)
1233      CASE ('N')
1234#ifdef FULL_ALGEBRA 
1235         CALL DGETRS( 'N', N, 1, E, N, IP, RHS, N, ISING )
1236#else
1237         CALL KppSolve(E, RHS)
1238#endif
1239      CASE ('T')
1240#ifdef FULL_ALGEBRA 
1241         CALL DGETRS( 'T', N, 1, E, N, IP, RHS, N, ISING )
1242#else
1243         CALL KppSolveTR(E, RHS, RHS)
1244#endif
1245      CASE DEFAULT
1246         PRINT*,'Error in SDIRK_Solve. Unknown Transp argument:',Transp
1247         STOP
1248      END SELECT
1249      ISTATUS(Nsol) = ISTATUS(Nsol) + 1
1250 
1251      END SUBROUTINE SDIRK_Solve
1252
1253
1254!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1255      SUBROUTINE Sdirk4a
1256!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1257      sdMethod = S4A
1258! Number of stages
1259      rkS = 5
1260
1261! Method coefficients
1262      rkGamma = .2666666666666666666666666666666667d0
1263
1264      rkA(1,1) = .2666666666666666666666666666666667d0
1265      rkA(2,1) = .5000000000000000000000000000000000d0
1266      rkA(2,2) = .2666666666666666666666666666666667d0
1267      rkA(3,1) = .3541539528432732316227461858529820d0
1268      rkA(3,2) = -.5415395284327323162274618585298197d-1
1269      rkA(3,3) = .2666666666666666666666666666666667d0
1270      rkA(4,1) = .8515494131138652076337791881433756d-1
1271      rkA(4,2) = -.6484332287891555171683963466229754d-1
1272      rkA(4,3) = .7915325296404206392428857585141242d-1
1273      rkA(4,4) = .2666666666666666666666666666666667d0
1274      rkA(5,1) = 2.100115700566932777970612055999074d0
1275      rkA(5,2) = -.7677800284445976813343102185062276d0
1276      rkA(5,3) = 2.399816361080026398094746205273880d0
1277      rkA(5,4) = -2.998818699869028161397714709433394d0
1278      rkA(5,5) = .2666666666666666666666666666666667d0
1279
1280      rkB(1)   = 2.100115700566932777970612055999074d0
1281      rkB(2)   = -.7677800284445976813343102185062276d0
1282      rkB(3)   = 2.399816361080026398094746205273880d0
1283      rkB(4)   = -2.998818699869028161397714709433394d0
1284      rkB(5)   = .2666666666666666666666666666666667d0
1285
1286      rkBhat(1)= 2.885264204387193942183851612883390d0
1287      rkBhat(2)= -.1458793482962771337341223443218041d0
1288      rkBhat(3)= 2.390008682465139866479830743628554d0
1289      rkBhat(4)= -4.129393538556056674929560012190140d0
1290      rkBhat(5)= 0.d0
1291
1292      rkC(1)   = .2666666666666666666666666666666667d0
1293      rkC(2)   = .7666666666666666666666666666666667d0
1294      rkC(3)   = .5666666666666666666666666666666667d0
1295      rkC(4)   = .3661315380631796996374935266701191d0
1296      rkC(5)   = 1.d0
1297
1298! Ynew = Yold + h*Sum_i {rkB_i*k_i} = Yold + Sum_i {rkD_i*Z_i}
1299      rkD(1)   = 0.d0
1300      rkD(2)   = 0.d0
1301      rkD(3)   = 0.d0
1302      rkD(4)   = 0.d0
1303      rkD(5)   = 1.d0
1304
1305! Err = h * Sum_i {(rkB_i-rkBhat_i)*k_i} = Sum_i {rkE_i*Z_i}
1306      rkE(1)   = -.6804000050475287124787034884002302d0
1307      rkE(2)   = 1.558961944525217193393931795738823d0
1308      rkE(3)   = -13.55893003128907927748632408763868d0
1309      rkE(4)   = 15.48522576958521253098585004571302d0
1310      rkE(5)   = 1.d0
1311
1312! Local order of Err estimate
1313      rkElo    = 4
1314
1315! h*Sum_j {rkA_ij*k_j} = Sum_j {rkTheta_ij*Z_j}
1316      rkTheta(2,1) = 1.875000000000000000000000000000000d0
1317      rkTheta(3,1) = 1.708847304091539528432732316227462d0
1318      rkTheta(3,2) = -.2030773231622746185852981969486824d0
1319      rkTheta(4,1) = .2680325578937783958847157206823118d0
1320      rkTheta(4,2) = -.1828840955527181631794050728644549d0
1321      rkTheta(4,3) = .2968246986151577397160821594427966d0
1322      rkTheta(5,1) = .9096171815241460655379433581446771d0
1323      rkTheta(5,2) = -3.108254967778352416114774430509465d0
1324      rkTheta(5,3) = 12.33727431701306195581826123274001d0
1325      rkTheta(5,4) = -11.24557012450885560524143016037523d0
1326
1327! Starting value for Newton iterations: Z_i^0 = Sum_j {rkAlpha_ij*Z_j}
1328      rkAlpha(2,1) = 2.875000000000000000000000000000000d0
1329      rkAlpha(3,1) = .8500000000000000000000000000000000d0
1330      rkAlpha(3,2) = .4434782608695652173913043478260870d0
1331      rkAlpha(4,1) = .7352046091658870564637910527807370d0
1332      rkAlpha(4,2) = -.9525565003057343527941920657462074d-1
1333      rkAlpha(4,3) = .4290111305453813852259481840631738d0
1334      rkAlpha(5,1) = -16.10898993405067684831655675112808d0
1335      rkAlpha(5,2) = 6.559571569643355712998131800797873d0
1336      rkAlpha(5,3) = -15.90772144271326504260996815012482d0
1337      rkAlpha(5,4) = 25.34908987169226073668861694892683d0
1338               
1339!~~~> Coefficients for continuous solution
1340!          rkD(1,1)= 24.74416644927758d0
1341!          rkD(1,2)= -4.325375951824688d0
1342!          rkD(1,3)= 41.39683763286316d0
1343!          rkD(1,4)= -61.04144619901784d0
1344!          rkD(1,5)= -3.391332232917013d0
1345!          rkD(2,1)= -51.98245719616925d0
1346!          rkD(2,2)= 10.52501981094525d0
1347!          rkD(2,3)= -154.2067922191855d0
1348!          rkD(2,4)= 214.3082125319825d0
1349!          rkD(2,5)= 14.71166018088679d0
1350!          rkD(3,1)= 33.14347947522142d0
1351!          rkD(3,2)= -19.72986789558523d0
1352!          rkD(3,3)= 230.4878502285804d0
1353!          rkD(3,4)= -287.6629744338197d0
1354!          rkD(3,5)= -18.99932366302254d0
1355!          rkD(4,1)= -5.905188728329743d0
1356!          rkD(4,2)= 13.53022403646467d0
1357!          rkD(4,3)= -117.6778956422581d0
1358!          rkD(4,4)= 134.3962081008550d0
1359!          rkD(4,5)= 8.678995715052762d0
1360!
1361!         DO i=1,4  ! CONTi <-- Sum_j rkD(i,j)*Zj
1362!           CALL Set2zero(N,CONT(1,i))
1363!           DO j = 1,rkS
1364!             CALL WAXPY(N,rkD(i,j),Z(1,j),1,CONT(1,i),1)
1365!           END DO
1366!         END DO
1367         
1368          rkELO = 4.0d0
1369         
1370      END SUBROUTINE Sdirk4a
1371
1372!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1373      SUBROUTINE Sdirk4b
1374!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1375      sdMethod = S4B
1376! Number of stages
1377      rkS = 5
1378
1379! Method coefficients
1380      rkGamma = .25d0
1381
1382      rkA(1,1) = 0.25d0
1383      rkA(2,1) = 0.5d00
1384      rkA(2,2) = 0.25d0
1385      rkA(3,1) = 0.34d0
1386      rkA(3,2) =-0.40d-1
1387      rkA(3,3) = 0.25d0
1388      rkA(4,1) = 0.2727941176470588235294117647058824d0
1389      rkA(4,2) =-0.5036764705882352941176470588235294d-1
1390      rkA(4,3) = 0.2757352941176470588235294117647059d-1
1391      rkA(4,4) = 0.25d0
1392      rkA(5,1) = 1.041666666666666666666666666666667d0
1393      rkA(5,2) =-1.020833333333333333333333333333333d0
1394      rkA(5,3) = 7.812500000000000000000000000000000d0
1395      rkA(5,4) =-7.083333333333333333333333333333333d0
1396      rkA(5,5) = 0.25d0
1397
1398      rkB(1)   =  1.041666666666666666666666666666667d0
1399      rkB(2)   = -1.020833333333333333333333333333333d0
1400      rkB(3)   =  7.812500000000000000000000000000000d0
1401      rkB(4)   = -7.083333333333333333333333333333333d0
1402      rkB(5)   =  0.250000000000000000000000000000000d0
1403
1404      rkBhat(1)=  1.069791666666666666666666666666667d0
1405      rkBhat(2)= -0.894270833333333333333333333333333d0
1406      rkBhat(3)=  7.695312500000000000000000000000000d0
1407      rkBhat(4)= -7.083333333333333333333333333333333d0
1408      rkBhat(5)=  0.212500000000000000000000000000000d0
1409
1410      rkC(1)   = 0.25d0
1411      rkC(2)   = 0.75d0
1412      rkC(3)   = 0.55d0
1413      rkC(4)   = 0.50d0
1414      rkC(5)   = 1.00d0
1415
1416! Ynew = Yold + h*Sum_i {rkB_i*k_i} = Yold + Sum_i {rkD_i*Z_i}
1417      rkD(1)   = 0.0d0
1418      rkD(2)   = 0.0d0
1419      rkD(3)   = 0.0d0
1420      rkD(4)   = 0.0d0
1421      rkD(5)   = 1.0d0
1422
1423! Err = h * Sum_i {(rkB_i-rkBhat_i)*k_i} = Sum_i {rkE_i*Z_i}
1424      rkE(1)   =  0.5750d0
1425      rkE(2)   =  0.2125d0
1426      rkE(3)   = -4.6875d0
1427      rkE(4)   =  4.2500d0
1428      rkE(5)   =  0.1500d0
1429
1430! Local order of Err estimate
1431      rkElo    = 4
1432
1433! h*Sum_j {rkA_ij*k_j} = Sum_j {rkTheta_ij*Z_j}
1434      rkTheta(2,1) = 2.d0
1435      rkTheta(3,1) = 1.680000000000000000000000000000000d0
1436      rkTheta(3,2) = -.1600000000000000000000000000000000d0
1437      rkTheta(4,1) = 1.308823529411764705882352941176471d0
1438      rkTheta(4,2) = -.1838235294117647058823529411764706d0
1439      rkTheta(4,3) = 0.1102941176470588235294117647058824d0
1440      rkTheta(5,1) = -3.083333333333333333333333333333333d0
1441      rkTheta(5,2) = -4.291666666666666666666666666666667d0
1442      rkTheta(5,3) =  34.37500000000000000000000000000000d0
1443      rkTheta(5,4) = -28.33333333333333333333333333333333d0
1444
1445! Starting value for Newton iterations: Z_i^0 = Sum_j {rkAlpha_ij*Z_j}
1446      rkAlpha(2,1) = 3.
1447      rkAlpha(3,1) = .8800000000000000000000000000000000d0
1448      rkAlpha(3,2) = .4400000000000000000000000000000000d0
1449      rkAlpha(4,1) = .1666666666666666666666666666666667d0
1450      rkAlpha(4,2) = -.8333333333333333333333333333333333d-1
1451      rkAlpha(4,3) = .9469696969696969696969696969696970d0
1452      rkAlpha(5,1) = -6.d0
1453      rkAlpha(5,2) = 9.d0
1454      rkAlpha(5,3) = -56.81818181818181818181818181818182d0
1455      rkAlpha(5,4) = 54.d0
1456     
1457      END SUBROUTINE Sdirk4b
1458
1459!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1460      SUBROUTINE Sdirk2a
1461!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1462      sdMethod = S2A
1463! Number of stages
1464      rkS = 2
1465
1466! Method coefficients
1467      rkGamma = .2928932188134524755991556378951510d0
1468
1469      rkA(1,1) = .2928932188134524755991556378951510d0
1470      rkA(2,1) = .7071067811865475244008443621048490d0
1471      rkA(2,2) = .2928932188134524755991556378951510d0
1472
1473      rkB(1)   = .7071067811865475244008443621048490d0
1474      rkB(2)   = .2928932188134524755991556378951510d0
1475
1476      rkBhat(1)= .6666666666666666666666666666666667d0
1477      rkBhat(2)= .3333333333333333333333333333333333d0
1478
1479      rkC(1)   = 0.292893218813452475599155637895151d0
1480      rkC(2)   = 1.0d0
1481
1482! Ynew = Yold + h*Sum_i {rkB_i*k_i} = Yold + Sum_i {rkD_i*Z_i}
1483      rkD(1)   = 0.0d0
1484      rkD(2)   = 1.0d0
1485
1486! Err = h * Sum_i {(rkB_i-rkBhat_i)*k_i} = Sum_i {rkE_i*Z_i}
1487      rkE(1)   =  0.4714045207910316829338962414032326d0
1488      rkE(2)   = -0.1380711874576983496005629080698993d0
1489
1490! Local order of Err estimate
1491      rkElo    = 2
1492
1493! h*Sum_j {rkA_ij*k_j} = Sum_j {rkTheta_ij*Z_j}
1494      rkTheta(2,1) = 2.414213562373095048801688724209698d0
1495
1496! Starting value for Newton iterations: Z_i^0 = Sum_j {rkAlpha_ij*Z_j}
1497      rkAlpha(2,1) = 3.414213562373095048801688724209698d0
1498         
1499      END SUBROUTINE Sdirk2a
1500
1501!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1502      SUBROUTINE Sdirk2b
1503!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1504      sdMethod = S2B
1505! Number of stages
1506      rkS      = 2
1507
1508! Method coefficients
1509      rkGamma  = 1.707106781186547524400844362104849d0
1510
1511      rkA(1,1) = 1.707106781186547524400844362104849d0
1512      rkA(2,1) = -.707106781186547524400844362104849d0
1513      rkA(2,2) = 1.707106781186547524400844362104849d0
1514
1515      rkB(1)   = -.707106781186547524400844362104849d0
1516      rkB(2)   = 1.707106781186547524400844362104849d0
1517
1518      rkBhat(1)= .6666666666666666666666666666666667d0
1519      rkBhat(2)= .3333333333333333333333333333333333d0
1520
1521      rkC(1)   = 1.707106781186547524400844362104849d0
1522      rkC(2)   = 1.0d0
1523
1524! Ynew = Yold + h*Sum_i {rkB_i*k_i} = Yold + Sum_i {rkD_i*Z_i}
1525      rkD(1)   = 0.0d0
1526      rkD(2)   = 1.0d0
1527
1528! Err = h * Sum_i {(rkB_i-rkBhat_i)*k_i} = Sum_i {rkE_i*Z_i}
1529      rkE(1)   = -.4714045207910316829338962414032326d0
1530      rkE(2)   =  .8047378541243650162672295747365659d0
1531
1532! Local order of Err estimate
1533      rkElo    = 2
1534
1535! h*Sum_j {rkA_ij*k_j} = Sum_j {rkTheta_ij*Z_j}
1536      rkTheta(2,1) = -.414213562373095048801688724209698d0
1537
1538! Starting value for Newton iterations: Z_i^0 = Sum_j {rkAlpha_ij*Z_j}
1539      rkAlpha(2,1) = .5857864376269049511983112757903019d0
1540     
1541      END SUBROUTINE Sdirk2b
1542
1543
1544!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1545      SUBROUTINE Sdirk3a
1546!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1547      sdMethod = S3A
1548! Number of stages
1549      rkS = 3
1550
1551! Method coefficients
1552      rkGamma = .2113248654051871177454256097490213d0
1553
1554      rkA(1,1) = .2113248654051871177454256097490213d0
1555      rkA(2,1) = .2113248654051871177454256097490213d0
1556      rkA(2,2) = .2113248654051871177454256097490213d0
1557      rkA(3,1) = .2113248654051871177454256097490213d0
1558      rkA(3,2) = .5773502691896257645091487805019573d0
1559      rkA(3,3) = .2113248654051871177454256097490213d0
1560
1561      rkB(1)   = .2113248654051871177454256097490213d0
1562      rkB(2)   = .5773502691896257645091487805019573d0
1563      rkB(3)   = .2113248654051871177454256097490213d0
1564
1565      rkBhat(1)= .2113248654051871177454256097490213d0
1566      rkBhat(2)= .6477918909913548037576239837516312d0
1567      rkBhat(3)= .1408832436034580784969504064993475d0
1568
1569      rkC(1)   = .2113248654051871177454256097490213d0
1570      rkC(2)   = .4226497308103742354908512194980427d0
1571      rkC(3)   = 1.d0
1572
1573! Ynew = Yold + h*Sum_i {rkB_i*k_i} = Yold + Sum_i {rkD_i*Z_i}
1574      rkD(1)   = 0.d0
1575      rkD(2)   = 0.d0
1576      rkD(3)   = 1.d0
1577
1578! Err = h * Sum_i {(rkB_i-rkBhat_i)*k_i} = Sum_i {rkE_i*Z_i}
1579      rkE(1)   =  0.9106836025229590978424821138352906d0
1580      rkE(2)   = -1.244016935856292431175815447168624d0
1581      rkE(3)   =  0.3333333333333333333333333333333333d0
1582
1583! Local order of Err estimate
1584      rkElo    = 2
1585
1586! h*Sum_j {rkA_ij*k_j} = Sum_j {rkTheta_ij*Z_j}
1587      rkTheta(2,1) =  1.0d0
1588      rkTheta(3,1) = -1.732050807568877293527446341505872d0
1589      rkTheta(3,2) =  2.732050807568877293527446341505872d0
1590
1591! Starting value for Newton iterations: Z_i^0 = Sum_j {rkAlpha_ij*Z_j}
1592      rkAlpha(2,1) =   2.0d0
1593      rkAlpha(3,1) = -12.92820323027550917410978536602349d0
1594      rkAlpha(3,2) =   8.83012701892219323381861585376468d0
1595
1596      END SUBROUTINE Sdirk3a
1597
1598!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1599   END SUBROUTINE SDIRKADJ ! AND ALL ITS INTERNAL PROCEDURES
1600!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1601
1602
1603!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1604      SUBROUTINE FUN_CHEM( T, Y, P )
1605!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1606
1607      USE KPP_ROOT_Parameters, ONLY: NVAR
1608      USE KPP_ROOT_Global, ONLY: TIME, FIX, RCONST
1609      USE KPP_ROOT_Function, ONLY: Fun
1610      USE KPP_ROOT_Rates, ONLY: Update_SUN, Update_RCONST, Update_PHOTO
1611
1612      KPP_REAL :: T, Told
1613      KPP_REAL :: Y(NVAR), P(NVAR)
1614     
1615      Told = TIME
1616      TIME = T
1617      CALL Update_SUN()
1618      CALL Update_RCONST()
1619     
1620      CALL Fun( Y, FIX, RCONST, P )
1621     
1622      TIME = Told
1623     
1624      END SUBROUTINE FUN_CHEM
1625
1626
1627!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1628      SUBROUTINE JAC_CHEM( T, Y, JV )
1629!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1630
1631      USE KPP_ROOT_Parameters, ONLY: NVAR, LU_NONZERO
1632      USE KPP_ROOT_Global, ONLY: TIME, FIX, RCONST
1633      USE KPP_ROOT_Jacobian, ONLY: Jac_SP,LU_IROW,LU_ICOL
1634      USE KPP_ROOT_Rates, ONLY: Update_SUN, Update_RCONST, Update_PHOTO
1635 
1636      KPP_REAL ::  T, Told
1637      KPP_REAL ::  Y(NVAR)
1638#ifdef FULL_ALGEBRA
1639      KPP_REAL :: JS(LU_NONZERO), JV(NVAR,NVAR)
1640      INTEGER :: i, j
1641#else
1642      KPP_REAL :: JV(LU_NONZERO)
1643#endif
1644 
1645      Told = TIME
1646      TIME = T
1647      CALL Update_SUN()
1648      CALL Update_RCONST()
1649
1650#ifdef FULL_ALGEBRA
1651      CALL Jac_SP(Y, FIX, RCONST, JS)
1652      DO j=1,NVAR
1653         DO j=1,NVAR
1654          JV(i,j) = 0.0d0
1655         END DO
1656      END DO
1657      DO i=1,LU_NONZERO
1658         JV(LU_IROW(i),LU_ICOL(i)) = JS(i)
1659      END DO
1660#else
1661      CALL Jac_SP(Y, FIX, RCONST, JV)
1662#endif
1663      TIME = Told
1664
1665      END SUBROUTINE JAC_CHEM
1666
1667END MODULE KPP_ROOT_Integrator
1668
1669
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.