Integration-03 Fortran アプリケーション開発

ALPS Fortran は ALPS システム向けの Fortran インターフェースモジュールを提供します。少数の固定された必須サブルーチンを実装するだけで、Fortran プログラムを ALPS スケジューラの下で実行し、その並列化・パラメータ管理・結果集約機能を活用できます——これは Integration-00 で C++ を使って示したのと同じ利点であり、Integration-02 で “hello” サンプルを組み立てた際にも使われた仕組みです。本章ではそのサブルーチンインターフェースを詳しく説明し、実際に存在する完全な例を通してそれを実践します。すなわち、既存の、手を加えていない Fortran プログラム——1993 年に書かれた二次元 Ising モデルのモンテカルロシミュレーション——を ALPS Fortran フレームワークに移植します。

ALPS Fortran の概要

次の図は、ALPS システム、ALPS Fortran、ユーザーの Fortran プログラムの関係を示しています。

ALPS Fortran は、C++ で書かれた ALPS スケジューラとあなたの Fortran コードの間に位置する薄い C++ の層です。ALPS は通常の C++ を使って ALPS Fortran を呼び出し、ALPS Fortran はそれを普通の Fortran サブルーチン呼び出しとしてあなたのプログラムのサブルーチンに橋渡しします——これにより、ALPS は C++ の Worker クラスをまったく同じ方法（ジョブスケジューリング、チェックポイント、プロセス制御）で制御するのとまったく同じように、Fortran プログラムを制御できます。詳しくは Integration-00 のステップ 9を参照してください。ALPS Fortran はその逆方向の経路も提供します。すなわち、あなたの Fortran コードが通常の Fortran サブルーチンであるかのように ALPS を呼び返せる一連のサブルーチン（alps_get_parameter、alps_accumulate_observable など）です。そのため、C++ を自分で書いたり呼び出したりする必要は一切ありません。

呼び出しフロー

次の図は、1 回の実行のライフサイクルにおける ALPS システムとユーザープログラムの呼び出しフローを、初期化・計算ループ・終了処理の 3 つのフェーズに分けて示しています。

初期化フェーズでは、ALPS が alps_init を一度呼び出し、その中であなたのコードは通常 alps_get_parameter と alps_parameter_defined を呼び返してパラメータを読み込みます。続いて ALPS は alps_init_observables を呼び出し、その中であなたのコードは alps_init_observable を呼び出して各測定量を登録します。その後 ALPS は alps_run——実際の計算部分——を繰り返し呼び出し、その合間に alps_is_thermalized と alps_progress を呼び出します。これは進捗が 1.0 に達するまで続きます。各 alps_run は通常 alps_accumulate_observable を呼び返して測定結果を記録します。最後に、終了処理フェーズでは、ALPS は alps_save（内部で alps_dump を呼び出してチェックポイントデータを書き込みます）と alps_finalize を呼び出します。以下のサブルーチンリファレンスは、この図に描かれているすべての箱を説明しています。

Integration-00 を読んだ方は、これがまったく同じ 3 フェーズ構造であることに気づくでしょう——ステップ 9 の wolff_worker C++ クラスとまったく同じライフサイクルが、C++ のメンバ関数の代わりに Fortran のサブルーチンに分散しているだけです。

Fortran ソースコードの準備

ALPS Fortran を使ってプログラムを実装するには、2 つのソースファイルを準備する必要があります。

• main 関数（プログラムのエントリーポイント）を定義する C++ ソースファイル。
• ALPS Fortran が要求するサブルーチンを実装する Fortran ソースファイル。

エントリーポイント

main 関数は、バージョン番号、著作権表示、Worker 名、Evaluator 名といったプログラムのメタデータを設定します。ほとんどの場合、main 関数の本体自体を変更する必要はありません——これらのメタデータ文字列だけをあなたのプログラム用に更新してください。

以下は C++ エントリーポイントの例です——実際、これは Integration-02 の hello.C と ising.C そのものであり、メタデータ文字列と Worker 名が "hello"/"ising" の代わりにプレースホルダーになっているだけです。

#include <alps/parapack/parapack.h>
#include "alps/fortran/fortran_wrapper.h"

// Version number
PARAPACK_SET_VERSION("my version");

// Copyright notice
PARAPACK_SET_COPYRIGHT("my copyright");

// Worker name
PARAPACK_REGISTER_WORKER(alps::fortran_wrapper, "worker name");

// Evaluator
PARAPACK_REGISTER_EVALUATOR(alps::parapack::simple_evaluator, "evaluator name");

int main(int argc, char** argv)
{
    return alps::parapack::start(argc, argv);
}

サンプルの文字列（"my version"、"my copyright"、"worker name"、"evaluator name"）を、あなたのプログラムに適した値に置き換えてください。alps::fortran_wrapper こそが、これを実現している ALPS 提供の Worker クラスです。これは Integration-00 のステップ 9で手書きしたのと同じ Worker インターフェースを満たす C++ クラスですが、run や is_thermalized などを直接 C++ で実装する代わりに、各呼び出しを以下で実装する Fortran サブルーチンに転送します。

Fortran ソースコード

Fortran ソースコードの主な内容は計算ロジックです。ただし、ALPS Fortran があなたのプログラムを制御できるように、固定された一連の必須サブルーチンを必ず実装する必要があります。パラメータを読み込んだり結果を保存したりする際は、自分で I/O を処理するのではなく、ALPS Fortran が提供するサブルーチンを呼び出します。

必須サブルーチン

以下のサブルーチンは Fortran ソースファイルに必ず存在しなければなりません。いずれかが欠けていると、ビルド時にリンクエラーになります。

必須サブルーチンはすべて caller を引数として受け取ります。これは ALPS Fortran が内部で ALPS の機能を呼び出すために使用する整数配列です。caller の値を変更しないでください。 値を変更すると未定義の動作になります。

各サブルーチンは alps/fortran/alps_fortran.h を include する必要があります。

subroutine alps_init(caller)
implicit none
include "alps/fortran/alps_fortran.h"
integer :: caller(2)

! --- your code here --- !

alps_init(caller)

計算が始まる前に一度だけ呼び出されます。ここで初期化を行います：配列の割り当てとパラメータの読み込みです。

alps_init_observables(caller)

alps_init の後に一度だけ呼び出されます。ここで可観測量（測定量）を alps::ObservableSet に登録します。入力パラメータのセットごとに一度呼び出されます。alps::ObservableSet の詳細については ALPS ドキュメントを参照してください。

alps_run(caller)

計算のコアロジックを含みます。alps_progress が 1.0 以上の値を返すまで、ALPS はこのサブルーチンを繰り返し呼び出します。ループは ALPS が管理するため、alps_run の内部で外側のループを書かないでください。スレッドレベル並列で実行する場合、このサブルーチンは複数のスレッドで同時に実行されるため、スレッドセーフでなければなりません。

alps_progress(prgrs, caller)

alps_run を呼び出すたびに、その後で ALPS から呼び出されます。prgrs < 1.0 の間、ALPS は alps_run を呼び出し続けます。prgrs ≥ 1.0 になると、ALPS は計算が完了したと判断して停止します。スレッドレベル並列で実行する場合はスレッドセーフでなければなりません。

alps_is_thermalized(thrmlz, caller)

各 alps_run の後に ALPS から呼び出されます。thrmlz = 0 の間、ALPS は測定結果を保存しません（系はまだ熱化中です）。thrmlz = 1 になると、ALPS は結果の保存を開始します。スレッドレベル並列で実行する場合はスレッドセーフでなければなりません。

alps_finalize(caller)

alps_progress が 1.0 以上の値を返した後、一度だけ呼び出されます。ここでクリーンアップを行います：配列の解放やその他のリソースの解放です。

alps_save(caller)

各 alps_run の後に ALPS から呼び出されます。alps_dump を使ってチェックポイントデータをリスタートファイルに書き込みます。スレッドレベル並列で実行する場合はスレッドセーフでなければなりません。

alps_load(caller)

プログラムがリスタートするときに一度だけ呼び出されます。alps_restore を使ってリスタートファイルからチェックポイントデータを読み込みます。

ALPS Fortran が提供するサブルーチン

あなたの Fortran プログラムから ALPS の機能を呼び出すには、ALPS Fortran が提供するサブルーチンを使用します。それぞれ caller(2) を引数として受け取ります。外側の必須サブルーチンが受け取った caller 変数をそのまま渡してください。

以下の表で参照するデータ型定数は alps_fortran.h で定義されています：ALPS_CHAR（文字列。例えば Integration-02 の WORLD のような文字列型パラメータを読み込む場合）、ALPS_INT、ALPS_LONG、ALPS_REAL、ALPS_DOUBLE_PRECISION です。

alps_get_parameter(data, name, type, caller)

指定した名前のパラメータを ALPS パラメータファイルから読み込み、data に格納します。通常は alps_init の中で呼び出します。利用可能な型定数は alps_fortran.h で定義されています。

alps_parameter_defined(res, name, caller)

指定した名前のパラメータがパラメータファイル内に存在するかどうかを返します。通常は alps_init でオプションパラメータを扱う際に使用します。

alps_init_observable(count, type, name, caller)

alps_init_observables の中で、名前付きの可観測量を alps::ObservableSet に登録します。可観測量の型は type と count によって次のように決まります。

alps_accumulate_observable(data, count, type, name, caller)

測定結果を名前付きの可観測量に記録します。alps_run の中で呼び出します。count、type、name は alps_init_observable で指定したものと一致していなければなりません。

alps_dump(data, count, type, caller)

データをリスタートファイルに書き込みます。alps_save の中で呼び出します。alps_dump で保存したデータは、alps_restore で同じ順序で復元しなければなりません。

alps_restore(data, count, type, caller)

リスタートファイルからデータを読み込みます。alps_load の中で呼び出します。データは alps_dump で保存したときと同じ順序で復元しなければなりません。

CMakeLists.txt の編集

ユーザープログラムは ALPS 自体と同様に CMake でビルドします——ALPS の CMake 統合の仕組みについての一般的な説明は Integration-01 を参照してください。以下は、Integration-00 と Integration-02 を通して使われてきたのと同じパターンに Fortran サポートを加えた CMakeLists.txt のサンプルです。myproject、main.C、myprogram_impl.f90 を、あなたのプロジェクトの実際の名前に置き換えてください。

cmake_minimum_required(VERSION 3.18 FATAL_ERROR)
project(myproject NONE)

# find ALPS Library
find_package(ALPS REQUIRED PATHS ${ALPS_ROOT_DIR} $ENV{ALPS_HOME} NO_SYSTEM_ENVIRONMENT_PATH)
message(STATUS "Found ALPS: ${ALPS_ROOT_DIR} (revision: ${ALPS_VERSION})")
include(${ALPS_USE_FILE})

# enable C, C++, and Fortran compilers
enable_language(C CXX Fortran)

# rule for generating the program
add_executable(myprogram main.C myprogram_impl.f90)
target_link_libraries(myprogram ${ALPS_LIBRARIES} ${ALPS_FORTRAN_LIBRARIES})

既存の Fortran プログラムを移植する

このセクションでは、Ising モデルのプログラム ising_original.f を ALPS Fortran に移植する手順を説明します。ここで使うファイルはすべて、ALPS リポジトリ内の tutorials/alpsize-11-fortran-ising ディレクトリの一部です——Integration-00 の C++ チュートリアルが由来する、同じリポジトリです。

移植の準備

以下のファイルをチュートリアルディレクトリからあなたの作業ディレクトリにコピーしてください。

• ising_original.f — 元のソースコード
• template.f90 — ALPS Fortran プログラムのテンプレート
• ising.C — エントリーポイント（Integration-02 の hello.C エントリーポイントと構造は同一で、Worker/Evaluator 名として "ising" を使っているだけです）
• CMakeLists.txt — ビルド設定のテンプレート

template.f90 には、必須サブルーチンすべてのスタブ定義が含まれています。新しいプログラムを開発する際は、サブルーチンをゼロから書くのではなく template.f90 を出発点にしてください。

元のコードの構造は次のとおりです。

Fortran コードの移植

ising_original.f の各ブロックは、対応する ALPS Fortran サブルーチンに割り当てられます。ising_impl.f90 が移植を完了させたバージョンです。

変数の宣言

ising_original.f で宣言されている変数は、複数のサブルーチンからアクセスできるように、ALPS Fortran モジュールに移す必要があります。

• 移植前：

  6    DIMENSION IS(20,20),IP(20),IM(20),P(-4:4),A(4)
  7    C PARAMETERS
  8          DATA TEMP/2.5/, L/10/, MCS/1000/, INT/1000/
  9          DATA IX/1234567/, V0/.465661288D-9/

• 移植後：

  module ising_mod
    implicit none
    real, parameter :: V0 = .465661288D-9
  
    integer, allocatable, dimension(:) :: IP, IM
    integer, allocatable, dimension(:,:) :: IS
    real*8, allocatable, dimension(:) :: P
    integer :: K, MCS, INT, L, IX
    real :: TEMP
  end module ising_mod

IP、IM、IS、P は alps_init で確保されるため、ここではサイズを固定していません。結果の累積に使われていた配列 A は ALPS の可観測量に置き換えられ、不要になります。各変数の値は実行時にパラメータファイルから読み込まれるようになります。反復回数を数えるために K が追加されました。移植後の熱化チェックは、GOTO を使ったループの代わりに K の値を監視することで行われます。（!$omp threadprivate の行は、後のマルチスレッド対応で追加されます——チュートリアルで実際に提供されている ising_impl.f90 は、完成した、スレッドセーフなプログラムを示しているため、すでにこの行を含んでいます。）

注：この例の MPI 版はスレッドセーフである必要がないため、ここではスレッドセーフ性を考慮していません。

初期化

元のコードの初期化ブロック（配列の設定）は、移植後の alps_init に対応します。パラメータは alps_get_parameter によってパラメータファイルから読み込まれ、結果を格納するための可観測量は alps_init_observables の中で登録されます。これらのサブルーチンは ALPS によって自動的に呼び出されます——自分で呼び出す必要はありません。

• 移植前：

  10   C TABLES
  11         DO 10 I=-4,4
  12         W=EXP(FLOAT(I)/TEMP)
  13    10   P(I)=W/(W+1/W)
  14         DO 11 I=1,L
  15         IP(I)=I+1
  16    11   IM(I)=I-1
  17         IP(L)=1
  18         IM(1)=L
  19   C INITIAL CONFIGURATION
  20         DO 20 I=1,L
  21         DO 20 J=1,L
  22    20   IS(I,J)=1
  23   C ACCUMULATION DATA RESET
  24         DO 21 I=1,4
  25    21   A(I)=0.0

• 移植後（alps_init）：

  subroutine alps_init(caller)
    use ising_mod
    implicit none
    include "alps/fortran/alps_fortran.h"
    integer :: caller(2)
    integer :: i, j
    real*8 :: W
  
    call alps_get_parameter(TEMP, "TEMPERATURE", ALPS_REAL, caller)
    call alps_get_parameter(L, "L", ALPS_INT, caller)
    call alps_get_parameter(MCS, "MCS", ALPS_INT, caller)
    call alps_get_parameter(INT, "INT", ALPS_INT, caller)
  
    allocate( IP(L) )
    allocate( IM(L) )
    allocate( P(-4:4) )
    allocate( IS(L, L) )
  
    K = 0
    IX = 1234567
  
    do i = -4, 4
       W = exp(float(i)/TEMP)
       P(i) = W / (W + 1/W)
    end do
  
    do i = 1, L
       IP(i) = i + 1
       IM(i) = i - 1
    end do
  
    do i = 1, L
       do j = 1, L
          IS(i, j) = 1
       end do
    end do
  
    IP(L) = 1
    IM(1) = L
  
    return
  end subroutine alps_init

冒頭にある alps_get_parameter の呼び出しは、以前はハードコードされた DATA 文だった値を、代わりに ALPS パラメータファイルから読み込みます。それ以降の配列設定は元のコードとまったく同じです。

• 移植後（alps_init_observables）：

  subroutine alps_init_observables(caller)
    implicit none
    include "alps/fortran/alps_fortran.h"
    integer :: caller(2)
  
    call alps_init_observable(1, ALPS_REAL, "Energy", caller)
    call alps_init_observable(1, ALPS_REAL, "Magnetization", caller)
  
    return
  end subroutine alps_init_observables

"Energy" と "Magnetization" という名前の可観測量が、結果を格納するバッファとして登録されます。元のコードでは、合計と二乗和を配列 A に手動で累積していましたが、移植後はこれを alps_accumulate_observable が自動的に行います。

計算と結果の保存

元のコードは反復に DO ループを使っていました。移植後は、alps_run が呼び出されるたびに 1 回の反復を実行します——ALPS は alps_progress が 1.0 以上を返すまで alps_run を繰り返し呼び出すことで、このループを管理します。

• 移植前：

  26   C SIMULATION
  27         DO 30 K=1,MCS+INT
  28         KIJ=0
  29         DO 31 I=1,L
  30         DO 31 J=1,L
  31         M=IS(IP(I),J)+IS(I,IP(J))+IS(IM(I),J)+IS(I,IM(J))
  32         KIJ=KIJ+1
  33         IS(I,J)=-1
  34         IX=IAND(IX*5*11,2147483647)
  35         IF(P(M).GT.V0*IX) IS(I,J)=1
  36    31   CONTINUE
  37   C DATA
  38         IF(K.LE.INT) GOTO 30
  39         EN=0
  40         MG=0
  41         DO 40 I=1,L
  42         DO 40 J=1,L
  43         EN=EN+IS(I,J)*(IS(IP(I),J)+IS(I,IP(J)))
  44    40   MG=MG+IS(I,J)
  45         A(1)=A(1)+EN
  46         A(2)=A(2)+EN**2
  47         A(3)=A(3)+MG
  48         A(4)=A(4)+MG**2
  49    30   CONTINUE

• 移植後（alps_run）：

  subroutine alps_run(caller)
    use ising_mod
    implicit none
    include "alps/fortran/alps_fortran.h"
    integer :: caller(2)
    integer :: i, j, M
    real*8 :: EN, MG
  
    do i = 1, L
       do j = 1, L
          M = IS(IP(i), j) + IS(i, IP(j)) + IS(IM(i), j) + IS(i, IM(j))
          IS(i, j) = -1
  
          IX = IAND(IX * 5 * 11, 2147483647)
          if(P(M).gt.V0*IX) IS(i, j) = 1
       end do
    end do
  
    EN = 0.0D0
    MG = 0.0D0
    do i = 1, L
       do j = 1, L
          EN = EN + IS(i, j) * (IS(IP(i), j) + IS(i, IP(j)))
          MG = MG + IS(i, j)
       end do
    end do
  
    call alps_accumulate_observable(EN, 1, &
         ALPS_DOUBLE_PRECISION, "Energy", caller)
    call alps_accumulate_observable(MG, 1, &
         ALPS_DOUBLE_PRECISION, "Magnetization", caller)
    K = K + 1
  
    return
  end subroutine alps_run

計算ループそのものは元のコードと同一です。外側の DO 30 K=1,MCS+INT ループはなくなり——代わりに ALPS が alps_run を繰り返し呼び出し、末尾の K = K + 1 が呼び出された回数を記録します。alps_accumulate_observable の呼び出しが結果を直接記録します。元のコードで A(1)–A(4) に手動で行っていた合計と二乗の計算は、可観測量によって自動的に行われます。

• 移植後（alps_progress）：

  subroutine alps_progress(prgrs, caller)
    use ising_mod
    implicit none
    include "alps/fortran/alps_fortran.h"
    integer :: caller(2)
    real*8 :: prgrs
  
    prgrs = K / (INT + MCS)
  
  end subroutine alps_progress

alps_progress は反復をいつ止めるかを制御します。prgrs ≥ 1.0（すなわち K ≥ INT + MCS）になると、ALPS は alps_run の呼び出しを停止します。

熱化チェック

元のコードでは、熱化チェックはメインループの中に埋め込まれていました。移植後は、独立したサブルーチンになります。

• 移植前：

  38         IF(K.LE.INT) GOTO 30

• 移植後（alps_is_thermalized）：

  subroutine alps_is_thermalized(thrmlz, caller)
    use ising_mod
    implicit none
    include "alps/fortran/alps_fortran.h"
    integer :: caller(2)
    integer :: thrmlz
  
    if(K >= INT) then
       thrmlz = 1
    else
       thrmlz = 0
    end if
  
    return
  end subroutine alps_is_thermalized

alps_progress と同様に、熱化状態は反復カウンタ K から判定されます。thrmlz = 1 になると、ALPS は測定結果の保存を開始します。

出力と後処理

ALPS を使うと、出力と後処理は自動的に行われます。移植後は、元のプログラムにあった出力コードは不要になります。

• 移植前：

  50   C STATISTICS
  51         DO 50 I=1,4
  52    50   A(I)=A(I)/MCS
  53         C=(A(2)-A(1)**2)/L**2/TEMP**2
  54         X=(A(4)-A(3)**2)/L**2/TEMP
  55         ENG=A(1)/L**2
  56         AMG=A(3)/L**2
  57         WRITE(6,100) TEMP,L,ENG,C,AMG,X
  58    100  FORMAT(' TEMP=',F10.5,' SIZE=',I5,
  59        * /' ENG =',F10.5,' C   =',F10.5,
  60        * /' MAG =',F10.5,' X   =',F10.5)

• 移植後：コードは不要です。スケジューラが Energy と Magnetization の可観測量を自動的に収集し、標準の ALPS 結果ファイルに書き出します——詳しくは下記の移植したプログラムを実行するを参照してください。

終了処理

元のコードは静的配列を使っているため、明示的なクリーンアップがありません。移植後は、動的に確保した配列を alps_finalize で解放しなければなりません。

• 移植前：コードは不要です。

• 移植後（alps_finalize）：

  subroutine alps_finalize(caller)
    use ising_mod
    implicit none
    include "alps/fortran/alps_fortran.h"
    integer :: caller(2)
  
    deallocate(IP)
    deallocate(IM)
    deallocate(P)
    deallocate(IS)
  
    return
  end subroutine alps_finalize

リスタート対応

alps_save と alps_load を実装すると、チェックポイント／リスタート機能が追加されます。元のコードにはリスタート対応がありません。以下の例はそれを追加する方法を示しています。

• 移植前：コードは不要です。

• 移植後（alps_save）：

  subroutine alps_save(caller)
    use ising_mod
    implicit none
    include "alps/fortran/alps_fortran.h"
    integer caller(2)
  
    call alps_dump(K, 1, ALPS_INT, caller)
    call alps_dump(IX, 1, ALPS_INT, caller)
    call alps_dump(IS, L * L, ALPS_INT, caller)
  
    return
  end subroutine alps_save

計算を再開するために必要な変数（K、IX、IS）だけが保存されます。

• 移植後（alps_load）：

  subroutine alps_load(caller)
    use ising_mod
    implicit none
    include "alps/fortran/alps_fortran.h"
    integer :: caller(2)
  
    call alps_restore(K, 1, ALPS_INT, caller)
    call alps_restore(IX, 1, ALPS_INT, caller)
    call alps_restore(IS, L * L, ALPS_INT, caller)
  
    return
  end subroutine alps_load

データは保存したときと同じ順序で復元しなければなりません。なお、ALPS プログラムがリスタートするとき、alps_load より前に alps_init が呼び出されるため、メモリの確保と変数の初期化はいつもどおり alps_init で行われます——alps_load は保存された値を復元するだけで済みます。

マルチスレッド対応

スレッドレベル並列で実行するには、並列サブルーチンからアクセスされるすべてのモジュール変数を threadprivate として宣言する必要があります。ising_mod に次の行を追加します。

• 移植後（マルチスレッド）：

  module ising_mod
    implicit none
    real, parameter :: V0 = .465661288D-9
  
    integer, allocatable, dimension(:) :: IP, IM
    integer, allocatable, dimension(:,:) :: IS
    real*8, allocatable, dimension(:) :: P
    integer :: K, MCS, INT, L, IX
    real :: TEMP
    !$omp threadprivate (K, MCS, INT, TEMP, IP, IM, P, IS, IX, L)
  end module ising_mod

これは変数の宣言で示した ising_mod そのものです——チュートリアルで実際に提供されている ising_impl.f90 は、中間段階のシングルスレッド版ではなく、完成したスレッドセーフなプログラムを示しているため、すでにこの行を含んでいます。

ising.C について

ising.C ファイルはプログラムのエントリーポイントを提供します。内容は上記のエントリーポイントで説明したものとまったく同じです。main 関数の本体自体は変更する必要はありません。あなた自身のプログラム用にメタデータ文字列だけを更新してください。

CMakeLists.txt について

上記のCMakeLists.txt の編集で示したのと同じパターンに従って、CMakeLists.txt をあなた自身のソースファイル名に合わせて更新してください——以下は、実際にこのチュートリアルをビルドするために使われている CMakeLists.txt そのものです。

cmake_minimum_required(VERSION 3.18 FATAL_ERROR)
project(alpsize NONE)

# find ALPS Library
find_package(ALPS REQUIRED PATHS ${ALPS_ROOT_DIR} $ENV{ALPS_HOME} NO_SYSTEM_ENVIRONMENT_PATH)
message(STATUS "Found ALPS: ${ALPS_ROOT_DIR} (revision: ${ALPS_VERSION})")
include(${ALPS_USE_FILE})

# enable C, C++, and Fortran compilers
enable_language(C CXX Fortran)

# rule for generating ising program
add_executable(ising ising.C ising_impl.f90)
target_link_libraries(ising ${ALPS_LIBRARIES} ${ALPS_FORTRAN_LIBRARIES})

移植したプログラムを実行する

Integration-02 の hello サンプルと同じ方法でビルドします。

$ cmake -DALPS_ROOT_DIR=${ALPS_ROOT} .
$ make

チュートリアルのディレクトリには、それぞれ異なる温度・格子サイズ・スイープ数を持つ 4 つのクローンからなる ising_params パラメータファイルが用意されています。

ALGORITHM = "ising"
{ TEMPERATURE = 2.5; MCS = 1000; INT = 1000; L=10; }
{ TEMPERATURE = 2.3; MCS = 900; INT = 1100; L=20; }
{ TEMPERATURE = 2.1; MCS = 800; INT = 1200; L=30; }
{ TEMPERATURE = 1.9; MCS = 700; INT = 1300; L=40; }

Integration-02 とまったく同じように、これを XML に変換して実行します。

$ cp ${SAMPLES}/alpsize-11-fortran-ising/ising_params .
$ parameter2xml ising_params
$ ./ising ising_params.in.xml

チュートリアルで提供されている ising_impl.f90 では、alps_init と alps_finalize が短い診断バナーを出力するため（上記の初期化のコールアウトを参照）、各クローンは開始時と終了時にそれぞれ次のように自分自身を報告します。

----- alps_init( 0 ) -----
   TEMP =  2.5000000000000000
   MCS =  1000
   INT =  1000
   L =  10

4 つのクローンすべてが完了すると、ALPS は蓄積された Energy と Magnetization の可観測量を——C++ チュートリアルで alps::alea が提供するのとまったく同様に、自動的に計算された誤差付きで——標準の ALPS 結果ファイルに書き出します。これらは、ALPS ドキュメントのいたるところで紹介されている通常の ALPS/pyalps ツールで確認できます。

次のステップ

これで ALPS 統合チュートリアルシリーズは完了です。パラメータ、可観測量、チェックポイント、並列クローンという同じ基盤のスケジューラが、純粋な C から駆動される様子（Integration-00）、ビルドシステムのレベルで説明される様子（Integration-01）、そして Fortran から駆動される様子（Integration-02 とこのページ）を、それぞれ見てきました。チュートリアルの一覧に戻るには統合セクションの概要を、あなた自身のコードの統合が終わった後に ALPS で他に何がシミュレートできるかを知るには ALPS 格子ライブラリとメソッドのドキュメントを参照してください。