Использование Boost:: odeint с Eigen:: Matrix как вектор состояния

Я пытаюсь использовать возможности интеграции ODE Boost с помощью класса Matrix от Eigen 3 как мой вектор состояния, но я сталкиваюсь с проблемами в глубину Boost, которые я не понимаю, как обращаться.

Минимальный пример того, что я пытаюсь сделать:

#include <Eigen/Core>
#include <boost/numeric/odeint/stepper/runge_kutta_dopri5.hpp>
#include <iostream>

using namespace Eigen;
using namespace boost::numeric::odeint;

template<size_t N>
using vector = Matrix<double, N, 1>;

typedef vector<3> state;

int main() {

    state X0;
    X0 << 1., 2., 3.;
    state xout = X0;

    runge_kutta_dopri5<state> stepper;

    // If I remove these lines, everything compiles fine
    stepper.do_step([](const state x, state dxdt, const double t) -> void { 
        dxdt = x;
    }, X0, 0.0, xout, 0.01);

    std::cout << xout << std::endl;
}

Если я выхожу из вызова stepper.do_step, все компилируется и работает просто отлично, но, конечно же, не делает ничего интересного. Если я этого не сделаю, Boost рвут ошибки компиляции над моим терминалом, первая из которых

In file included from /usr/include/boost/mpl/aux_/begin_end_impl.hpp:20:0,
                 from /usr/include/boost/mpl/begin_end.hpp:18,
                 from /usr/include/boost/mpl/is_sequence.hpp:19,
                 from /usr/include/boost/fusion/support/detail/is_mpl_sequence.hpp:12,
                 from /usr/include/boost/fusion/support/tag_of.hpp:13,
                 from /usr/include/boost/fusion/support/is_sequence.hpp:11,
                 from /usr/include/boost/fusion/sequence/intrinsic_fwd.hpp:12,
                 from /usr/include/boost/fusion/sequence/intrinsic/front.hpp:10,
                 from /usr/include/boost/fusion/include/front.hpp:10,
                 from /usr/include/boost/numeric/odeint/util/is_resizeable.hpp:26,
                 from /usr/include/boost/numeric/odeint/util/state_wrapper.hpp:25,
                 from /usr/include/boost/numeric/odeint/stepper/base/explicit_error_stepper_fsal_base.hpp:27,
                 from /usr/include/boost/numeric/odeint/stepper/runge_kutta_dopri5.hpp:24,
                 from /home/tlycken/exjobb/Code/alpha-orbit-follower/test/algebra/algebra-tests.cpp:2:
/usr/include/boost/mpl/eval_if.hpp: In instantiation of ‘struct boost::mpl::eval_if_c<true, boost::range_const_iterator<Eigen::Matrix<double, 3, 1> >, boost::range_mutable_iterator<const Eigen::Matrix<double, 3, 1> > >’:
/usr/include/boost/range/iterator.hpp:63:63:   required from ‘struct boost::range_iterator<const Eigen::Matrix<double, 3, 1> >’
/usr/include/boost/range/begin.hpp:112:61:   required by substitution of ‘template<class T> typename boost::range_iterator<const T>::type boost::range_adl_barrier::begin(const T&) [with T = Eigen::Matrix<double, 3, 1>]’
/usr/include/boost/numeric/odeint/algebra/range_algebra.hpp:52:45:   required from ‘static void boost::numeric::odeint::range_algebra::for_each3(S1&, S2&, S3&, Op) [with S1 = Eigen::Matrix<double, 3, 1>; S2 = const Eigen::Matrix<double, 3, 1>; S3 = const Eigen::Matrix<double, 3, 1>; Op = boost::numeric::odeint::default_operations::scale_sum2<double, double>]’
/usr/include/boost/numeric/odeint/stepper/runge_kutta_dopri5.hpp:128:9:   required from ‘void boost::numeric::odeint::runge_kutta_dopri5<State, Value, Deriv, Time, Algebra, Operations, Resizer>::do_step_impl(System, const StateIn&, const DerivIn&, boost::numeric::odeint::runge_kutta_dopri5<State, Value, Deriv, Time, Algebra, Operations, Resizer>::time_type, StateOut&, DerivOut&, boost::numeric::odeint::runge_kutta_dopri5<State, Value, Deriv, Time, Algebra, Operations, Resizer>::time_type) [with System = main()::__lambda0; StateIn = Eigen::Matrix<double, 3, 1>; DerivIn = Eigen::Matrix<double, 3, 1>; StateOut = Eigen::Matrix<double, 3, 1>; DerivOut = Eigen::Matrix<double, 3, 1>; State = Eigen::Matrix<double, 3, 1>; Value = double; Deriv = Eigen::Matrix<double, 3, 1>; Time = double; Algebra = boost::numeric::odeint::range_algebra; Operations = boost::numeric::odeint::default_operations; Resizer = boost::numeric::odeint::initially_resizer; boost::numeric::odeint::runge_kutta_dopri5<State, Value, Deriv, Time, Algebra, Operations, Resizer>::time_type = double]’
/usr/include/boost/numeric/odeint/stepper/base/explicit_error_stepper_fsal_base.hpp:167:9:   required from ‘typename boost::disable_if<boost::is_same<StateInOut, Time>, void>::type boost::numeric::odeint::explicit_error_stepper_fsal_base<Stepper, Order, StepperOrder, ErrorOrder, State, Value, Deriv, Time, Algebra, Operations, Resizer>::do_step(System, const StateIn&, boost::numeric::odeint::explicit_error_stepper_fsal_base<Stepper, Order, StepperOrder, ErrorOrder, State, Value, Deriv, Time, Algebra, Operations, Resizer>::time_type, StateOut&, boost::numeric::odeint::explicit_error_stepper_fsal_base<Stepper, Order, StepperOrder, ErrorOrder, State, Value, Deriv, Time, Algebra, Operations, Resizer>::time_type) [with System = main()::__lambda0; StateIn = Eigen::Matrix<double, 3, 1>; StateOut = Eigen::Matrix<double, 3, 1>; Stepper = boost::numeric::odeint::runge_kutta_dopri5<Eigen::Matrix<double, 3, 1> >; short unsigned int Order = 5u; short unsigned int StepperOrder = 5u; short unsigned int ErrorOrder = 4u; State = Eigen::Matrix<double, 3, 1>; Value = double; Deriv = Eigen::Matrix<double, 3, 1>; Time = double; Algebra = boost::numeric::odeint::range_algebra; Operations = boost::numeric::odeint::default_operations; Resizer = boost::numeric::odeint::initially_resizer; typename boost::disable_if<boost::is_same<StateInOut, Time>, void>::type = void; boost::numeric::odeint::explicit_error_stepper_fsal_base<Stepper, Order, StepperOrder, ErrorOrder, State, Value, Deriv, Time, Algebra, Operations, Resizer>::time_type = double]’
/home/tlycken/exjobb/Code/alpha-orbit-follower/test/algebra/algebra-tests.cpp:21:137:   required from here
/usr/include/boost/mpl/eval_if.hpp:60:31: error: no type named ‘type’ in ‘boost::mpl::eval_if_c<true, boost::range_const_iterator<Eigen::Matrix<double, 3, 1> >, boost::range_mutable_iterator<const Eigen::Matrix<double, 3, 1> > >::f_ {aka struct boost::range_const_iterator<Eigen::Matrix<double, 3, 1> >}’
     typedef typename f_::type type;

Я попытался вставить заголовок Boost, где произошла ошибка, но я не понял, что происходит, чтобы исправить мой код. Поскольку документация библиотеки odeint четко заявляет

Основной задачей odeint является предоставление численных методов, реализованных таким образом, чтобы алгоритм полностью независим от структуры данных, используемой для представления состояния x.

Я считаю, что это не должно быть слишком сложно, чтобы работать, даже если odeint не поддерживает Eigen изначально.

ОТВЕТЫ

Ответ 1

Вам нужно только заменить определение шага на

runge_kutta_dopri5<state,double,state,double,vector_space_algebra> stepper;

Eigen должен работать из коробки с помощью vector_space_algebra, но вам нужно указать их вручную. В следующей версии odeint имеется механизм автоматического обнаружения алгебры.

Btw. вы определяете ODE неправильно, вам нужна ссылка для дериватива

stepper.do_step([](const state &x, state &dxdt, const double t) -> void { 
    dxdt = x;
}, X0, 0.0, xout, 0.01);

Ответ 2

Это решение, похоже, не работает для адаптивного интегратора

typedef runge_kutta_dopri5<state,double,state,double,vector_space_algebra> stepper_type;
auto rhs = [](const state &x, state &dxdt, const double t) -> void { dxdt = x;}
integrate_adaptive( make_controlled<stepper_type>( 1E-12 , 1E-12 ), rhs , X0 , 0. , xout , 0.01;)