Step 18: Deterministic Sparse Assembly

담당 역할과 필수 스킬

담당 역할: implementation-agent
필수 스킬: fesa-cpp-msvc-tdd
모든 C++ build/test와 최종 VERIFY는 MSVC x64 Debug 기준으로 수행한다.

읽어야 할 파일

/AGENTS.md
/docs/ARCHITECTURE.md
/docs/ADR.md
/docs/linear-static-3d-euler-beam/requirements.md
/docs/linear-static-3d-euler-beam/implementation-plan.md
/include/fesa/math/vector.hpp
/include/fesa/math/matrix.hpp
/include/fesa/fem/dof_manager.hpp
/include/fesa/elements/euler_beam_3d.hpp
/include/fesa/assembly/parallel_for.hpp
/src/fesa/assembly/parallel_for.cpp

소유 파일

Create: /include/fesa/math/sparse_matrix.hpp
Create: /src/fesa/math/sparse_matrix.cpp
Create: /include/fesa/assembly/sparse_assembler.hpp
Create: /src/fesa/assembly/sparse_assembler.cpp
Create: /tests/unit/math/sparse_matrix_test.cpp
Create: /tests/unit/assembly/sparse_assembler_test.cpp
Modify: /src/fesa/CMakeLists.txt
Modify: /tests/CMakeLists.txt

작업

element-local stiffness contributions를 deterministic하게 COO로 수집하고 0-based CSR로 finalize하는 별도 sparse module을 구현하라.

struct CooContribution {
    std::size_t row;
    std::size_t column;
    double value;
    std::size_t elementOrder;
    std::size_t localOrder;
};
class SparseMatrix {
public:
    static Result<SparseMatrix> fromCoo(std::size_t rows, std::size_t columns,
                                        std::vector<CooContribution> contributions,
                                        const SparsePattern& expectedPattern);
    std::size_t rows() const noexcept;
    std::size_t columns() const noexcept;
    const std::vector<std::size_t>& rowOffsets() const noexcept;
    const std::vector<std::size_t>& columnIndices() const noexcept;
    const std::vector<double>& values() const noexcept;
    Vector multiply(const Vector& rhs) const;
    Status validate() const;
};

SparseMatrix는 Matrix를 상속하지 않는다. COO는 (row,column,elementOrder,localOrder)로 stable sort한 후 duplicate를 고정 순서로 합산한다. Zero value 보존/제거 policy는 implementation plan과 I/O-independent math contract에 맞춰 하나로 고정하고 test한다. Row offsets/column indices는 0-based, columns sorted unique, sizes/ranges consistent해야 한다. Element stiffness 계산은 ParallelFor로 index-addressed buffer에 넣고 global reduction은 element internal index 순서로 수행한다.

Tests는 known matrix CSR/matrix-vector product, duplicate sum, invalid index/pattern, empty row, symmetry, serial-vs-TBB byte-identical row/column/value vectors, repeated runs를 포함하고 SparseAssembly regex로 등록한다.

Acceptance Criteria

cmake --build .harness/build --config Debug --target fesa_tests
ctest --test-dir .harness/build -C Debug -R SparseAssembly --output-on-failure

RED 후 GREEN/VERIFY:

cmake -S . -B .harness/build -A x64 `
  -DFESA_GTEST_SOURCE_DIR=C:/git/googletest `
  "-DMKL_DIR=C:/Program Files (x86)/Intel/oneAPI/mkl/2026.1/lib/cmake/mkl" `
  "-DTBB_DIR=C:/Program Files (x86)/Intel/oneAPI/tbb/2023.1/lib/cmake/tbb" `
  "-DHDF5_DIR=C:/Program Files/HDF_Group/HDF5/2.1.1/cmake"
cmake --build .harness/build --config Debug
ctest --test-dir .harness/build -C Debug -R SparseAssembly --output-on-failure
ctest --test-dir .harness/build -C Debug --show-only=json-v1
ctest --test-dir .harness/build -C Debug --output-on-failure

검증 절차

CSR invariant/determinism tests를 먼저 작성하고 RED를 확인한다.
ordered COO reduction과 CSR ownership의 최소 구현으로 GREEN을 만든다.
repeated serial/TBB equivalence와 전체 VERIFY를 수행한다.
/docs/linear-static-3d-euler-beam/implementation-report.md의 Step 18 section에 실제 RED/GREEN/VERIFY command, exit code, 핵심 output과 변경 파일을 기록한다.
Step 18을 completed로 갱신하고 CSR/determinism evidence를 summary에 기록한다.

금지사항

SparseMatrix를 dense Matrix에서 상속하지 마라. 이유: storage/backend 의미가 다르다.
TBB worker가 shared CSR value에 직접 쓰게 하지 마라. 이유: race와 nondeterminism이 생긴다.
PARDISO-specific descriptor/index type을 public sparse API에 넣지 마라. 이유: Step 20 adapter 책임이다.
직접 commit하지 마라. 이유: Harness executor가 담당한다.

4.4 KiB Raw Blame History