Les environnements logiciels Mini_ker et ZOOM

ZOOM constitue un environnement logiciel dédié à la modélisation de système suivant les principes du TEF. Il utilise une base de librairies du CERN (cernlib Zebra et PAWS). Deux langages en pseudo-Fortran sont utilisés pour

• décrire la structure d'objets constituants le modèle (cellules, transferts et familles) et leurs liens avec un modèle élémentaire (processeur de cellule ou transferts, paramètres de l'objet ...); c'est la partie dite ZINIT.
• programmer chaque processeur (modèle élémentaire). Chaque processeur est apellé autant de fois que d'objets s'y référant. Il est ``ré-entrant''. Un processeur se programme comme un modèle devant tenir compte de l'environnement (les connections d'un objet) défini dans ZINIT. Il affecte des valeurs numériques (pour un objet) aux paramètres qu'ils comporte, balaye les connections possibles et fournit les éléments du TEF au solveur.

Globalement, ce logiciel utilise ainsi une programmation de type ``par objet'' (cf texte en Anglais ).

Le corps central du logiciel (ZOOM.ker) assemble les objets du modèle dans la structure décrite dans le ZINIT, et démarre une boucle temporelle pour effectuer la simulation. L'analyse graphique des résultats utilise un logiciel spécifique (VIZU), qui est une extension de PAWS (CERN). Toutes les variables du TEF sont par défaut disponibles en sortie, rangées dans la structure arborescente du ZINIT (l'arbre ZOOM des familles et cellules). De nombreux textes historiques de manuels sont rassemblés dans le répertoire. Pour les utilisateurs et programmeurs, un Help arborescent est aussi disponible dans Help.

La maquette Mini_ker

Une version plus légère du logiciel permet un accès immédiat à la modélisation par le TEF. C'est le Mini_ker :

• Il est pratique pour les ``modèles jouets'' (toy models) ne dépassant pas quelques centaines de variables. (ZOOM est actuellement limité à quelques dizaines de milliers de variables);
• Dans sa version actuelle (1.02 de Septembre 2006), il calcule automatiquement la trajectoire du modèle, des sensibilités en avant, filtre de Kalman et l'adjoint. Des exemples sont fournis qui illustrent divers problèmes : fit de conditions initiales (Lorenz 63), commande optimale, etc;
• Une option ``Balayage de Borel'' fournit le calcul dynamique des gains de rétroaction en transformée de Borel avec ses pôles et résidus;
• un calcul alternatif utilise les éléments propres des matrices d'avances et fournit explicitement ces pôles.
• Une option du language d'entrée est dédiée aux modèles maillés 1D;
• De plus, un ensemble d'outils d'analyse du propagateur du Système Linéaire Tangent est fourni : calcul des exposants de Lyapunov, vecteurs de Floquet, sensibilité paramètrique des vecteurs propres de la matrice d'avance, etc (cf ZOOM/doc de la page et notre répertoire privé);
• Document d'introduction à la pratique(version Septembre 2007) : version ps.gz version pdf et English pdf version.
• English HTML Manual in and related installation software ;
• Un modèle macro-économique utilisant ce logiciel a été conçu par S.Hallegatte.
• La version 102 de Mini_ker introduit en plus des variables $\eta$; et $\varphi$ du TEF, un vecteur des ``observables'' $\mu$, le calcul d'une série de sensibilités en avant, soit à des variables perturbées (step ou pulses à des instants choisis et répétés), soit à une liste de paramètres. On vise en particulier à compléter les ajustements par Kalman ou Minuit (gradients conjugués), déjà disponibles, par la méthode de Newton (OLLSQ) utilisant la sensibilité en avant de toutes les variables aux paramètres;
• un Programmers'Manual est en cours de rédaction, correspondant aux calculs de la 102, demander l'accès à un membre de la collaboration;

Le code effectue les calculs en simple ou double précision. On trouvera le code du Mini_ker et de ZOOM ici : Logiciel.

Cette 6ème version 102 de Mini_ker est complètement opérationnelle et remplace définitivement la 1.01. L'option Free_parameters:liste; autorise le calcul des sensibilités à un nombre quelconque de paramètres. Le modèle adjoint reste inchangé. Le calcul de l'avance de la matrice de variance-covariance de Kalman est amélioré pour conserver sa positivité. Une batterie de fonctions de grille (calcul de moyenne et variance avec pondération, indice de Gini etc) est également disponible, cf Manuel à jour de Janvier 2007).

dernières mises à jour

La dernière amélioration utilise une nouvelle opération de Mortran pour alléger les buffers de calculs symboliques. De plus, on traite à présent la chaine Fortran ** (élévation à la puissance) comme un seul caractère en codage interne, ce qui supprime les dysfonctionnements du dérivateur pour les instructions Fortran ``mal écrites'' (Août 2008.).

Cette version est la dernière avant la version 200, à ceci près qu'elle est à présent en Fortran90 depuis 2015.

La MK2, version 2XX de Mini_ker . Le but est de constituer une maquette avec un premier niveau d'emboîtement (introduction de familles à la ZOOM). Les matrices de base du TEF étant partitionnées par famille, Le nombre total d'équations pourra s'en accroître d'un ordre de grandeur environ. On pourra alterner ad libidum les familles maillées ou non et le transfert sous la famille Universe est lui-même très souple d'emploi pour connecter les objets internes des familles.

Mars 2008, un cahier de brouillon de la 200 est déjà disponible, les macros sont bouclées, et plusieurs navettes ont été éprouvées, ainsi que la Boreleig cf Devlpmt_MiniK200 du répertoire privé (mis-à-jour le 23 juillet 2008). Fin septembre 2016, la navette d'avancement temporel est terminée, le calcul des sensibilités en cours. Un manuel «Comprendre la mk2» est également en cours de rédaction. On devrait en être à entre trois et six mois d'une version beta.

Notre version étendue de Mortran (MP2B) est disponible sur demande. Il s'agit d'un développement de la version CERN de Rolf Nierhaus (MP2A, 1979 cf (5Mb)). Les additions comportent principalement des instructions de concaténation de macros devant ou derrière (#M, #R), la tueuse de macro (#K), le chargement de l'accumulateur avec zéro ("#L[ctrl]^" => #C sort 0), la génération de commentaires de précompilation (#*), et enfin la commande de sortie en F90 (&G au lieu de &F) sur 120 caractères par ligne, et les macros de base correspondantes. Noter à ce sujet la nette amélioration de lecture du code généré, qui utilise la syntaxe du F90 pour les branchements conditionnels.