root/applications/robust/main.cpp @ 1423

Revision 1423, 19.0 kB (checked in by sindj, 12 years ago)

Nevim jake zmeny. JS

Line 
1
2/*!
3\file
4\brief Robust
5\author Vasek Smidl
6
7 */
8
9#include "estim/arx.h"
10#include "robustlib.h"
11#include <vector>
12#include <iostream>
13#include <fstream>
14//#include <itpp/itsignal.h>
15#include "windows.h"
16#include "ddeml.h"
17#include "stdio.h"
18#include <dirent.h>
19//#include <itpp/itoptim.h>
20
21//#include "DDEClient.h"
22//#include <conio.h>
23
24
25using namespace itpp;
26using namespace bdm;
27
28//const int emlig_size = 2;
29//const int utility_constant = 5;
30
31const int max_model_order         = 2;
32const double apriorno             = 0.01;
33const int max_window_size         = 40;
34const int utility_order           = 25;
35const int prediction_time         = 30;
36const double min_utility_argument = 0.001;
37const double max_investment       = 3.0;
38const int sample_size                     = 5000;
39const char* commodity                 = "TY\\";
40
41/*
42HDDEDATA CALLBACK DdeCallback(
43        UINT uType,     // Transaction type.
44        UINT uFmt,      // Clipboard data format.
45        HCONV hconv,    // Handle to the conversation.
46        HSZ hsz1,       // Handle to a string.
47        HSZ hsz2,       // Handle to a string.
48        HDDEDATA hdata, // Handle to a global memory object.
49        DWORD dwData1,  // Transaction-specific data.
50        DWORD dwData2)  // Transaction-specific data.
51{
52        return 0;
53}
54
55void DDERequest(DWORD idInst, HCONV hConv, char* szItem)
56{
57        HSZ hszItem = DdeCreateStringHandle(idInst, szItem, 0);
58        HDDEDATA hData = DdeClientTransaction(NULL,0,hConv,hszItem,CF_TEXT,
59                                                                        XTYP_ADVSTART,TIMEOUT_ASYNC , NULL); //TIMEOUT_ASYNC
60        if (hData==NULL)
61        {
62                printf("Request failed: %s\n", szItem);
63        }
64
65        if (hData==0)
66        {
67                printf("Request failed: %s\n", szItem);
68        }
69}
70
71DWORD WINAPI ThrdFunc( LPVOID n )
72{   
73    return 0;
74}
75*/
76vector<char*> listFiles(char* dir){
77        vector<char*> files;
78                DIR *pDIR;
79        struct dirent *entry;
80        if( pDIR=opendir(dir) ){
81                while(entry = readdir(pDIR)){
82                        if( strcmp(entry->d_name, ".") != 0 && strcmp(entry->d_name, "..") != 0 )
83                                                {                                                       
84                                                        char *file_string = new char[strlen(entry->d_name) + 1];
85                                                        strcpy(file_string, entry->d_name);                                                                                             
86                                                        files.push_back(file_string);
87                                                }
88                }
89                closedir(pDIR);
90        }
91                return files;
92}
93
94double valueCRRAUtility(const double &position, const pair<vec,vec> &samples, const int order)
95{
96        double value = 0;
97        set<double> values;
98                       
99        for(int i=0;i<samples.first.length();i++)
100        {
101                double sample      = samples.second.get(i);
102                double probability = samples.first.get(i);
103                if((position*sample+1)>min_utility_argument)
104                {
105                        values.insert(probability*sample/pow(position*sample+1,order+1));
106                }
107                else
108                {
109                        values.insert(probability*(min_utility_argument-1)/position/pow(min_utility_argument,order+1));
110                }
111        }       
112       
113        for(set<double>::iterator val_ref = values.begin();val_ref!=values.end();val_ref++)
114        {
115                value+=(*val_ref);
116        }
117
118        return value;
119}
120
121double gradientCRRAUtility(const double &position, const pair<vec,vec> &samples, const int order)
122{       
123        double value = 0;
124        set<double> values;
125
126        for(int i=0;i<samples.first.length();i++)
127        {
128                double sample      = samples.second.get(i);
129                double probability = samples.first.get(i);
130                if((position*sample+1)>min_utility_argument)
131                {
132                        values.insert((-(order+1)*pow(sample,2)*probability)/pow(position*sample+1,order+2));
133                }
134        }
135
136        for(set<double>::iterator val_ref = values.begin();val_ref!=values.end();val_ref++)
137        {
138                value+=(*val_ref);
139        }
140
141        return value;
142}
143
144double newtonRaphson(double startingPoint, double epsilon, pair<vec,vec> samples, int order)
145{
146        /*
147        if(samples.length()>800)
148        {
149                samples.del(801,samples.size()-1);
150        }
151        */
152       
153        int count = 0;
154       
155        bool epsilon_reached = false;
156
157        while(count<1000&&!epsilon_reached)
158        {
159                double cur_value = valueCRRAUtility(startingPoint,samples,order);
160                double cur_gradient = gradientCRRAUtility(startingPoint,samples,order);
161
162                startingPoint = startingPoint - cur_value/cur_gradient;
163
164                if(cur_value<epsilon)
165                {
166                        epsilon_reached = true;
167                }
168        }
169
170        if(count==100)
171        {
172                return startingPoint; // can be different!
173        }
174        else
175        {
176                return startingPoint;
177        }
178}
179
180class model
181{
182public:
183        set<pair<int,int>> ar_components;
184
185        // Best thing would be to inherit the two models from a single souce, this is planned, but now structurally
186        // problematic.
187        RARX* my_rarx; //vzmenovane parametre pre triedu model
188        ARXwin* my_arx;
189
190        bool has_constant;
191        int  window_size;  //musi byt vacsia ako pocet krokov ak to nema ovplyvnit
192        int  predicted_channel;
193        mat* data_matrix;
194        vec  predictions;
195        char name[80];
196
197        double previous_lognc;
198       
199        model(set<pair<int,int>> ar_components, //funkcie treidz model-konstruktor
200                  bool robust, 
201                  bool has_constant, 
202                  int window_size, 
203                  int predicted_channel,
204                  mat* data_matrix)
205        {               
206                this->ar_components.insert(ar_components.begin(),ar_components.end());
207
208                strcpy(name,"M");
209
210                for(set<pair<int,int>>::iterator ar_ref = ar_components.begin();ar_ref!=ar_components.end();ar_ref++)
211                {
212                        char buffer1[2];
213                        char buffer2[2];
214                        itoa((*ar_ref).first,buffer1,10);
215                        itoa((*ar_ref).second,buffer2,10);
216
217                        strcat(name,buffer1);
218                        strcat(name,buffer2);
219                        strcat(name,"_");
220                }
221
222                this->has_constant      = has_constant;
223
224                if(has_constant)
225                {
226                        strcat(name,"C");
227                }
228
229                this->window_size       = window_size;
230                this->predicted_channel = predicted_channel;
231                this->data_matrix       = data_matrix;
232
233                if(robust)
234                {
235                        previous_lognc = 0;
236                        strcat(name,"R");
237
238                        if(has_constant)
239                        {
240                                my_rarx = new RARX(ar_components.size()+1,window_size,true,sqrt(2*apriorno),sqrt(2*apriorno),ar_components.size()+3);
241                                my_arx  = NULL;
242                        }
243                else
244                        {
245                                my_rarx = new RARX(ar_components.size(),window_size,false,sqrt(2*apriorno),sqrt(2*apriorno),ar_components.size()+2);
246                                my_arx  = NULL;
247                        }
248                }
249                else
250                {
251                        my_rarx = NULL;
252                        my_arx  = new ARXwin();
253                        mat V0;
254
255                        if(has_constant)
256                        {                               
257                                V0  = apriorno * eye(ar_components.size()+2); //aj tu konst
258                                V0(0,0) = 0;
259                                my_arx->set_constant(true);
260                                my_arx->set_statistics(1, V0, V0.rows()+1); 
261                        }
262                        else
263                        {
264                               
265                                V0  = apriorno * eye(ar_components.size()+1);//menit konstantu
266                                V0(0,0) = 0;
267                                //V0(0,1) = -0.01;
268                                //V0(1,0) = -0.01;
269                                my_arx->set_constant(false);
270                                my_arx->set_statistics(1, V0, V0.rows()+1); 
271                               
272                        }                                               
273                       
274                        my_arx->set_parameters(window_size);
275                        my_arx->validate();
276
277                        previous_lognc = my_arx->posterior().lognc();
278
279                        /*
280                        vec mean = my_arx->posterior().mean();
281                        cout << mean << endl;
282                        */
283                }
284        }
285
286        ~model()
287        {
288                if(my_rarx!=NULL)
289                {
290                        delete my_rarx;
291                }
292                else
293                {
294                        delete my_arx;
295                }
296        }
297
298        void data_update(int time) 
299        {
300                vec data_vector;
301                for(set<pair<int,int>>::iterator ar_iterator = ar_components.begin();ar_iterator!=ar_components.end();ar_iterator++)
302                { 
303                        data_vector.ins(data_vector.size(),(*data_matrix).get(ar_iterator->first,time-ar_iterator->second));
304                }
305                if(my_rarx!=NULL)
306                {       
307                        data_vector.ins(0,(*data_matrix).get(predicted_channel,time));
308                        my_rarx->bayes(data_vector);
309                }
310                else
311                {
312                        vec pred_vec;
313                        pred_vec.ins(0,(*data_matrix).get(predicted_channel,time));
314                        my_arx->bayes(pred_vec,data_vector);
315                }
316        }
317
318        pair<vec,vec> predict(int sample_size, int time, itpp::Laplace_RNG* LapRNG)  //nerozumiem, ale vraj to netreba, nepouziva to
319        {
320                vec condition_vector;
321                for(set<pair<int,int>>::iterator ar_iterator = ar_components.begin();ar_iterator!=ar_components.end();ar_iterator++)
322                {
323                        condition_vector.ins(condition_vector.size(),(*data_matrix).get(ar_iterator->first,time-ar_iterator->second+1));
324                }
325
326                if(my_rarx!=NULL)
327                {
328                        pair<vec,mat> imp_samples = my_rarx->posterior->sample(sample_size,false);
329
330                        //cout << imp_samples.first << endl;                   
331                       
332                        vec sample_prediction;                 
333                        for(int t = 0;t<imp_samples.second.cols();t++)
334                        {
335                                vec lap_sample = condition_vector;
336                               
337                                if(has_constant)
338                                {
339                                        lap_sample.ins(lap_sample.size(),1.0);
340                                }
341                               
342                                lap_sample.ins(lap_sample.size(),(*LapRNG)());
343
344                                sample_prediction.ins(0,lap_sample*imp_samples.second.get_col(t));                             
345                        }
346
347                        return pair<vec,vec>(imp_samples.first,sample_prediction);
348                }       
349                else
350                {
351                        mat samples = my_arx->posterior().sample_mat(sample_size);                     
352                       
353                        vec sample_prediction;
354                        for(int t = 0;t<sample_size;t++)
355                        {
356                                vec gau_sample = condition_vector;
357                               
358                                if(has_constant)
359                                {
360                                        gau_sample.ins(gau_sample.size(),1.0);
361                                }
362                               
363                                gau_sample.ins(gau_sample.size(),randn());
364
365                                vec param_sample = samples.get_col(t);
366                                param_sample.set(param_sample.size()-1,sqrt(param_sample[param_sample.size()-1]));
367                                sample_prediction.ins(0,gau_sample*param_sample);                               
368                        }
369
370                        return pair<vec,vec>(ones(sample_prediction.size()),sample_prediction);
371                }
372       
373        }
374
375
376        static set<set<pair<int,int>>> possible_models_recurse(int max_order,int number_of_channels)
377        {
378                set<set<pair<int,int>>> created_model_types;           
379
380                if(max_order == 1)//ukoncovacia vetva
381                {                       
382                        for(int channel = 0;channel<number_of_channels;channel++)//pre AR 1 model vytvori kombinace kanalov v prvom kroku poyadu
383                        {
384                                set<pair<int,int>> returned_type;
385                                returned_type.insert(pair<int,int>(channel,1));  //??
386                                created_model_types.insert(returned_type);
387                        }
388
389                        return created_model_types;
390                }
391                else
392                {
393                        created_model_types = possible_models_recurse(max_order-1,number_of_channels);//tu uz mame ulozene kombinace o jeden krok dozadu  //rekuryivne volanie
394                        set<set<pair<int,int>>> returned_types;
395                       
396                        for(set<set<pair<int,int>>>::iterator model_ref = created_model_types.begin();model_ref!=created_model_types.end();model_ref++)
397                        {                               
398                               
399                                for(int order = 1; order<=max_order; order++)
400                                {
401                                        for(int channel = 0;channel<number_of_channels;channel++)
402                                        {
403                                                set<pair<int,int>> returned_type;
404                                                pair<int,int> new_pair = pair<int,int>(channel,order);//??
405                                                if(find((*model_ref).begin(),(*model_ref).end(),new_pair)==(*model_ref).end()) //??
406                                                {
407                                                        returned_type.insert((*model_ref).begin(),(*model_ref).end()); //co vlozi na zaciatok retuned_type?
408                                                        returned_type.insert(new_pair);                                                 
409
410                                                        returned_types.insert(returned_type);                                                   
411                                                }
412                                        }
413                                }
414                        }
415
416                        created_model_types.insert(returned_types.begin(),returned_types.end());
417
418                        return created_model_types;
419                }               
420        }
421};
422
423// ****************************************************
424//                           MAIN MAIN MAIN MAIN MAIN
425// ****************************************************
426int main ( int argc, char* argv[] ) 
427{
428       
429        // EXPERIMENT: A moving window estimation and prediction of RARX is tested on data generated from
430    // y_t=0.95*y_(t-1)+0.05*y_(t-2)+0.2*e_t, where e_t is normally, student(4) and cauchy distributed. It
431    // can be compared to the classical setup.
432       
433        itpp::Laplace_RNG LapRNG = Laplace_RNG();
434
435        char* folder_string  =  "C:\\RobustExperiments\\"; // "C:\\dataADClosePercDiff"; //
436        char* data_folder    = "data\\";
437        char* results_folder = "results\\";     
438
439        char dfstring[150];
440        strcpy(dfstring,folder_string);
441        strcat(dfstring,data_folder);
442        strcat(dfstring,commodity);
443        vector<char*> files = listFiles(dfstring);
444       
445        for(int contract=0;contract<files.size();contract++)
446        {
447                char *cdf_str = new char[strlen(dfstring) + 1];
448                strcpy(cdf_str, dfstring);             
449                strcat(cdf_str,files[contract]);       
450       
451                mat data_matrix;
452                ifstream myfile(cdf_str);
453                if (myfile.is_open())
454                {               
455                        string line;
456                        while(getline(myfile,line))
457                        {                       
458                                vec data_vector;
459                                while(line.find(',') != string::npos) //zmenil som ciarku za medzeru
460                                {
461                                        //line.erase(0,1); // toto som sem pridal
462                                        int loc2 = line.find('\n');
463                                        int loc  = line.find(',');
464                                        data_vector.ins(data_vector.size(),atof(line.substr(0,loc).c_str()));                           
465                                        line.erase(0,loc+1);                                   
466                                }
467
468                                data_matrix.ins_row(data_matrix.rows(),data_vector);
469                        }               
470
471                        myfile.close(); 
472                }
473                else
474                {
475                        cout << "Can't open data file!" << endl;
476                }
477       
478                //konec nacitavania dat
479                set<set<pair<int,int>>> model_types = model::possible_models_recurse(max_model_order,data_matrix.rows()); //volanie funkce kde robi kombinace modelov
480                                                                                                        //to priradime do model_types, data_matrix.row urcuje pocet kanalov dat
481                vector<model*> models;
482                for(set<set<pair<int,int>>>::iterator model_type = model_types.begin();model_type!=model_types.end();model_type++)
483                {// prechadza rozne typy kanalov, a poctu regresorov
484                        for(int window_size = max_window_size-1;window_size < max_window_size;window_size++)
485                        {
486                                //if(model_type->size()<max_model_order)
487                                //{
488                                        models.push_back(new model((*model_type),true,true,window_size,0,&data_matrix));   // to su len konstruktory, len inicializujeme rozne typy
489                                        models.push_back(new model((*model_type),false,true,window_size,0,&data_matrix));
490                                //}
491                                models.push_back(new model((*model_type),true,false,window_size,0,&data_matrix));
492                                models.push_back(new model((*model_type),false,false,window_size,0,&data_matrix));             
493                        }
494
495                        //set<pair<int,int>> empty_list;
496                        //models.push_back(new model(empty_list,false,true,100,0,&data_matrix));
497                }
498       
499                mat result_lognc;
500                // mat result_preds;
501
502                ofstream myfilew;
503                char rfstring[150];                                     
504                strcpy(rfstring,folder_string);
505                strcat(rfstring,results_folder);
506                strcat(rfstring,commodity);
507                strcat(rfstring,files[contract]);
508
509                /*
510                char predstring[150];                                   
511                strcpy(predstring,folder_string);
512                strcat(predstring,results_folder);
513                strcat(predstring,commodity);
514                strcat(predstring,"PRED");
515                strcat(predstring,files[contract]);
516                */
517
518                for(int time = max_model_order;time<data_matrix.cols();time++) //time<data_matrix.cols()
519                {       
520                        cout << "Steps: " << time << endl;
521               
522                        if(time == max_model_order)
523                        { 
524                                /*
525                                myfilew.open(rfstring,ios::app);
526                                for(int i = 0;models.size();i++)
527                                {
528                                        for(set<pair<int,int>>::iterator ar_ref = models[i]->ar_components.begin();ar_ref != models[i]->ar_components.end();ar_ref++)
529                                        {
530                                                myfilew << (*ar_ref).second << (*ar_ref).first;                                                 
531                                        }
532
533                                        myfilew << ".";
534
535                                        if(models[i]->my_arx == NULL)
536                                        {
537                                                myfilew << "31";
538                                        }
539                                        else
540                                        {
541                                                myfilew << "30";
542                                        }
543                                       
544                                        if(models[i]->has_constant)
545                                        {
546                                                myfilew << "61";
547                                        }
548                                        else
549                                        {
550                                                myfilew << "60";
551                                        }
552
553                                        myfilew << ",999,999,999,";
554                                }
555
556                                myfilew << "888" << endl;
557                                myfilew.close();
558                                */
559                        }
560               
561                        //pocet stlpcov data_matrix je pocet casovych krokov
562                        double cur_loglikelihood;
563                        // vec preds;
564                        int  prev_samples_nr;
565                        bool previous_switch = true;
566                        for(vector<model*>::iterator model_ref = models.begin();model_ref!=models.end();model_ref++) //.begin()+1;model_ref++)
567                        {//posuvam s apo models, co je pole modelov urobene o cyklus vyssie. Teda som v case time a robim to tam pre vsetky typy modelov, kombinace regresorov
568                                (*model_ref)->data_update(time); //pozret sa preco je toto tu nutne
569
570                                //cout << "Updated." << endl;                           
571
572                                if((*model_ref)->my_rarx!=NULL) //vklada normalizacni faktor do cur_res_lognc
573                                {
574                                        //cout << "Maxlik vertex(robust):" << (*model_ref)->my_rarx->posterior->minimal_vertex->get_coordinates() << endl;
575                                        cur_loglikelihood = (*model_ref)->my_rarx->posterior->_ll();                           
576                                }
577                                else
578                                {
579                                        //cout << "Mean(classical):" << (*model_ref)->my_arx->posterior().mean() << endl;
580                                        double cur_lognc = (*model_ref)->my_arx->posterior().lognc();
581                                        cur_loglikelihood = cur_lognc-(*model_ref)->previous_lognc;
582                                                               
583                                        (*model_ref)->previous_lognc = cur_lognc;                               
584                                }
585                               
586                                /*
587                        if(time == max_window_size-1)
588                        {
589                                //***********************
590                                int sample_size = 100000;
591                                //***********************
592                               
593                                pair<vec,mat> samples;
594                                if((*model_ref)->my_arx!=NULL)
595                                {
596                                        mat samp_mat = (*model_ref)->my_arx->posterior().sample_mat(sample_size);
597                                        samples = pair<vec,mat>(ones(samp_mat.cols()),samp_mat);
598                                }
599                                else
600                                {
601                                        samples = (*model_ref)->my_rarx->posterior->sample(sample_size,true);                                   
602                                }
603
604                                char fstring[80];                                       
605                                strcpy(fstring,file_string);
606                                strcat(fstring,(*model_ref)->name);
607                                strcat(fstring,".txt");
608                               
609                                //cout << samples.first << endl;
610                               
611                                myfilew.open(fstring,ios::app);
612                               
613                               
614                                //for(int i = 0;i<samples.first.size();i++)
615                                //{
616                                //      myfilew << samples.first.get(i) << ",";
617                                //}
618                                //myfilew << endl;
619                               
620
621                                for(int j = 0;j<samples.second.rows()+1;j++)
622                                {                       
623                                        for(int i = 0;i<samples.second.cols();i++)
624                                        {
625                                                if(j!=samples.second.rows())
626                                                {
627                                                        myfilew << samples.second.get(j,i) << ",";
628                                                }
629                                               
630                                                //else
631                                                //{
632                                                //      myfilew << "0,";
633                                                //}
634                                               
635                                        }                               
636                                        myfilew << endl;
637                                }
638
639                                cout << "*************************************" << endl;
640
641                                myfilew.close();                               
642                        }
643                        */                             
644
645                                if(time>prediction_time)
646                                {                       
647                                        int samples_nr;                                 
648                                        if(previous_switch)
649                                        {
650                                                samples_nr = sample_size;
651                                        }
652                                        else
653                                        {
654                                                samples_nr = prev_samples_nr;
655                                        }
656                                       
657                                       
658                                        // PREDICTIONS
659                                        pair<vec,vec> predictions = (*model_ref)->predict(samples_nr,time,&LapRNG);
660
661                                        /*
662                                        myfilew.open(predstring,ios::app);
663                                        for(int i=0;i<10000;i++)
664                                        {
665                                                if(i<predictions.second.size())
666                                                {
667                                                        myfilew << predictions.second.get(i) << ",";
668                                                }
669                                                else
670                                                {
671                                                        myfilew << ",";
672                                                }
673                                        }
674                                        myfilew << endl;
675                                        myfilew.close();
676                                        */
677
678                                        if(previous_switch)
679                                        {
680                                                prev_samples_nr = predictions.second.size();
681                                                samples_nr = prev_samples_nr;
682                                        }
683
684                                        previous_switch = !previous_switch;
685
686                                        double optimalInvestment = newtonRaphson(0,0.00001,predictions,utility_order);
687
688                                        if(abs(optimalInvestment)>max_investment)
689                                        {
690                                                optimalInvestment = max_investment*sign(optimalInvestment);
691                                        }
692
693
694                                        /*
695                                        vec utilityValues;
696                                        for(int j=0;j<1000;j++)
697                                        {
698                                                utilityValues.ins(utilityValues.length(),valueCRRAUtility(-0.5+0.001*j, predictions.second, utility_order));
699                                        }*/
700
701                                        double avg_prediction = (predictions.first*predictions.second)/(predictions.first*ones(predictions.first.size()));
702
703                                        (*model_ref)->predictions.ins((*model_ref)->predictions.size(),avg_prediction);
704                                               
705                                        myfilew.open(rfstring,ios::app);
706                               
707                                        /*
708                                        for(int j=0;j<utilityValues.length();j++)
709                                        {
710                                                myfilew << utilityValues.get(j) << ",";
711                                        }
712                                        myfilew << endl;
713                                        */
714
715                                        myfilew << avg_prediction << "," << optimalInvestment << "," << samples_nr << "," << cur_loglikelihood << ","; 
716                                        myfilew.close();
717                                }                       
718                        }
719
720                        if(time>prediction_time&&(time+1)<data_matrix.cols())
721                        {
722                                // REAL PRICE           
723                                myfilew.open(rfstring,ios::app);
724                                myfilew << data_matrix.get(0,time+1) << endl;
725                                myfilew.close();
726                        }       
727                }
728
729                for(vector<model*>::reverse_iterator model_ref = models.rbegin();model_ref!=models.rend();model_ref++)
730                {
731                        delete *model_ref;
732                }
733        }
734
735        return 0;
736}
737
738
Note: See TracBrowser for help on using the browser.