ising.c

   1 /*
   2  * ising.c - visualization of ising spins in an N x N lattice
   3  *
   4  * ... actually N x M
   5  *
   6  * author: hackbard@hackdaworld.dyndns.org
   7  *
   8  */
   9
  10 #define _GNU_SOURCE
  11 #include <stdio.h>
  12 #include <stdlib.h>
  13 #include <string.h>
  14 #include <math.h>
  15 #include <time.h>
  16 #include <sys/types.h>
  17 #include <sys/stat.h>
  18 #include <fcntl.h>
  19 #include <unistd.h>
  20
  21 #include "dfbapi.h"
  22
  23 #define X 200
  24 #define Y 200
  25 #define I 20
  26 #define S 1
  27
  28 int usage(void)
  29 {
  30  puts("usage:");
  31  puts("");
  32  puts("-h \t show this help");
  33  puts("-o <file> \t save T - M values to file");
  34  puts("-i <value> \t specify itteration value");
  35  puts("-x <value> \t # x lattice sites");
  36  puts("-y <value> \t # y lattice sites");
  37  puts("-s <value> \t spin interaction strength");
  38  puts("-r \t run in interactive mode (still in work)");
  39  puts("-d <value> \t refresh display rate");
  40
  41  return 1;
  42 }
  43
  44 int main(int argc, char **argv)
  45 {
  46  unsigned char *atom;
  47  char *arg_v[7];
  48  char m_text[64];
  49  char t_text[64];
  50  char b_text[64];
  51  char s_text[64];
  52  char output_file[64];
  53  int of_fd=0;
  54  int max_x,x_c,max_y,y_c;
  55  int i;
  56  int itt;
  57  int count_p;
  58  double T;
  59  double s;
  60  int M=0;
  61  double beta;
  62  double delta_e;
  63  int runfree=0;
  64  double max_T;
  65  int dr=1;
  66
  67  /* random stuff*/
  68  srand(time(0));
  69
  70  /* display stuff */
  71  d2_lattice d2_l;
  72
  73  max_x=X;
  74  max_y=Y;
  75  itt=I;
  76  s=S;
  77  strcpy(output_file,"");
  78  /* parse argv */
  79  for(i=1;i<argc;i++)
  80  {
  81   if(argv[i][0]=='-')
  82   {
  83    switch(argv[i][1])
  84    {
  85     case 'x':
  86      max_x=atoi(argv[++i]);
  87      break;
  88     case 'y':
  89      max_y=atoi(argv[++i]);
  90      break;
  91     case 'i':
  92      itt=atoi(argv[++i]);
  93      break;
  94     case 's':
  95      s=atof(argv[++i]);
  96      break;
  97     case 'o':
  98      strcpy(output_file,argv[++i]);
  99      break;
 100     case 'r':
 101      runfree=1;
 102      break;
 103     case 'd':
 104      dr=atoi(argv[++i]);
 105      break;
 106     default:
 107      usage();
 108      return -1;
 109    }
 110   } else usage();
 111  }
 112
 113  /* prepare lattice */
 114  d2_lattice_init(&argc,argv,&d2_l,max_x,max_y);
 115  atom=(unsigned char *)(malloc(max_x*max_y*sizeof(unsigned char)));
 116  d2_l.status=atom;
 117
 118  if(strcmp(output_file,""))
 119  {
 120   of_fd=open(output_file,O_WRONLY|O_CREAT);
 121   if(of_fd<1)
 122   {
 123    puts("can't open output file ...");
 124    return -1;
 125   }
 126  }
 127
 128  /* begin at T=0 M=1 situation */
 129  memset(atom,0,max_x*max_y*sizeof(unsigned char));
 130
 131  max_T=3.0*s;
 132
 133  for(T=.05;T<max_T;T+=.05)
 134  {
 135   beta=1.0/T; /* k_B = 1 */
 136   for(i=0;i<itt;i++)
 137   {
 138
 139  M=0;
 140  for(x_c=0;x_c<max_x;x_c++)
 141  {
 142   for(y_c=0;y_c<max_y;y_c++)
 143   {
 144    count_p=0;
 145    if((*(atom+x_c+((y_c+max_y+1)%max_y)*max_x))&1) ++count_p;
 146    if((*(atom+x_c+((y_c+max_y-1)%max_y)*max_x))&1) ++count_p;
 147    if((*(atom+((max_x+x_c+1)%max_x)+y_c*max_x))&1) ++count_p;
 148    if((*(atom+((max_x+x_c-1)%max_x)+y_c*max_x))&1) ++count_p;
 149    if(((*(atom+x_c+y_c*max_x))&1)==0) count_p=4-count_p;
 150    delta_e=(2*count_p-4)*s;
 151    if(delta_e<0) *(atom+x_c+y_c*max_x)=(*(atom+x_c+y_c*max_x)+1)&1;
 152    else
 153    {
 154     if(1.0*rand()/RAND_MAX<exp(-1.0*delta_e*beta))
 155      *(atom+x_c+y_c*max_x)=(*(atom+x_c+y_c*max_x)+1)&1;
 156    }
 157    if((*(atom+x_c+y_c*max_x))&1) ++M;
 158   }
 159  }
 160
 161  if(i%dr==0)
 162  {
 163   sprintf(t_text," temp: %.3f",T);
 164   arg_v[1]=t_text;
 165   sprintf(b_text," beta: %.3f",beta);
 166   arg_v[2]=b_text;
 167   arg_v[3]=NULL;
 168   sprintf(s_text," interaction strength: %.3f",s);
 169   arg_v[4]=s_text;
 170   arg_v[5]=NULL;
 171   sprintf(m_text," magnetization: %.3f",1.0-2.0*M/(max_x*max_y));
 172   arg_v[6]=m_text;
 173   d2_lattice_draw(&d2_l,0,0,6,arg_v);
 174  }
 175
 176   }
 177   if(of_fd) dprintf(of_fd,"%f %f\n",T,1.0-2.0*M/(max_x*max_y));
 178  }
 179
 180  for(T=max_T;T>0;T-=.05)
 181  {
 182   beta=1.0/T; /* k_B = 1 */
 183   for(i=0;i<itt;i++)
 184   {
 185
 186  M=0;
 187  for(x_c=0;x_c<max_x;x_c++)
 188  {
 189   for(y_c=0;y_c<max_y;y_c++)
 190   {
 191    count_p=0;
 192    if((*(atom+x_c+((y_c+max_y+1)%max_y)*max_x))&1) ++count_p;
 193    if((*(atom+x_c+((y_c+max_y-1)%max_y)*max_x))&1) ++count_p;
 194    if((*(atom+((max_x+x_c+1)%max_x)+y_c*max_x))&1) ++count_p;
 195    if((*(atom+((max_x+x_c-1)%max_x)+y_c*max_x))&1) ++count_p;
 196    if(((*(atom+x_c+y_c*max_x))&1)==0) count_p=4-count_p;
 197    delta_e=(2*count_p-4)*s;
 198    if(delta_e<0) *(atom+x_c+y_c*max_x)=(*(atom+x_c+y_c*max_x)+1)&1;
 199    else
 200    {
 201     if(1.0*rand()/RAND_MAX<exp(-1.0*delta_e*beta))
 202      *(atom+x_c+y_c*max_x)=(*(atom+x_c+y_c*max_x)+1)&1;
 203    }
 204    if((*(atom+x_c+y_c*max_x))&1) ++M;
 205   }
 206  }
 207
 208  if(i%dr==0)
 209  {
 210   sprintf(t_text," temp = %.3f",T);
 211   arg_v[1]=t_text;
 212   sprintf(b_text," beta = %.3f",beta);
 213   arg_v[2]=b_text;
 214   arg_v[3]=NULL;
 215   sprintf(s_text," interaction strength: %.3f",s);
 216   arg_v[4]=s_text;
 217   arg_v[5]=NULL;
 218   sprintf(m_text," magnetization: %.3f",1.0-2.0*M/(max_x*max_y));
 219   arg_v[6]=m_text;
 220   d2_lattice_draw(&d2_l,0,0,6,arg_v);
 221  }
 222
 223   }
 224   if(of_fd) dprintf(of_fd,"%f %f\n",T,1.0-2.0*M/(max_x*max_y));
 225  }
 226
 227  if(of_fd) close(of_fd);
 228
 229  getchar();
 230
 231  return 1;
 232 }