root/applications/robust/robustlib.h @ 1469

Revision 1423, 101.6 kB (checked in by sindj, 12 years ago)

Nevim jake zmeny. JS

Line 
1/*!
2  \file
3  \brief Robust Bayesian auto-regression model
4  \author Jan Sindelar.
5*/
6
7#ifndef ROBUST_H
8#define ROBUST_H
9
10#include <stat/exp_family.h>
11#include <itpp/itbase.h>
12#include <itpp/base/random.h>
13#include <map>
14#include <limits>
15#include <vector>
16#include <list>
17#include <set>
18#include <algorithm>
19       
20using namespace bdm;
21using namespace std;
22using namespace itpp;
23
24static Exponential_RNG ExpRNG;
25
26const double max_range = 5;//numeric_limits<double>::max()/10e-10;
27
28/// An enumeration of possible actions performed on the polyhedrons. We can merge them or split them.
29enum actions {MERGE, SPLIT};
30
31// Forward declaration of polyhedron, vertex and emlig
32class polyhedron;
33class vertex;
34class emlig;
35
36/*
37class t_simplex
38{
39public:
40        set<vertex*> minima;
41
42        set<vertex*> simplex;
43
44        t_simplex(vertex* origin_vertex)
45        {
46                simplex.insert(origin_vertex);
47                minima.insert(origin_vertex);
48        }
49};*/
50
51/// A class representing a single condition that can be added to the emlig. A condition represents data entries in a statistical model.
52class condition
53{       
54public:
55        /// Value of the condition representing the data
56        vec value;     
57
58        /// Mulitplicity of the given condition may represent multiple occurences of same data entry.
59        int multiplicity;
60
61        /// Default constructor of condition class takes the value of data entry and creates a condition with multiplicity 1 (first occurence of the data).
62        condition(vec value)
63        {
64                this->value = value;
65                multiplicity = 1;
66        }
67};
68
69class simplex
70{
71       
72
73public:
74
75        set<vertex*> vertices;
76
77        double probability;
78
79        double volume;
80
81        vector<multimap<double,double>> positive_gamma_parameters;
82
83        vector<multimap<double,double>> negative_gamma_parameters;
84
85        double positive_gamma_sum;
86
87        double negative_gamma_sum;
88
89        double min_beta;
90       
91
92        simplex(set<vertex*> vertices)
93        {
94                this->vertices.insert(vertices.begin(),vertices.end());
95                probability = 0;
96        }
97
98        simplex(vertex* vertex)
99        {
100                this->vertices.insert(vertex);
101                probability = 0;
102        }
103
104        void clear_gammas()
105        {
106                positive_gamma_parameters.clear();
107                negative_gamma_parameters.clear();             
108               
109                positive_gamma_sum = 0;
110                negative_gamma_sum = 0;
111
112                min_beta = numeric_limits<double>::max();
113        }
114
115        void insert_gamma(int order, double weight, double beta)
116        {
117                if(weight>=0)
118                {
119                        while(positive_gamma_parameters.size()<order+1)
120                        {
121                                multimap<double,double> map;
122                                positive_gamma_parameters.push_back(map);
123                        }
124
125                        positive_gamma_sum += weight;
126
127                        positive_gamma_parameters[order].insert(pair<double,double>(weight,beta));             
128                }
129                else
130                {
131                        while(negative_gamma_parameters.size()<order+1)
132                        {
133                                multimap<double,double> map;
134                                negative_gamma_parameters.push_back(map);
135                        }
136
137                        negative_gamma_sum -= weight;
138
139                        negative_gamma_parameters[order].insert(pair<double,double>(-weight,beta));
140                }
141
142                if(beta < min_beta)
143                {
144                        min_beta = beta;
145                }
146        }
147};
148
149
150/// A class describing a single polyhedron of the split complex. From a collection of such classes a Hasse diagram
151/// of the structure in the exponent of a Laplace-Inverse-Gamma density will be created.
152class polyhedron
153{
154        /// A property having a value of 1 usually, with higher value only if the polyhedron arises as a coincidence of
155        /// more than just the necessary number of conditions. For example if a newly created line passes through an already
156        /// existing point, the points multiplicity will rise by 1.
157        int multiplicity;       
158
159        /// A property representing the position of the polyhedron related to current condition with relation to which we
160        /// are splitting the parameter space (new data has arrived). This property is setup within a classification procedure and
161        /// is only valid while the new condition is being added. It has to be reset when new condition is added and new classification
162        /// has to be performed.
163        int split_state;
164
165        /// A property representing the position of the polyhedron related to current condition with relation to which we
166        /// are merging the parameter space (data is being deleted usually due to a moving window model which is more adaptive and
167        /// steps in for the forgetting in a classical Gaussian AR model). This property is setup within a classification procedure and
168        /// is only valid while the new condition is being removed. It has to be reset when new condition is removed and new classification
169        /// has to be performed.
170        int merge_state;
171
172                       
173
174public:
175        /// A pointer to the multi-Laplace inverse gamma distribution this polyhedron belongs to.
176        emlig* my_emlig;
177
178        /// A list of polyhedrons parents within the Hasse diagram.
179        list<polyhedron*> parents;
180
181        /// A list of polyhedrons children withing the Hasse diagram.
182        list<polyhedron*> children;
183
184        /// All the vertices of the given polyhedron
185        set<vertex*> vertices;
186
187        /// The conditions that gave birth to the polyhedron. If some of them is removed, the polyhedron ceases to exist.
188        set<condition*> parentconditions;
189
190        /// A list used for storing children that lie in the positive region related to a certain condition
191        list<polyhedron*> positivechildren;
192
193        /// A list used for storing children that lie in the negative region related to a certain condition
194        list<polyhedron*> negativechildren;
195
196        /// Children intersecting the condition
197        list<polyhedron*> neutralchildren;
198
199        /// A set of grandchildren of the polyhedron that when new condition is added lie exactly on the condition hyperplane. These grandchildren
200        /// behave differently from other grandchildren, when the polyhedron is split. New grandchild is not necessarily created on the crossection of
201        /// the polyhedron and new condition.
202        set<polyhedron*> totallyneutralgrandchildren;
203
204        /// A set of children of the polyhedron that when new condition is added lie exactly on the condition hyperplane. These children
205        /// behave differently from other children, when the polyhedron is split. New child is not necessarily created on the crossection of
206        /// the polyhedron and new condition.
207        set<polyhedron*> totallyneutralchildren;
208
209        /// Reverse relation to the totallyneutralgrandchildren set is needed for merging of already existing polyhedrons to keep
210        /// totallyneutralgrandchildren list up to date.
211        set<polyhedron*> grandparents;
212
213        /// Vertices of the polyhedron classified as positive related to an added condition. When the polyhderon is split by the new condition,
214        /// these vertices will belong to the positive part of the splitted polyhedron.
215        set<vertex*> positiveneutralvertices;
216
217        /// Vertices of the polyhedron classified as negative related to an added condition. When the polyhderon is split by the new condition,
218        /// these vertices will belong to the negative part of the splitted polyhedron.
219        set<vertex*> negativeneutralvertices;
220
221        /// A bool specifying if the polyhedron lies exactly on the newly added condition or not.
222        bool totally_neutral;
223
224        /// When two polyhedrons are merged, there always exists a child lying on the former border of the polyhedrons. This child manages the merge
225        /// of the two polyhedrons. This property gives us the address of the mediator child.
226        polyhedron* mergechild;
227
228        /// If the polyhedron serves as a mergechild for two of its parents, we need to have the address of the parents to access them. This
229        /// is the pointer to the positive parent being merged.
230        polyhedron* positiveparent;
231
232        /// If the polyhedron serves as a mergechild for two of its parents, we need to have the address of the parents to access them. This
233        /// is the pointer to the negative parent being merged.
234        polyhedron* negativeparent;     
235
236        /// Adressing withing the statistic. Next_poly is a pointer to the next polyhedron in the statistic on the same level (if this is a point,
237        /// next_poly will be a point etc.).
238        polyhedron* next_poly;
239
240        /// Adressing withing the statistic. Prev_poly is a pointer to the previous polyhedron in the statistic on the same level (if this is a point,
241        /// next_poly will be a point etc.).
242        polyhedron* prev_poly;
243
244        /// A property counting the number of messages obtained from children within a classification procedure of position of the polyhedron related
245        /// an added/removed condition. If the message counter reaches the number of children, we know the polyhedrons' position has been fully classified.
246        int message_counter;
247
248        /// List of triangulation polyhedrons of the polyhedron given by their relative vertices.
249        set<simplex*> triangulation;
250
251        /// A list of relative addresses serving for Hasse diagram construction.
252        list<int> kids_rel_addresses;
253
254        /// Default constructor
255        polyhedron()
256        {
257                multiplicity = 1;
258
259                message_counter = 0;
260
261                totally_neutral = NULL;
262
263                mergechild = NULL;             
264        }
265       
266        /// Setter for raising multiplicity
267        void raise_multiplicity()
268        {
269                multiplicity++;
270        }
271
272        /// Setter for lowering multiplicity
273        void lower_multiplicity()
274        {
275                multiplicity--;
276        }
277
278        int get_multiplicity()
279        {
280                return multiplicity;
281        }
282
283        void set_multiplicity(int multiplicity)
284        {
285                this->multiplicity = multiplicity;
286        }
287       
288        /// An obligatory operator, when the class is used within a C++ STL structure like a vector
289        int operator==(polyhedron polyhedron2)
290        {
291                return true;
292        }
293
294        /// An obligatory operator, when the class is used within a C++ STL structure like a vector
295        int operator<(polyhedron polyhedron2)
296        {
297                return false;
298        }
299
300       
301        /// A setter of state of current polyhedron relative to the action specified in the argument. The three possible states of the
302        /// polyhedron are -1 - NEGATIVE, 0 - NEUTRAL, 1 - POSITIVE. Neutral state means that either the state has been reset or the polyhedron is
303        /// ready to be split/merged.
304        int set_state(double state_indicator, actions action)
305        {
306                switch(action)
307                {
308                        case MERGE:
309                                merge_state = (int)sign(state_indicator);
310                                return merge_state;                     
311                        case SPLIT:
312                                split_state = (int)sign(state_indicator);
313                                return split_state;             
314                }
315        }
316
317        /// A getter of state of current polyhedron relative to the action specified in the argument. The three possible states of the
318        /// polyhedron are -1 - NEGATIVE, 0 - NEUTRAL, 1 - POSITIVE. Neutral state means that either the state has been reset or the polyhedron is
319        /// ready to be split/merged.
320        int get_state(actions action)
321        {
322                switch(action)
323                {
324                        case MERGE:
325                                return merge_state;                     
326                        break;
327                        case SPLIT:
328                                return split_state;
329                        break;
330                }
331        }
332
333        /// Method for obtaining the number of children of given polyhedron.
334        int number_of_children()
335        {
336                return children.size();
337        }
338
339        /// A method for triangulation of given polyhedron.
340        double triangulate(bool should_integrate);     
341};
342
343
344/// A class for representing 0-dimensional polyhedron - a vertex. It will be located in the bottom row of the Hasse
345/// diagram representing a complex of polyhedrons. It has its coordinates in the parameter space.
346class vertex : public polyhedron
347{
348        /// A dynamic array representing coordinates of the vertex
349        vec coordinates;
350
351public:
352        /// A property specifying the value of the density (ted nevim, jestli je to jakoby log nebo ne) above the vertex.
353        double function_value;
354
355        /// Default constructor
356        vertex();
357
358        /// Constructor of a vertex from a set of coordinates
359        vertex(vec coordinates)
360        {
361                this->coordinates   = coordinates;
362
363                vertices.insert(this);
364
365                simplex* vert_simplex = new simplex(vertices);         
366
367                triangulation.insert(vert_simplex);
368        }
369
370        /// A method that widens the set of coordinates of given vertex. It is used when a complex in a parameter
371        /// space of certain dimension is established, but the dimension is not known when the vertex is created.
372        void push_coordinate(double coordinate)
373        {
374                coordinates  = concat(coordinates,coordinate);         
375        }
376
377        /// A method obtaining the set of coordinates of a vertex. These coordinates are not obtained as a pointer
378        /// (not given by reference), but a new copy is created (they are given by value).
379        vec get_coordinates()
380        {
381                return coordinates;
382        }
383               
384};
385
386
387/// A class representing a polyhedron in a top row of the complex. Such polyhedron has a condition that differen   tiates
388/// it from polyhedrons in other rows.
389class toprow : public polyhedron
390{
391       
392public:
393        double probability;
394
395        vertex* minimal_vertex;
396
397        /// A condition used for determining the function of a Laplace-Inverse-Gamma density resulting from Bayesian estimation
398        vec condition_sum;
399
400        int condition_order;
401
402        /// Default constructor
403        toprow(){};
404
405        /// Constructor creating a toprow from the condition
406        toprow(condition *condition, int condition_order)
407        {
408                this->condition_sum   = condition->value;
409                this->condition_order = condition_order;
410        }
411
412        toprow(vec condition_sum, int condition_order)
413        {
414                this->condition_sum   = condition_sum;
415                this->condition_order = condition_order;
416        }
417
418        double integrate_simplex(simplex* simplex, char c);
419
420};
421
422
423
424
425
426
427
428class c_statistic
429{
430
431public:
432        polyhedron* end_poly;
433        polyhedron* start_poly;
434
435        vector<polyhedron*> rows;
436
437        vector<polyhedron*> row_ends;
438
439        c_statistic()
440        {
441                end_poly   = new polyhedron();
442                start_poly = new polyhedron();
443        };
444
445        void append_polyhedron(int row, polyhedron* appended_start, polyhedron* appended_end)
446        {
447                if(row>((int)rows.size())-1)
448                {
449                        if(row>rows.size())
450                        {
451                                throw new exception("You are trying to append a polyhedron whose children are not in the statistic yet!");
452                                return;
453                        }
454
455                        rows.push_back(end_poly);
456                        row_ends.push_back(end_poly);
457                }
458
459                // POSSIBLE FAILURE: the function is not checking if start and end are connected
460
461                if(rows[row] != end_poly)
462                {
463                        appended_start->prev_poly = row_ends[row];
464                        row_ends[row]->next_poly = appended_start;                     
465                                               
466                }
467                else if((row>0 && rows[row-1]!=end_poly)||row==0)
468                {
469                        appended_start->prev_poly = start_poly;
470                        rows[row]= appended_start;                     
471                }
472                else
473                {
474                        throw new exception("Wrong polyhedron insertion into statistic: missing intermediary polyhedron!");
475                }
476
477                appended_end->next_poly = end_poly;
478                row_ends[row] = appended_end;
479        }
480
481        void append_polyhedron(int row, polyhedron* appended_poly)
482        {
483                append_polyhedron(row,appended_poly,appended_poly);
484        }
485
486        void insert_polyhedron(int row, polyhedron* inserted_poly, polyhedron* following_poly)
487        {               
488                if(following_poly != end_poly)
489                {
490                        inserted_poly->next_poly = following_poly;
491                        inserted_poly->prev_poly = following_poly->prev_poly;
492
493                        if(following_poly->prev_poly == start_poly)
494                        {
495                                rows[row] = inserted_poly;
496                        }
497                        else
498                        {                               
499                                inserted_poly->prev_poly->next_poly = inserted_poly;                                                           
500                        }
501
502                        following_poly->prev_poly = inserted_poly;
503                }
504                else
505                {
506                        this->append_polyhedron(row, inserted_poly);
507                }               
508       
509        }
510
511
512       
513
514        void delete_polyhedron(int row, polyhedron* deleted_poly)
515        {
516                if(deleted_poly->prev_poly != start_poly)
517                {
518                        deleted_poly->prev_poly->next_poly = deleted_poly->next_poly;
519                }
520                else
521                {
522                        rows[row] = deleted_poly->next_poly;
523                }
524
525                if(deleted_poly->next_poly!=end_poly)
526                {
527                        deleted_poly->next_poly->prev_poly = deleted_poly->prev_poly;
528                }
529                else
530                {
531                        row_ends[row] = deleted_poly->prev_poly;
532                }
533
534               
535
536                deleted_poly->next_poly = NULL;
537                deleted_poly->prev_poly = NULL;                                 
538        }
539
540        int size()
541        {
542                return rows.size();
543        }
544
545        polyhedron* get_end()
546        {
547                return end_poly;
548        }
549
550        polyhedron* get_start()
551        {
552                return start_poly;
553        }
554
555        int row_size(int row)
556        {
557                if(this->size()>row && row>=0)
558                {
559                        int row_size = 0;
560                       
561                        for(polyhedron* row_poly = rows[row]; row_poly!=end_poly; row_poly=row_poly->next_poly)
562                        {
563                                row_size++;
564                        }
565
566                        return row_size;
567                }
568                else
569                {
570                        throw new exception("There is no row to obtain size from!");
571                }
572        }
573};
574
575
576class my_ivec : public ivec
577{
578public:
579        my_ivec():ivec(){};
580
581        my_ivec(ivec origin):ivec()
582        {
583                this->ins(0,origin);
584        }
585
586        bool operator>(const my_ivec &second) const
587        {
588                return max(*this)>max(second);         
589        }
590       
591        bool operator==(const my_ivec &second) const
592        {
593                return max(*this)==max(second); 
594        }
595
596        bool operator<(const my_ivec &second) const
597        {
598                return !(((*this)>second)||((*this)==second));
599        }
600
601        bool operator!=(const my_ivec &second) const
602        {
603                return !((*this)==second);
604        }
605
606        bool operator<=(const my_ivec &second) const
607        {
608                return !((*this)>second);
609        }
610
611        bool operator>=(const my_ivec &second) const
612        {
613                return !((*this)<second);
614        }
615
616        my_ivec right(my_ivec original)
617        {
618               
619        }
620};
621
622
623
624
625
626
627
628//! Conditional(e) Multicriteria-Laplace-Inverse-Gamma distribution density
629class emlig // : eEF
630{
631
632        /// A statistic in a form of a Hasse diagram representing a complex of convex polyhedrons obtained as a result
633        /// of data update from Bayesian estimation or set by the user if this emlig is a prior density
634       
635
636        vector<list<polyhedron*>> for_splitting;
637               
638        vector<list<polyhedron*>> for_merging;
639
640        list<condition*> conditions;
641
642        double normalization_factor;
643
644        int condition_order;
645
646        double last_log_nc;
647
648       
649
650        void alter_toprow_conditions(condition *condition, bool should_be_added)
651        {
652                for(polyhedron* horiz_ref = statistic.rows[statistic.size()-1];horiz_ref!=statistic.get_end();horiz_ref=horiz_ref->next_poly)
653                {
654                        set<vertex*>::iterator vertex_ref = horiz_ref->vertices.begin();
655
656                        do
657                        {
658                                vertex_ref++;
659
660                                if(vertex_ref==horiz_ref->vertices.end())
661                                {
662                                        return;
663                                }
664                        }
665                        while((*vertex_ref)->parentconditions.find(condition)!=(*vertex_ref)->parentconditions.end());
666
667                       
668                       
669                        vec appended_coords = (*vertex_ref)->get_coordinates();
670                        appended_coords.ins(0,-1.0);
671                       
672                        double product = appended_coords*condition->value;
673
674                        if(should_be_added)
675                        {
676                                ((toprow*) horiz_ref)->condition_order++;
677
678                                if(product>0)
679                                {
680                                        ((toprow*) horiz_ref)->condition_sum += condition->value;
681                                }
682                                else
683                                {
684                                        ((toprow*) horiz_ref)->condition_sum -= condition->value;
685                                }
686                        }
687                        else
688                        { 
689                                ((toprow*) horiz_ref)->condition_order--;
690
691                                if(product<0)                   
692                                {
693                                        ((toprow*) horiz_ref)->condition_sum += condition->value;
694                                }
695                                else
696                                {
697                                        ((toprow*) horiz_ref)->condition_sum -= condition->value;
698                                }
699                        }                               
700                }
701        }
702
703
704        /// A method for recursive classification of polyhedrons with respect to SPLITting and MERGEing conditions.
705        void send_state_message(polyhedron* sender, condition *toadd, condition *toremove, int level)
706        {                       
707
708                int multi = sender->get_multiplicity();
709                // We translate existence of toremove and toadd conditions to booleans for ease of manipulation
710                bool shouldmerge    = (toremove != NULL);
711                bool shouldsplit    = (toadd != NULL);
712               
713                // If such operation is desired, in the following cycle we send a message about polyhedrons classification
714                // to all its parents. We loop through the parents and report the child sending its message.
715                if(shouldsplit||shouldmerge)
716                {
717                        for(list<polyhedron*>::iterator parent_iterator = sender->parents.begin();parent_iterator!=sender->parents.end();parent_iterator++)
718                        {
719                                // We set an individual pointer to the value at parent_iterator for ease of use
720                                polyhedron* current_parent = *parent_iterator;
721
722                                // The message_counter counts the number of messages received by the parent
723                                current_parent->message_counter++;
724
725                                // If the child is the last one to send its message, the parent can as well be classified and
726                                // send its message further up.
727                                bool is_last  = (current_parent->message_counter == current_parent->number_of_children());
728
729                                // Certain properties need to be set if this is the first message received by the parent
730                                bool is_first = (current_parent->message_counter == 1);
731
732                                // This boolean watches for polyhedrons that are already out of the game for further MERGEing
733                                // and SPLITting purposes. This may seem quite straightforward at first, but because of all
734                                // the operations involved it may be quite complicated. For example a polyhedron laying in the
735                                // positive side of the MERGEing hyperplane should not be split, because it lays in the positive
736                                // part of the location parameter space relative to the SPLITting hyperplane, but because it
737                                // is merged with its MERGE negative counterpart, which is being SPLIT, the polyhedron itself
738                                // will be SPLIT after it has been merged and needs to retain all properties needed for the
739                                // purposes of SPLITting.
740                                bool out_of_the_game = true;
741
742                                if(shouldmerge)
743                                {
744                                        // get the MERGE state of the child
745                                        int child_state  = sender->get_state(MERGE);
746                                        // get the MERGE state of the parent so far, the parent can be partially classified
747                                        int parent_state = current_parent->get_state(MERGE);
748
749                                        // In case this is the first message received by the parent, its state has not been set yet
750                                        // and therefore it inherits the MERGE state of the child. On the other hand if the state
751                                        // of the parent is 0, all the children so far were neutral and if the next child isn't
752                                        // neutral the parent should be in state of the child again.
753                                        if(parent_state == 0||is_first)
754                                        {
755                                                parent_state = current_parent->set_state(child_state, MERGE);                                           
756                                        }                                       
757
758                                        // If a child is contained in the hyperplane of a condition that should be removed and it is
759                                        // not of multiplicity higher than 1, it will later serve as a merger for two of its parents
760                                        // each lying on one side of the removed hyperplane (one being classified MERGE positive, the
761                                        // other MERGE negative). Here we set the possible merger candidates.
762                                        if(child_state == 0)
763                                        {
764                                                if(current_parent->mergechild == NULL)
765                                                {
766                                                        current_parent->mergechild = sender;
767                                                }                                                       
768                                        }                                       
769
770                                        // If the parent obtained a message from the last one of its children we have to classify it
771                                        // with respect to the MERGE condition.
772                                        if(is_last)
773                                        {                                               
774                                                // If the parent is a toprow from the top row of the Hasse diagram, we alter the condition
775                                                // sum and condition order with respect to on which side of the cutting hyperplane the
776                                                // toprow is located.
777                                                if(level == number_of_parameters-1)
778                                                {
779                                                        // toprow on the positive side
780                                                        if(parent_state == 1)
781                                                        {
782                                                                ((toprow*)current_parent)->condition_sum-=toremove->value;                                                     
783                                                        }
784
785                                                        // toprow on the negative side
786                                                        if(parent_state == -1)
787                                                        {
788                                                                ((toprow*)current_parent)->condition_sum+=toremove->value;                                                     
789                                                        }
790                                                }
791
792                                                // lowering the condition order.
793                                                // REMARK: This maybe could be done more globally for the whole statistic.
794                                                ((toprow*)current_parent)->condition_order--;
795                                               
796                                                // If the parent is a candidate for being MERGEd
797                                                if(current_parent->mergechild != NULL)
798                                                {
799                                                        // It might not be out of the game
800                                                        out_of_the_game = false;
801
802                                                        // If the mergechild multiplicity is 1 it will disappear after merging
803                                                        if(current_parent->mergechild->get_multiplicity()==1)
804                                                        {
805                                                                // and because we need the child to have an address of the two parents it is
806                                                                // supposed to merge, we assign the address of current parent to one of the
807                                                                // two pointers existing in the child for this purpose regarding to its position
808                                                                // in the location parameter space with respect to the MERGE hyperplane.
809                                                                if(parent_state > 0)
810                                                                {                                                       
811                                                                        current_parent->mergechild->positiveparent = current_parent;                                                   
812                                                                }
813
814                                                                if(parent_state < 0)
815                                                                {                                                       
816                                                                        current_parent->mergechild->negativeparent = current_parent;                                                   
817                                                                }
818                                                        }
819                                                        else
820                                                        {
821                                                                // If the mergechild has higher multiplicity, it will not disappear after the
822                                                                // condition is removed and the parent will still be out of the game, because
823                                                                // no MERGEing will occur.
824                                                                out_of_the_game = true;
825                                                        }
826                                                }                                               
827                                               
828                                                // If so far the parent is out of the game, it is the toprow polyhedron and there will
829                                                // be no SPLITting, we compute its probability integral by summing all the integral
830                                                // from the simplices contained in it.
831                                                if(out_of_the_game)
832                                                {
833                                                        if((level == number_of_parameters - 1) && (!shouldsplit))
834                                                        {
835                                                                toprow* cur_par_toprow = ((toprow*)current_parent);
836                                                                cur_par_toprow->probability = 0.0;                                                     
837
838                                                                for(set<simplex*>::iterator s_ref = current_parent->triangulation.begin();s_ref!=current_parent->triangulation.end();s_ref++)
839                                                                {
840                                                                        double cur_prob = cur_par_toprow->integrate_simplex((*s_ref),'C');
841                                                                       
842                                                                        cur_par_toprow->probability += cur_prob;                                                               
843                                                                }
844
845                                                                normalization_factor += cur_par_toprow->probability;                                                           
846                                                        }
847                                                }
848
849                                                // If the parent is classified MERGE neutral, it will serve as a merger for two of its
850                                                // parents so we report it to the for_merging list.
851                                                if(parent_state == 0)
852                                                {
853                                                        for_merging[level+1].push_back(current_parent);                                                                                                         
854                                                }                                                                                               
855                                        }                                       
856                                }
857
858                                // In the second part of the classification procedure, we will classify the parent polyhedron
859                                // for the purposes of SPLITting. Since splitting comes from a parent that is being split by
860                                // creating a neutral child that cuts the split polyhedron in two parts, the created child has
861                                // to be connected to all the neutral grandchildren of the source parent. We therefore have to
862                                // report all such grandchildren of the parent. More complication is brought in by grandchildren
863                                // that have not been created in the process of splitting, but were classified SPLIT neutral
864                                // already in the classification stage. Such grandchildren and children were already present
865                                // in the Hasse diagram befor the SPLITting condition emerged. We call such object totallyneutral.
866                                // They have to be watched and treated separately.
867                                if(shouldsplit)
868                                {
869                                        // We report the totally neutral children of the message sending child into the totally neutral
870                                        // grandchildren list of current parent.
871                                        current_parent->totallyneutralgrandchildren.insert(sender->totallyneutralchildren.begin(),sender->totallyneutralchildren.end());
872                                       
873                                        // We need to have the pointers from grandchildren to grandparents as well, we therefore set
874                                        // the opposite relation as well.
875                                        for(set<polyhedron*>::iterator tot_child_ref = sender->totallyneutralchildren.begin();tot_child_ref!=sender->totallyneutralchildren.end();tot_child_ref++)
876                                        {
877                                                (*tot_child_ref)->grandparents.insert(current_parent);
878                                        }
879
880                                        // If this is the first child to report its total neutrality, the parent inherits its state.
881                                        if(current_parent->totally_neutral == NULL)
882                                        {
883                                                current_parent->totally_neutral = sender->totally_neutral;
884                                        }
885                                        // else the parent is totally neutral only if all the children up to now are totally neutral.
886                                        else
887                                        {
888                                                current_parent->totally_neutral = current_parent->totally_neutral && sender->totally_neutral;
889                                        }
890
891                                        // For splitting purposes, we have to mark all the children of the given parent by their SPLIT
892                                        // state, because when we split the parent, we create its positive and negative offsprings and
893                                        // its children have to be assigned accordingly.
894                                        switch(sender->get_state(SPLIT))
895                                        {
896                                        case 1:
897                                                // child classified positive
898                                                current_parent->positivechildren.push_back(sender);
899
900                                                // all the vertices of the positive child are assigned to the positive and neutral vertex
901                                                // set
902                                                current_parent->positiveneutralvertices.insert(sender->vertices.begin(),sender->vertices.end());
903                                        break;
904                                        case 0:
905                                                // child classified neutral
906                                                current_parent->neutralchildren.push_back(sender);
907
908                                                // all the vertices of the neutral child are assigned to both negative and positive vertex
909                                                // sets
910                                                if(level!=0)
911                                                {
912                                                        current_parent->positiveneutralvertices.insert(sender->positiveneutralvertices.begin(),sender->positiveneutralvertices.end());
913                                                        current_parent->negativeneutralvertices.insert(sender->negativeneutralvertices.begin(),sender->negativeneutralvertices.end());                                         
914                                                }
915                                                else
916                                                {
917                                                        current_parent->positiveneutralvertices.insert(*sender->vertices.begin());
918                                                        current_parent->negativeneutralvertices.insert(*sender->vertices.begin());
919                                                }
920
921                                                // if the child is totally neutral it is also assigned to the totallyneutralchildren
922                                                if(sender->totally_neutral)
923                                                {
924                                                        current_parent->totallyneutralchildren.insert(sender);
925                                                }
926                                                       
927                                        break;
928                                        case -1:
929                                                // child classified negative
930                                                current_parent->negativechildren.push_back(sender);
931                                                current_parent->negativeneutralvertices.insert(sender->vertices.begin(),sender->vertices.end());
932                                        break;
933                                        }
934
935                                        // If the last child has sent its message to the parent, we have to decide if the polyhedron
936                                        // needs to be split.
937                                        if(is_last)
938                                        {                                               
939                                                // If the polyhedron extends to both sides of the cutting hyperplane it needs to be SPLIT. Such
940                                                // situation occurs if either the polyhedron has negative and also positive children or
941                                                // if the polyhedron contains neutral children that cross the cutting hyperplane. Such
942                                                // neutral children cannot be totally neutral, since totally neutral children lay within
943                                                // the cutting hyperplane. If the polyhedron is to be cut its state is set to SPLIT neutral
944                                                if((current_parent->negativechildren.size()>0&&current_parent->positivechildren.size()>0)
945                                                                                                        ||(current_parent->neutralchildren.size()>0&&current_parent->totallyneutralchildren.empty()))
946                                                {
947                                                        for_splitting[level+1].push_back(current_parent);                                                       
948                                                        current_parent->set_state(0, SPLIT);
949                                                }
950                                                else
951                                                {
952                                                        // Else if the polyhedron has a positive number of negative children we set its state
953                                                        // to SPLIT negative. In such a case we subtract current condition from the overall
954                                                        // condition sum
955                                                        if(current_parent->negativechildren.size()>0)
956                                                        {
957                                                                // set the state
958                                                                current_parent->set_state(-1, SPLIT);
959
960                                                                // alter the condition sum
961                                                                if(level == number_of_parameters-1)
962                                                                {
963                                                                        ((toprow*)current_parent)->condition_sum-=toadd->value;
964                                                                }                                                                       
965                                                        }
966                                                        // If the polyhedron has a positive number of positive children we set its state
967                                                        // to SPLIT positive. In such a case we add current condition to the overall
968                                                        // condition sum
969                                                        else if(current_parent->positivechildren.size()>0)
970                                                        {
971                                                                // set the state
972                                                                current_parent->set_state(1, SPLIT);
973
974                                                                // alter the condition sum
975                                                                if(level == number_of_parameters-1)
976                                                                {
977                                                                        ((toprow*)current_parent)->condition_sum+=toadd->value;                                                                 
978                                                                }
979                                                        }
980                                                        // Else the polyhedron only has children that are totally neutral. In such a case,
981                                                        // we mark it totally neutral as well and insert the SPLIT condition into the
982                                                        // parent conditions of the polyhedron. No addition or subtraction is needed in
983                                                        // this case.
984                                                        else
985                                                        {
986                                                                current_parent->raise_multiplicity();
987                                                                current_parent->totally_neutral = true;
988                                                                current_parent->parentconditions.insert(toadd);
989                                                        }
990
991                                                        // In either case we raise the condition order (statistical condition sum significance)
992                                                        ((toprow*)current_parent)->condition_order++;
993
994                                                        // In case the polyhedron is a toprow and it will not be SPLIT, we compute its probability
995                                                        // integral with the altered condition.
996                                                        if(level == number_of_parameters - 1 && current_parent->mergechild == NULL)
997                                                        {
998                                                                toprow* cur_par_toprow = ((toprow*)current_parent);
999                                                                cur_par_toprow->probability = 0.0;                                                             
1000                                                               
1001                                                                // We compute the integral as a sum over all simplices contained within the
1002                                                                // polyhedron.
1003                                                                for(set<simplex*>::iterator s_ref = current_parent->triangulation.begin();s_ref!=current_parent->triangulation.end();s_ref++)
1004                                                                {
1005                                                                        double cur_prob = cur_par_toprow->integrate_simplex((*s_ref),'C');
1006                                                                       
1007                                                                        cur_par_toprow->probability += cur_prob;
1008                                                                }
1009
1010                                                                normalization_factor += cur_par_toprow->probability;
1011                                                        }
1012
1013                                                        // If the parent polyhedron is out of the game, so that it will not be MERGEd or
1014                                                        // SPLIT any more, we will reset the lists specifying its relation with respect
1015                                                        // to the SPLITting condition, so that they will be clear for future use.
1016                                                        if(out_of_the_game)
1017                                                        {
1018                                                                current_parent->positivechildren.clear();
1019                                                                current_parent->negativechildren.clear();
1020                                                                current_parent->neutralchildren.clear();                                                               
1021                                                                current_parent->totallyneutralgrandchildren.clear();                                                           
1022                                                                current_parent->positiveneutralvertices.clear();
1023                                                                current_parent->negativeneutralvertices.clear();
1024                                                                current_parent->totally_neutral = NULL;
1025                                                                current_parent->kids_rel_addresses.clear();
1026                                                        }                                                       
1027                                                }
1028                                        }
1029                                }
1030
1031                                // Finally if the the parent polyhedron has been SPLIT and MERGE classified, we will send a message
1032                                // about its classification to its parents.
1033                                if(is_last)
1034                                {
1035                                        current_parent->mergechild = NULL;
1036                                        current_parent->message_counter = 0;
1037
1038                                        send_state_message(current_parent,toadd,toremove,level+1);
1039                                }
1040                       
1041                        }
1042
1043                        // We clear the totally neutral children of the child here, because we needed them to be assigned as
1044                        // totally neutral grandchildren to all its parents.
1045                        sender->totallyneutralchildren.clear();                 
1046                }               
1047        }
1048       
1049public: 
1050        c_statistic statistic;
1051
1052        vertex* minimal_vertex;
1053
1054        double min_ll;
1055
1056        double log_nc;
1057
1058       
1059
1060        vector<multiset<my_ivec>> correction_factors;
1061
1062        int number_of_parameters;
1063
1064        /// A default constructor creates an emlig with predefined statistic representing only the range of the given
1065        /// parametric space, where the number of parameters of the needed model is given as a parameter to the constructor.
1066        emlig(int number_of_parameters, double alpha_deviation, double sigma_deviation, int nu)
1067        {       
1068                this->number_of_parameters = number_of_parameters;
1069
1070                condition_order = nu;
1071                                               
1072                create_statistic(number_of_parameters, alpha_deviation, sigma_deviation);
1073
1074                //step_me(10);
1075
1076                min_ll = numeric_limits<double>::max();         
1077
1078               
1079                double normalization_factor = 0;
1080                int counter = 0;
1081                for(polyhedron* top_ref = statistic.rows[number_of_parameters];top_ref!=statistic.get_end();top_ref=top_ref->next_poly)
1082                {
1083                        counter++;
1084                        toprow* cur_toprow = (toprow*)top_ref;
1085                               
1086                        set<simplex*>::iterator cur_simplex = cur_toprow->triangulation.begin();
1087                        normalization_factor += cur_toprow->integrate_simplex(*cur_simplex,'X');
1088                }
1089
1090                last_log_nc = NULL;
1091                log_nc = log(normalization_factor);             
1092               
1093                cout << "Prior constructed." << endl;
1094        }
1095
1096        /// A constructor for creating an emlig when the user wants to create the statistic by himself. The creation of a
1097        /// statistic is needed outside the constructor. Used for a user defined prior distribution on the parameters.
1098        emlig(c_statistic statistic, int condition_order)
1099        {
1100                this->statistic = statistic;   
1101
1102                min_ll = numeric_limits<double>::max();
1103
1104                this->condition_order = condition_order;
1105        }
1106
1107        ~emlig()
1108        {
1109                for(int i = 0;i<statistic.size();i++)
1110                {
1111                        polyhedron* current_polyhedron;
1112                        while(statistic.rows[i]!=statistic.end_poly)
1113                        {
1114                                current_polyhedron = statistic.rows[i];
1115                                statistic.delete_polyhedron(i,statistic.rows[i]);
1116                                delete current_polyhedron;
1117                        }
1118                }
1119               
1120                delete statistic.end_poly;
1121                delete statistic.start_poly;
1122
1123                for(list<condition*>::reverse_iterator c_ref = conditions.rbegin();c_ref!=conditions.rend();c_ref++)
1124                {
1125                        delete *c_ref;
1126                }
1127
1128                cout << "Emlig deleted." << endl;
1129        }
1130
1131
1132        void step_me(int marker)
1133        {
1134                set<int> orders;
1135
1136                for(int i = 0;i<statistic.size();i++)
1137                {
1138                        //int zero = 0;
1139                        //int one  = 0;
1140                        //int two  = 0;
1141
1142                        for(polyhedron* horiz_ref = statistic.rows[i];horiz_ref!=statistic.get_end();horiz_ref=horiz_ref->next_poly)
1143                        {
1144                               
1145                               
1146                               
1147                                //if(i==statistic.size()-1)
1148                                //{
1149                                //      orders.insert(((toprow*)horiz_ref)->condition_order);
1150                                       
1151                                        /*
1152                                        cout << ((toprow*)horiz_ref)->condition_sum << "   " << ((toprow*)horiz_ref)->probability << endl;
1153                                        cout << "Condition: " << ((toprow*)horiz_ref)->condition_sum << endl;
1154                                        cout << "Order:" << ((toprow*)horiz_ref)->condition_order << endl;*/
1155                                //}
1156                               
1157
1158                                // cout << "Stepped." << endl;
1159
1160                                if(marker==101)
1161                                {
1162                                        if(!(*horiz_ref).negativechildren.empty()||!(*horiz_ref).positivechildren.empty()||!(*horiz_ref).neutralchildren.empty()||!(*horiz_ref).kids_rel_addresses.empty()||!(*horiz_ref).mergechild==NULL||!(*horiz_ref).negativeneutralvertices.empty())
1163                                        {
1164                                                cout << "Cleaning error!" << endl;
1165                                        }
1166                               
1167                                }
1168
1169                                /*
1170                                for(set<simplex*>::iterator sim_ref = (*horiz_ref).triangulation.begin();sim_ref!=(*horiz_ref).triangulation.end();sim_ref++)
1171                                {
1172                                        if((*sim_ref)->vertices.size()!=i+1)
1173                                        {
1174                                                cout << "Something is wrong." << endl;
1175                                        }
1176                                }
1177                                */
1178                               
1179                                /*
1180                                if(i==0)
1181                                {
1182                                        cout << ((vertex*)horiz_ref)->get_coordinates() << endl;
1183                                }
1184                                */
1185
1186                                /*
1187                                char* string = "Checkpoint";
1188
1189
1190                                if((*horiz_ref).parentconditions.size()==0)
1191                                {
1192                                        zero++;
1193                                }
1194                                else if((*horiz_ref).parentconditions.size()==1)
1195                                {
1196                                        one++;                                 
1197                                }
1198                                else
1199                                {
1200                                        two++;
1201                                }
1202                                */
1203                               
1204                        }
1205                }
1206               
1207
1208                /*
1209                list<vec> table_entries;
1210                for(polyhedron* horiz_ref = statistic.rows[statistic.size()-1];horiz_ref!=statistic.row_ends[statistic.size()-1];horiz_ref=horiz_ref->next_poly)
1211                {
1212                        toprow *current_toprow = (toprow*)(horiz_ref);
1213                        for(list<set<vertex*>>::iterator tri_ref = current_toprow->triangulation.begin();tri_ref!=current_toprow->triangulation.end();tri_ref++)
1214                        {
1215                                for(set<vertex*>::iterator vert_ref = (*tri_ref).begin();vert_ref!=(*tri_ref).end();vert_ref++)
1216                                {
1217                                        vec table_entry = vec();
1218                                       
1219                                        table_entry.ins(0,(*vert_ref)->get_coordinates()*current_toprow->condition.get(1,current_toprow->condition.size()-1)-current_toprow->condition.get(0,0));
1220                                       
1221                                        table_entry.ins(0,(*vert_ref)->get_coordinates());
1222
1223                                        table_entries.push_back(table_entry);
1224                                }
1225                        }                       
1226                }
1227
1228                unique(table_entries.begin(),table_entries.end());
1229
1230                               
1231               
1232                for(list<vec>::iterator entry_ref = table_entries.begin();entry_ref!=table_entries.end();entry_ref++)
1233                {
1234                        ofstream myfile;
1235                        myfile.open("robust_data.txt", ios::out | ios::app);
1236                        if (myfile.is_open())
1237                        {
1238                                for(int i = 0;i<(*entry_ref).size();i++)
1239                                {
1240                                        myfile << (*entry_ref)[i] << ";";
1241                                }
1242                                myfile << endl;
1243                       
1244                                myfile.close();
1245                        }
1246                        else
1247                        {
1248                                cout << "File problem." << endl;
1249                        }
1250                }
1251                */
1252               
1253
1254                return;
1255        }
1256
1257        int statistic_rowsize(int row)
1258        {
1259                return statistic.row_size(row);
1260        }
1261
1262        void add_condition(vec toadd)
1263        {
1264                vec null_vector = "";
1265
1266                add_and_remove_condition(toadd, null_vector);
1267        }
1268
1269
1270        void remove_condition(vec toremove)
1271        {               
1272                vec null_vector = "";
1273
1274                add_and_remove_condition(null_vector, toremove);       
1275        }
1276
1277        void add_and_remove_condition(vec toadd, vec toremove)
1278        {       
1279               
1280                // New condition arrived (new data are available). Here we will perform the Bayesian data update
1281                // step by splitting the location parameter space with respect to the new condition and computing
1282                // normalization integrals for each polyhedron in the location parameter space.
1283               
1284                // First we reset previous value of normalization factor and maximum value of the log likelihood.
1285                // Because there is a minus sign in the exponent of the likelihood, we really search for a minimum
1286                // and here we set min_ll to a high value.
1287                normalization_factor = 0;
1288                min_ll = numeric_limits<double>::max();
1289
1290                // We translate the presence of a condition to add to a boolean. Also, if moving window version of
1291                // data update is used, we check for the presence of a condition to be removed from consideration.
1292                // To take care of addition and deletion of a condition in one method is computationally better than
1293                // treating both cases separately.
1294                bool should_remove = (toremove.size() != 0);
1295                bool should_add    = (toadd.size() != 0);
1296
1297                // We lower the number of conditions so far considered if we remove one.
1298                if(should_remove)
1299                {
1300                        condition_order--;
1301                }
1302
1303                // We raise the number of conditions so far considered if we add one.
1304                if(should_add)
1305                {
1306                        condition_order++;
1307                }
1308
1309                // We erase the support lists used in splitting/merging operations later on to keep track of the
1310                // split/merged polyhedrons.
1311                for_splitting.clear();
1312                for_merging.clear();
1313
1314                // This is a somewhat stupid operation, where we fill the vector of lists by empty lists, so that
1315                // we can extend the lists contained in the vector later on.
1316                for(int i = 0;i<statistic.size();i++)
1317                {
1318                        list<polyhedron*> empty_split;
1319                        list<polyhedron*> empty_merge;
1320
1321                        for_splitting.push_back(empty_split);
1322                        for_merging.push_back(empty_merge);
1323                }
1324
1325                // We set`the iterator in the conditions list to a blind end() iterator
1326                list<condition*>::iterator toremove_ref = conditions.end();             
1327
1328                // We search the list of conditions for existence of toremove and toadd conditions and check their
1329                // possible multiplicity.
1330                for(list<condition*>::iterator ref = conditions.begin();ref!=conditions.end();ref++)
1331                {
1332                        // If condition should be removed..
1333                        if(should_remove)
1334                        {
1335                                // if it exists in the list
1336                                if((*ref)->value == toremove)
1337                                {
1338                                        // if it has multiplicity higher than 1
1339                                        if((*ref)->multiplicity>1)
1340                                        {
1341                                                // we just lower the multiplicity
1342                                                (*ref)->multiplicity--;
1343
1344                                                // In this case the parameter space remains unchanged (we have to process no merging),
1345                                                // so we only alter the condition sums in all the cells and compute the integrals
1346                                                // over the cells with the subtracted condition
1347                                                alter_toprow_conditions(*ref,false);
1348
1349                                                // By altering the condition sums in each individual unchanged cell, we have finished
1350                                                // all the tasks of this method related to merging and removing given condition. Therefore
1351                                                // we switch the should_remove switch to false.
1352                                                should_remove = false;
1353                                        }
1354                                        else
1355                                        {
1356                                                // In case the condition to be removed has a multiplicity of 1, we mark its position in
1357                                                // the vector of conditions by assigning its iterator to toremove_ref variable.
1358                                                toremove_ref = ref;                                                     
1359                                        }                                       
1360                                }
1361                        }
1362
1363                        // If a condition should be added..
1364                        if(should_add)
1365                        {
1366                                // We search the vector of conditions if a condition with the same value already exists.
1367                                if((*ref)->value == toadd)
1368                                {
1369                                        // If it does, there will be no further splitting necessary. We have to raise its multiplicity..
1370                                        (*ref)->multiplicity++;
1371
1372                                        // Again as with the condition to be removed, if no splitting is performed, we only have to
1373                                        // perform the computations in the individual cells in the top row of Hasse diagram of the
1374                                        // complex of polyhedrons by changing the condition sums in individual cells and computing
1375                                        // integrals with changed condition sum.
1376                                        alter_toprow_conditions(*ref,true);
1377
1378                                        // We switch off any further operations on the complex by switching the should_add variable
1379                                        // to false.
1380                                        should_add = false;                                     
1381                                }                               
1382                        }
1383                }       
1384
1385                // Here we erase the removed condition from the conditions vector and assign a pointer to the
1386                // condition object of the removed condition, if there is such, else the pointer remains NULL.
1387                condition* condition_to_remove = NULL;
1388                if(should_remove)
1389                {
1390                        if(toremove_ref!=conditions.end())
1391                        {
1392                                condition_to_remove = *toremove_ref;
1393                                conditions.erase(toremove_ref);                 
1394                        }
1395                }
1396
1397                // Here we create the condition object for a condition value to be added and we insert it in
1398                // the list of conditions in case new condition should be added, else the pointer is set to NULL.
1399                condition* condition_to_add = NULL;
1400                if(should_add)
1401                {
1402                        condition_to_add = new condition(toadd);                       
1403                        conditions.push_back(condition_to_add);                 
1404                }               
1405               
1406                //**********************************************************************************************
1407                //             Classification of points related to added and removed conditions
1408                //**********************************************************************************************
1409                // Here the preliminary and preparation part ends and we begin classifying individual vertices in
1410                // the bottom row of the representing Hasse diagram relative to the condition to be removed and the
1411                // one to be added. This classification proceeds further in a recursive manner. Each classified
1412                // polyhedron sends an information about its classification to its parent, when all the children of
1413                // given parents are classified, the parent can be itself classified and send information further to
1414                // its parent and so on.
1415
1416                // We loop through all ther vertices
1417                for(polyhedron* horizontal_position = statistic.rows[0];horizontal_position!=statistic.get_end();horizontal_position=horizontal_position->next_poly)
1418                {               
1419                        // Cast from general polyhedron to a vertex
1420                        vertex* current_vertex = (vertex*)horizontal_position;
1421                       
1422                        // If a condition should be added or removed..
1423                        if(should_add||should_remove)
1424                        {
1425                                // The coordinates are extended by a -1 representing there is no parameter multiplying the
1426                                // regressor in the autoregressive model. The condition is passed to the method as a vector
1427                                // (y_t,psi_{t-1}), where y_t is the value of regressor and psi_t is the vector of regressands.
1428                                // Minus sign is needed, because the AR model equation reads y_t = theta*psi_{t-1}+e_t, which
1429                                // can be rewriten as (y_t, psi_{t-1})*(-1,theta)', where ' stands for transposition and * for
1430                                // scalar product
1431                                vec appended_coords = current_vertex->get_coordinates();
1432                                appended_coords.ins(0,-1.0);                           
1433
1434                                if(should_add)
1435                                {
1436                                        // We compute the position of the vertex relative to the added condition
1437                                        double local_condition = appended_coords*toadd;// = toadd*(appended_coords.first/=appended_coords.second);
1438
1439                                        // The method set_state classifies the SPLIT state of the vertex as positive, negative or
1440                                        // neutral
1441                                        current_vertex->set_state(local_condition,SPLIT);
1442
1443                                        /// \TODO There should be a rounding error tolerance used here to insure we are not having too many points because of rounding error.
1444                                        // If the vertex lays on the hyperplane related to the condition cutting the location parameter
1445                                        // space in half, we say it is totally neutral. This way it will be different than the later
1446                                        // newly created vertices appearing on the cuts of line segments. In an environment, where
1447                                        // the data variables are continuous (they don't have positive probability mass at any point
1448                                        // in the data space) the occurence of a point on the cutting hyperplane has probability 0.
1449                                        // In real world application, where data are often discrete, we have to take such situation
1450                                        // into account.
1451                                        if(local_condition == 0)
1452                                        {
1453                                                // In certain scenarios this situation is rather rare. We might then want to know about
1454                                                // occurence of a point laying on the cutting hyperplane (Programmers note:Also such
1455                                                // scenarios were not so well tested and computation errors may occur!)
1456                                                //cout << "Condition to add: " << toadd << endl;
1457                                                cout << "Vertex coords: " << appended_coords << endl;
1458
1459                                                // We classify the vertex totally neutral
1460                                                current_vertex->totally_neutral = true;
1461
1462                                                // We raise its multiplicity and set current splitting condition as a parent condition
1463                                                // of the vertex, since if we later remove the original parent condition, the vertex
1464                                                // has to have a parent condition its right to exist.
1465                                                current_vertex->raise_multiplicity();
1466                                                current_vertex->parentconditions.insert(condition_to_add);                                             
1467                                        }
1468                                        else
1469                                        {
1470                                                // If the vertex lays off the cutting hyperplane, we set its totally_neutral property
1471                                                // to false.
1472                                                current_vertex->totally_neutral = false;
1473                                        }
1474                                }
1475                       
1476                                // Now we classify the vertex with respect to the MERGEing condition..
1477                                if(should_remove)
1478                                {                                       
1479                                        // We search the condition to be removed in the list of vertice's parent conditions
1480                                        set<condition*>::iterator cond_ref;                                     
1481                                        for(cond_ref = current_vertex->parentconditions.begin();cond_ref!=current_vertex->parentconditions.end();cond_ref++)
1482                                        {
1483                                                if(*cond_ref == condition_to_remove)
1484                                                {
1485                                                        break;
1486                                                }
1487                                        }
1488
1489                                        // If the list of parent conditions of the given vertex contain the condition that is being
1490                                        // removed, we erase it from the list, we set the vertice's MERGE state to neutral and we
1491                                        // insert the vertex into the set of polyhedrons that are supposed to be used for merging
1492                                        // (themselves possibly being deleted).
1493
1494                                        // REMARK: One may think it would be easier to check the condition again computationally.
1495                                        // Such design has been used before in the software, but due to rounding errors it was
1496                                        // very unreliable. These rounding errors are avoided using current design.
1497                                        if(cond_ref!=current_vertex->parentconditions.end())
1498                                        {
1499                                                current_vertex->parentconditions.erase(cond_ref);
1500                                                current_vertex->set_state(0,MERGE);
1501                                                for_merging[0].push_back(current_vertex);
1502                                        }
1503                                        else
1504                                        {
1505                                                // If parent conditions of the vertex don't contain the condition to be removed, we
1506                                                // check in which halfspace it is located and set its MERGE state accordingly.
1507                                                double local_condition = toremove*appended_coords;
1508                                                current_vertex->set_state(local_condition,MERGE);
1509                                        }
1510                                }                               
1511                        }
1512
1513                        // Once classified we proceed recursively by calling the send_state_message method
1514                        send_state_message(current_vertex, condition_to_add, condition_to_remove, 0);           
1515                       
1516                }
1517
1518                // step_me(1);
1519               
1520                if(should_remove)
1521                {
1522                        /*
1523                        for(int i = 0;i<for_merging.size();i++)
1524                        {
1525                                for(list<polyhedron*>::iterator merge_ref = for_merging[i].begin();merge_ref!=for_merging[i].end();merge_ref++)
1526                                {
1527                                       
1528                                        for(list<polyhedron*>::iterator par_ref = (*merge_ref)->children.begin();par_ref!=(*merge_ref)->children.end();par_ref++)
1529                                        {
1530                                                if(find((*par_ref)->parents.begin(),(*par_ref)->parents.end(),(*merge_ref))==(*par_ref)->parents.end())
1531                                                {
1532                                                        cout << "Parent/child relations are not matched!" << endl;
1533                                                }
1534                                        }
1535                                       
1536                                        //cout << (*merge_ref)->get_state(MERGE) << ",";
1537                                }
1538
1539                                // cout << endl;
1540                        }
1541                        */             
1542
1543
1544                        // Here we have finished the classification part and we have at hand two sets of polyhedrons used for
1545                        // further operation on the location parameter space. The first operation will be merging of polyhedrons
1546                        // with respect to the MERGE condition. For that purpose, we have a set of mergers in a list called
1547                        // for_merging. After we are finished merging, we need to split the polyhedrons cut by the SPLIT
1548                        // condition. These polyhedrons are gathered in the for_splitting list. As can be seen, the MERGE
1549                        // operation is done from below, in the terms of the Hasse diagram and therefore we start to merge
1550                        // from the very bottom row, from the vertices. On the other hand splitting is done from the top
1551                        // and we therefore start with the segments that need to be split.
1552
1553                        // We start the MERGE operation here. Some of the vertices will disappear from the Hasse diagram.
1554                        // Because they are part of polyhedrons in the Hasse diagram above the segments, we need to remember
1555                        // them in the separate set and get rid of them only after the process of merging all the polyhedrons
1556                        // has been finished.
1557                        cout << "Merging." << endl;
1558                        set<vertex*> vertices_to_be_reduced;                   
1559                       
1560                        // We loop through the vector list of polyhedrons for merging from the bottom row up. We keep track
1561                        // of the number of the processed row.
1562                        int k = 1;
1563                        for(vector<list<polyhedron*>>::iterator vert_ref = for_merging.begin();vert_ref<for_merging.end();vert_ref++)
1564                        {
1565                                // Within a row we loop through all the polyhedrons that we use as mergers.
1566                                for(list<polyhedron*>::iterator merge_ref = (*vert_ref).begin();merge_ref!=(*vert_ref).end();merge_ref++)
1567                                {
1568                                        // ***************************************************
1569                                        //   First we treat the case of a multiple merger.
1570                                        // ***************************************************
1571
1572                                        // If the multiplicity of the merger is greater than one, the merger will remain in the Hasse
1573                                        // diagram and its parents will remain split.
1574                                        if((*merge_ref)->get_multiplicity()>1)
1575                                        {
1576                                                // We remove the condition to be removed (the MERGE condition) from the list of merger's
1577                                                // parents.
1578                                                (*merge_ref)->parentconditions.erase(condition_to_remove);
1579                                               
1580                                                (*merge_ref)->negativeparent = NULL;
1581                                                (*merge_ref)->positiveparent = NULL;                                   
1582
1583                                                // If the merger will not be split and it is not totally neutral with respect to SPLIT
1584                                                // condition (it doesn't lay in the hyperplane defined by the condition), we will not
1585                                                // need it for splitting purposes and we can therefore clean all the splitting related
1586                                                // properties, to be able to reuse them when new data arrive. A merger is never a toprow
1587                                                // so we do not need to integrate.
1588                                                if((*merge_ref)->get_state(SPLIT)!=0||(*merge_ref)->totally_neutral)
1589                                                {
1590                                                        (*merge_ref)->positivechildren.clear();
1591                                                        (*merge_ref)->negativechildren.clear();
1592                                                        (*merge_ref)->neutralchildren.clear();                                         
1593                                                        (*merge_ref)->totallyneutralgrandchildren.clear();                                             
1594                                                        (*merge_ref)->positiveneutralvertices.clear();
1595                                                        (*merge_ref)->negativeneutralvertices.clear();
1596                                                        (*merge_ref)->totally_neutral = NULL;
1597                                                        (*merge_ref)->kids_rel_addresses.clear();
1598                                                }
1599                                        }                                                                       
1600                                        // Else, if the multiplicity of the merger is equal to 1, we proceed with the merging part of
1601                                        // the algorithm.
1602                                        else
1603                                        {
1604                                                // A boolean that will be true, if after being merged, the new polyhedron should be split
1605                                                // in the next step of the algorithm.
1606                                                bool will_be_split = false;
1607                                               
1608                                                // The newly created polyhedron will be merged of a negative and positive part specified
1609                                                // by its merger.
1610                                                toprow* current_positive = (toprow*)(*merge_ref)->positiveparent;
1611                                                toprow* current_negative = (toprow*)(*merge_ref)->negativeparent;
1612                                               
1613                                                // An error check for situation that should not occur.
1614                                                if(current_positive->totally_neutral!=current_negative->totally_neutral)
1615                                                {
1616                                                        throw new exception("Both polyhedrons must be totally neutral if they should be merged!");
1617                                                }                                               
1618
1619                                                // *************************************************************************************
1620                                                //    Now we rewire the Hasse properties of the MERGE negative part of the merged
1621                                                //    polyhedron to the MERGE positive part - it will be used as the merged polyhedron
1622                                                // *************************************************************************************
1623                                               
1624                                                // Instead of establishing a new polyhedron and filling in all the necessary connections
1625                                                // and thus adding it into the Hasse diagram, we use the positive polyhedron with its
1626                                                // connections and we merge it with all the connections from the negative side so that
1627                                                // the positive polyhedron becomes the merged one.
1628
1629                                                // We remove the MERGE condition from parent conditions.
1630                                                current_positive->parentconditions.erase(condition_to_remove);
1631                                               
1632                                                // We add the children from the negative part into the children list and remove from it the
1633                                                // merger.
1634                                                current_positive->children.insert(current_positive->children.end(),current_negative->children.begin(),current_negative->children.end());
1635                                                current_positive->children.remove(*merge_ref);
1636
1637                                                // We reconnect the reciprocal addresses from children to parents.
1638                                                for(list<polyhedron*>::iterator child_ref = current_negative->children.begin();child_ref!=current_negative->children.end();child_ref++)
1639                                                {
1640                                                        (*child_ref)->parents.remove(current_negative);
1641                                                        (*child_ref)->parents.push_back(current_positive);                                                                                                     
1642                                                }
1643
1644                                                // We loop through the parents of the negative polyhedron.
1645                                                for(list<polyhedron*>::iterator parent_ref = current_negative->parents.begin();parent_ref!=current_negative->parents.end();parent_ref++)
1646                                                {
1647                                                        // Remove the negative polyhedron from its children
1648                                                        (*parent_ref)->children.remove(current_negative);                                                       
1649
1650                                                        // Remove it from the according list with respect to the negative polyhedron's
1651                                                        // SPLIT state.
1652                                                        switch(current_negative->get_state(SPLIT))
1653                                                        {
1654                                                        case -1:
1655                                                                (*parent_ref)->negativechildren.remove(current_negative);
1656                                                                break;
1657                                                        case 0:
1658                                                                (*parent_ref)->neutralchildren.remove(current_negative);                                                               
1659                                                                break;
1660                                                        case 1:
1661                                                                (*parent_ref)->positivechildren.remove(current_negative);
1662                                                                break;
1663                                                        }                                                       
1664                                                }
1665
1666                                                // We merge the vertices of the negative and positive part
1667                                                current_positive->vertices.insert(current_negative->vertices.begin(),current_negative->vertices.end());                                                                                         
1668
1669                                                // **************************************************************************
1670                                                //       Now we treat the situation that one of the MERGEd polyhedrons is to be
1671                                                //   SPLIT.
1672                                                // **************************************************************************
1673
1674                                                if(current_negative->get_state(SPLIT)==0)
1675                                                {
1676                                                        for_splitting[k].remove(current_negative);
1677                                                }                                               
1678                                               
1679                                                if(!current_positive->totally_neutral)
1680                                                {
1681                                                        // If the positive polyhedron was not to be SPLIT and the negative polyhedron was..
1682                                                        if(current_positive->get_state(SPLIT)!=0&&current_negative->get_state(SPLIT)==0)
1683                                                        {
1684                                                                //..we loop through the parents of the positive polyhedron..
1685                                                                for(list<polyhedron*>::iterator parent_ref = current_positive->parents.begin();parent_ref!=current_positive->parents.end();parent_ref++)
1686                                                                {
1687                                                                        //..and if the MERGE positive polyhedron is SPLIT positive, we remove it
1688                                                                        //from the list of SPLIT positive children..
1689                                                                        if(current_positive->get_state(SPLIT)==1)
1690                                                                        {
1691                                                                                (*parent_ref)->positivechildren.remove(current_positive);
1692                                                                        }
1693                                                                        //..or if the MERGE positive polyhedron is SPLIT negative, we remove it
1694                                                                        //from the list of SPLIT positive children..
1695                                                                        else
1696                                                                        {
1697                                                                                (*parent_ref)->negativechildren.remove(current_positive);
1698                                                                        }
1699                                                                        //..and we add it to the SPLIT neutral children, because the MERGE negative polyhedron
1700                                                                        //that is being MERGEd with it causes it to be SPLIT neutral (the hyperplane runs
1701                                                                        //through the merged polyhedron)
1702                                                                        (*parent_ref)->neutralchildren.push_back(current_positive);
1703                                                                }
1704
1705                                                                // Because of the above mentioned reason, we set the SPLIT state of the MERGE positive
1706                                                                // polyhedron to neutral
1707                                                                current_positive->set_state(0,SPLIT);
1708                                                               
1709                                                                // and we add it to the list of polyhedrons to be SPLIT
1710                                                                for_splitting[k].push_back(current_positive);                                                   
1711                                                        }
1712                                               
1713                                               
1714                                                        // If the MERGEd polyhedron is to be split..
1715                                                        if(current_positive->get_state(SPLIT)==0)
1716                                                        {                                                               
1717                                                                // We need to fill the lists related to split with correct values, adding the SPLIT
1718                                                                // positive, negative and neutral children to according list in the MERGE positive,
1719                                                                // or future MERGEd polyhedron
1720                                                                current_positive->negativechildren.insert(current_positive->negativechildren.end(),current_negative->negativechildren.begin(),current_negative->negativechildren.end());                                               
1721                                                                current_positive->positivechildren.insert(current_positive->positivechildren.end(),current_negative->positivechildren.begin(),current_negative->positivechildren.end());                                                                                               
1722                                                                current_positive->neutralchildren.insert(current_positive->neutralchildren.end(),current_negative->neutralchildren.begin(),current_negative->neutralchildren.end());
1723                                                       
1724                                                                // and remove the merger, which will be later deleted from the lists of SPLIT classified
1725                                                                // children.
1726                                                                switch((*merge_ref)->get_state(SPLIT))
1727                                                                {
1728                                                                case -1:
1729                                                                        current_positive->negativechildren.remove(*merge_ref);
1730                                                                        break;
1731                                                                case 0:
1732                                                                        current_positive->neutralchildren.remove(*merge_ref);
1733                                                                        break;
1734                                                                case 1:
1735                                                                        current_positive->positivechildren.remove(*merge_ref);
1736                                                                        break;
1737                                                                }                                                       
1738
1739                                                                // We also have to merge the lists of totally neutral children laying in the SPLIT related
1740                                                                // cutting hyperpalne and the lists of positive+neutral and negative+neutral vertices.
1741                                                                current_positive->totallyneutralgrandchildren.insert(current_negative->totallyneutralgrandchildren.begin(),current_negative->totallyneutralgrandchildren.end());
1742                                                                // Because a vertex cannot be SPLIT, we don't need to remove the merger from the
1743                                                                // positive+neutral and negative+neutral lists
1744                                                                current_positive->negativeneutralvertices.insert(current_negative->negativeneutralvertices.begin(),current_negative->negativeneutralvertices.end());                                                   
1745                                                                current_positive->positiveneutralvertices.insert(current_negative->positiveneutralvertices.begin(),current_negative->positiveneutralvertices.end());
1746
1747                                                                // And we set the will be split property to true
1748                                                                will_be_split = true;
1749                                                        }
1750                                                }
1751                                               
1752                                                // If the polyhedron will not be split (both parts are totally neutral or neither of them
1753                                                // was classified SPLIT neutral), we clear all the lists holding the SPLIT information for
1754                                                // them to be ready to reuse.
1755                                                if(!will_be_split)
1756                                                {                                                       
1757                                                        current_positive->positivechildren.clear();
1758                                                        current_positive->negativechildren.clear();
1759                                                        current_positive->neutralchildren.clear();                                                     
1760                                                        current_positive->totallyneutralgrandchildren.clear();                                                         
1761                                                        current_positive->positiveneutralvertices.clear();
1762                                                        current_positive->negativeneutralvertices.clear();
1763                                                        current_positive->totally_neutral = NULL;
1764                                                        current_positive->kids_rel_addresses.clear();                                           
1765                                                }                                                                               
1766                                               
1767                                                // If both the merged polyhedrons are totally neutral, we have to rewire the addressing
1768                                                // in the grandparents from the negative to the positive (merged) polyhedron.
1769                                                if(current_positive->totally_neutral)
1770                                                {
1771                                                        for(set<polyhedron*>::iterator grand_ref = current_negative->grandparents.begin();grand_ref!=current_negative->grandparents.end();grand_ref++)
1772                                                        {
1773                                                                (*grand_ref)->totallyneutralgrandchildren.erase(current_negative);
1774                                                                (*grand_ref)->totallyneutralgrandchildren.insert(current_positive);
1775                                                        }                                                       
1776                                                }                                       
1777
1778                                                // We clear the grandparents list for further reuse.
1779                                                current_positive->grandparents.clear();                         
1780                                               
1781                                               
1782                                                // Delete the negative polyhedron from the Hasse diagram (rewire all the connections)
1783                                                statistic.delete_polyhedron(k,current_negative);
1784
1785                                                // Delete the negative polyhedron object
1786                                                delete current_negative;
1787
1788                                                // *********************************************
1789                                                //   Here we treat the deletion of the merger.
1790                                                // *********************************************
1791                                               
1792                                                // We erase the vertices of the merger from all the respective lists.
1793                                                for(set<vertex*>::iterator vert_ref = (*merge_ref)->vertices.begin();vert_ref!=(*merge_ref)->vertices.end();vert_ref++)
1794                                                {
1795                                                        if((*vert_ref)->get_multiplicity()==1)
1796                                                        {
1797                                                                current_positive->vertices.erase(*vert_ref);
1798
1799                                                                if(will_be_split)
1800                                                                {
1801                                                                        current_positive->negativeneutralvertices.erase(*vert_ref);
1802                                                                        current_positive->positiveneutralvertices.erase(*vert_ref);                                                             
1803                                                                }
1804                                                        }
1805                                                }
1806                                               
1807                                                // We remove the connection to the merger from the merger's children
1808                                                for(list<polyhedron*>::iterator child_ref = (*merge_ref)->children.begin();child_ref!=(*merge_ref)->children.end();child_ref++)
1809                                                {
1810                                                        (*child_ref)->parents.remove(*merge_ref);
1811                                                }                               
1812
1813                                                // We remove the connection to the merger from the merger's grandchildren
1814                                                for(set<polyhedron*>::iterator grand_ch_ref = (*merge_ref)->totallyneutralgrandchildren.begin();grand_ch_ref!=(*merge_ref)->totallyneutralgrandchildren.end();grand_ch_ref++)
1815                                                {
1816                                                        (*grand_ch_ref)->grandparents.erase(*merge_ref);
1817                                                }
1818                                               
1819                                                // We remove the connection to the merger from the merger's grandparents
1820                                                for(set<polyhedron*>::iterator grand_p_ref = (*merge_ref)->grandparents.begin();grand_p_ref!=(*merge_ref)->grandparents.end();grand_p_ref++)
1821                                                {
1822                                                        (*grand_p_ref)->totallyneutralgrandchildren.erase(*merge_ref);
1823                                                }                               
1824
1825                                                // We remove the merger from the Hasse diagram
1826                                                statistic.delete_polyhedron(k-1,*merge_ref);                                           
1827                                                // And we delete the merger from the list of polyhedrons to be split
1828                                                for_splitting[k-1].remove(*merge_ref);                                         
1829                                                // If the merger is a vertex with multiplicity 1, we add it to the list of vertices to get
1830                                                // rid of at the end of the merging procedure.
1831                                                if(k==1)
1832                                                {                                                       
1833                                                        vertices_to_be_reduced.insert((vertex*)(*merge_ref));                                                   
1834                                                }       
1835
1836                                                // Triangulate the newly created polyhedron and compute its normalization integral if the
1837                                                // polyhedron is a toprow.
1838                                                normalization_factor += current_positive->triangulate(k==for_splitting.size()-1 && !will_be_split);
1839                                        }
1840
1841                                        // If the merger is a vertex..
1842                                        if(k==1)
1843                                        {
1844                                                // ..we will later reduce its multiplicity (this is to prevent multiple reduction of
1845                                                // the same vertex)
1846                                                vertices_to_be_reduced.insert((vertex*)(*merge_ref));
1847                                        }
1848                                        // If the merger is not a vertex..
1849                                        else
1850                                        {
1851                                                // lower the multiplicity of the merger
1852                                                (*merge_ref)->lower_multiplicity();
1853                                        }
1854                                }                               
1855                       
1856                                // And we go to the next row
1857                                k++;
1858
1859                        }
1860
1861                        // At the end of the merging procedure, we delete all the merger's objects. These should now be already
1862                        // disconnected from the Hasse diagram.
1863                        for(int i = 1;i<for_merging.size();i++)
1864                        {
1865                                for(list<polyhedron*>::iterator merge_ref = for_merging[i].begin();merge_ref!=for_merging[i].end();merge_ref++)
1866                                {
1867                                        if((*merge_ref)->get_multiplicity()==0)
1868                                        {
1869                                                delete (*merge_ref);
1870                                        }
1871                                }
1872                        }
1873                       
1874                        // We also treat the vertices that we called to be reduced by either lowering their multiplicity or
1875                        // deleting them in case the already have multiplicity 1.
1876                        for(set<vertex*>::iterator vert_ref = vertices_to_be_reduced.begin();vert_ref!=vertices_to_be_reduced.end();vert_ref++)
1877                        {
1878                                if((*vert_ref)->get_multiplicity()>1)
1879                                {
1880                                        (*vert_ref)->lower_multiplicity();
1881                                }
1882                                else
1883                                {
1884                                        delete (*vert_ref);
1885                                }
1886                        }
1887
1888                        // Finally we delete the condition object
1889                        delete condition_to_remove;
1890                }
1891               
1892                //step_me(3);
1893                // This is a control check for errors in the merging procedure.
1894                /*
1895                vector<int> sizevector;
1896                for(int s = 0;s<statistic.size();s++)
1897                {
1898                        sizevector.push_back(statistic.row_size(s));
1899                        cout << statistic.row_size(s) << ", ";
1900                }
1901                cout << endl;
1902                */
1903
1904                // After the merging is finished or if there is no condition to be removed from the conditions list,
1905                // we split the location parameter space with respect to the condition to be added or SPLIT condition.
1906                if(should_add)
1907                {
1908                        cout << "Splitting." << endl;
1909
1910                        // We reset the row counter
1911                        int k = 1;                     
1912
1913                        // Since the bottom row of the for_splitting list is empty - we can't split vertices, we start from
1914                        // the second row from the bottom - the row containing segments
1915                        vector<list<polyhedron*>>::iterator beginning_ref = ++for_splitting.begin();
1916
1917                        // We loop through the rows
1918                        for(vector<list<polyhedron*>>::iterator vert_ref = beginning_ref;vert_ref<for_splitting.end();vert_ref++)
1919                        {                       
1920
1921                                // and we loop through the polyhedrons in each row
1922                                for(list<polyhedron*>::reverse_iterator split_ref = vert_ref->rbegin();split_ref != vert_ref->rend();split_ref++)
1923                                {
1924                                        // If we split a polyhedron by a SPLIT condition hyperplane, in the crossection of the two a
1925                                        // new polyhedron is created. It is totally neutral, because it lays in the condition hyperplane.
1926                                        polyhedron* new_totally_neutral_child;
1927
1928                                        // For clear notation we rename the value referenced by split_ref iterator
1929                                        polyhedron* current_polyhedron = (*split_ref);
1930                                       
1931                                        // If the current polyhedron is a segment, the new totally neutral child will be a vertex and
1932                                        // we have to assign coordinates to it.
1933                                        if(vert_ref == beginning_ref)
1934                                        {
1935                                                // The coordinates will be computed from the equation of the straight line containing the
1936                                                // segment, obtained from the coordinates of the endpoints of the segment
1937                                                vec coordinates1 = ((vertex*)(*(current_polyhedron->children.begin())))->get_coordinates();                                             
1938                                                vec coordinates2 = ((vertex*)(*(++current_polyhedron->children.begin())))->get_coordinates();
1939                                               
1940                                                // For computation of the scalar product with the SPLIT condition, we need extended coordinates
1941                                                vec extended_coord2 = coordinates2;
1942                                                extended_coord2.ins(0,-1.0);                                           
1943
1944                                                // We compute the parameter t an element of (0,1) describing where the segment is cut
1945                                                double t = (-toadd*extended_coord2)/(toadd(1,toadd.size()-1)*(coordinates1-coordinates2));                                             
1946
1947                                                // And compute the coordinates as convex sum of the coordinates
1948                                                vec new_coordinates = (1-t)*coordinates2+t*coordinates1;                                               
1949
1950                                                // cout << "c1:" << coordinates1 << endl << "c2:" << coordinates2 << endl << "nc:" << new_coordinates << endl;
1951
1952                                                // We create a new vertex object
1953                                                vertex* neutral_vertex = new vertex(new_coordinates);                                           
1954
1955                                                // and assign it to the new totally neutral child
1956                                                new_totally_neutral_child = neutral_vertex;
1957                                        }
1958                                        else
1959                                        {
1960                                                // If the split polyhedron isn't a segment, the totally neutral child will be a general
1961                                                // polyhedron. Because a toprow inherits from polyhedron, we make it a toprow for further
1962                                                // universality \TODO: is this really needed?
1963                                                toprow* neutral_toprow = new toprow();
1964                                               
1965                                                if(k==number_of_parameters)
1966                                                {
1967                                                        // A toprow needs a valid condition
1968                                                        neutral_toprow->condition_sum   = ((toprow*)current_polyhedron)->condition_sum; // tohle tu bylo driv: zeros(number_of_parameters+1);
1969                                                        neutral_toprow->condition_order = ((toprow*)current_polyhedron)->condition_order+1;
1970                                                }
1971
1972                                                // We assign it to the totally neutral child variable
1973                                                new_totally_neutral_child = neutral_toprow;
1974                                        }
1975
1976                                        // We assign current SPLIT condition as a parent condition of the totally neutral child and also
1977                                        // the child inherits all the parent conditions of the split polyhedron
1978                                        new_totally_neutral_child->parentconditions.insert(current_polyhedron->parentconditions.begin(),current_polyhedron->parentconditions.end());
1979                                        new_totally_neutral_child->parentconditions.insert(condition_to_add);
1980
1981                                        // The totally neutral child is a polyhedron belonging to my_emlig distribution
1982                                        new_totally_neutral_child->my_emlig = this;
1983                                       
1984                                        // We connect the totally neutral child to all totally neutral grandchildren of the polyhedron
1985                                        // being split. This is what we need the totally neutral grandchildren for. It complicates the
1986                                        // algorithm, because it is a second level dependence (opposed to the children <-> parents
1987                                        // relations, but it is needed.)
1988                                        new_totally_neutral_child->children.insert(new_totally_neutral_child->children.end(),
1989                                                                                                                current_polyhedron->totallyneutralgrandchildren.begin(),
1990                                                                                                                                current_polyhedron->totallyneutralgrandchildren.end());
1991
1992                                        // We also create the reciprocal connection from the totally neutral grandchildren to the
1993                                        // new totally neutral child and add all the vertices of the totally neutral grandchildren
1994                                        // to the set of vertices of the new totally neutral child.
1995                                        for(set<polyhedron*>::iterator grand_ref = current_polyhedron->totallyneutralgrandchildren.begin(); grand_ref != current_polyhedron->totallyneutralgrandchildren.end();grand_ref++)
1996                                        {
1997                                                // parent connection
1998                                                (*grand_ref)->parents.push_back(new_totally_neutral_child);                                             
1999
2000                                                // vertices
2001                                                new_totally_neutral_child->vertices.insert((*grand_ref)->vertices.begin(),(*grand_ref)->vertices.end());
2002                                        }
2003                                       
2004                                        // We create a condition sum for the split parts of the split polyhedron
2005                                        vec cur_pos_condition = ((toprow*)current_polyhedron)->condition_sum;
2006                                        vec cur_neg_condition = ((toprow*)current_polyhedron)->condition_sum;
2007                                       
2008                                        // If the split polyhedron is a toprow, we update the condition sum with the use of the SPLIT
2009                                        // condition. The classification of the intermediate row polyhedrons as toprows probably isn't
2010                                        // necessary and it could be changed for more elegance, but it is here for historical reasons.
2011                                        if(k == number_of_parameters)
2012                                        {
2013                                                cur_pos_condition = cur_pos_condition + toadd;
2014                                                cur_neg_condition = cur_neg_condition - toadd;
2015                                        }
2016
2017                                        // We create the positive and negative parts of the split polyhedron completely from scratch,
2018                                        // using the condition sum constructed earlier. This is different from the merging part, where
2019                                        // we have reused one of the parts to create the merged entity. This way, we don't have to
2020                                        // clean up old information from the split parts and the operation will be more symetrical.
2021                                        toprow* positive_poly = new toprow(cur_pos_condition, ((toprow*)current_polyhedron)->condition_order+1);
2022                                        toprow* negative_poly = new toprow(cur_neg_condition, ((toprow*)current_polyhedron)->condition_order+1);
2023
2024                                        // Set the new SPLIT positive and negative parts of the split polyhedrons as parents of the new
2025                                        // totally neutral child
2026                                        new_totally_neutral_child->parents.push_back(positive_poly);
2027                                        new_totally_neutral_child->parents.push_back(negative_poly);
2028
2029                                        // and the new totally neutral child as a child of the SPLIT positive and negative parts
2030                                        // of the split polyhedron
2031                                        positive_poly->children.push_back(new_totally_neutral_child);
2032                                        negative_poly->children.push_back(new_totally_neutral_child);
2033                                       
2034                                        // The new polyhedrons belong to my_emlig
2035                                        positive_poly->my_emlig = this;
2036                                        negative_poly->my_emlig = this;
2037
2038                                        // Parent conditions of the new polyhedrons are the same as parent conditions of the split polyhedron
2039                                        positive_poly->parentconditions.insert(current_polyhedron->parentconditions.begin(),current_polyhedron->parentconditions.end());
2040                                        negative_poly->parentconditions.insert(current_polyhedron->parentconditions.begin(),current_polyhedron->parentconditions.end());
2041
2042                                        positive_poly->set_multiplicity(current_polyhedron->get_multiplicity());
2043                                        negative_poly->set_multiplicity(current_polyhedron->get_multiplicity());
2044
2045                                        // We loop through the parents of the split polyhedron
2046                                        for(list<polyhedron*>::iterator parent_ref = current_polyhedron->parents.begin();parent_ref!=current_polyhedron->parents.end();parent_ref++)
2047                                        {
2048                                                // We set the new totally neutral child to be a totally neutral grandchild of the parent
2049                                                (*parent_ref)->totallyneutralgrandchildren.insert(new_totally_neutral_child);                                           
2050
2051                                                // We remove the split polyhedron from both lists, where it should be present
2052                                                (*parent_ref)->neutralchildren.remove(current_polyhedron);
2053                                                (*parent_ref)->children.remove(current_polyhedron);
2054
2055                                                // And instead set the newly created SPLIT negative and positive parts as children of
2056                                                // the parent (maybe the parent will be split once we get to treating its row, but that
2057                                                // should be taken care of later) and we add it to the classified positive and negative
2058                                                // children list accordingly.
2059                                                (*parent_ref)->children.push_back(positive_poly);
2060                                                (*parent_ref)->children.push_back(negative_poly);
2061                                                (*parent_ref)->positivechildren.push_back(positive_poly);
2062                                                (*parent_ref)->negativechildren.push_back(negative_poly);
2063                                        }
2064
2065                                        // Here we set the reciprocal connections to the ones set in the previous list. All the parents
2066                                        // of currently split polyhedron are added as parents of the SPLIT negative and positive parts.
2067                                       
2068                                        // for positive part..
2069                                        positive_poly->parents.insert(positive_poly->parents.end(),
2070                                                                                                current_polyhedron->parents.begin(),
2071                                                                                                                current_polyhedron->parents.end());
2072                                        // for negative part..
2073                                        negative_poly->parents.insert(negative_poly->parents.end(),
2074                                                                                                current_polyhedron->parents.begin(),
2075                                                                                                                current_polyhedron->parents.end());                                     
2076
2077                                        // We loop through the positive children of the split polyhedron, remove it from their parents
2078                                        // lists and add the SPLIT positive part as their parent.
2079                                        for(list<polyhedron*>::iterator child_ref = current_polyhedron->positivechildren.begin();child_ref!=current_polyhedron->positivechildren.end();child_ref++)
2080                                        {
2081                                                (*child_ref)->parents.remove(current_polyhedron);
2082                                                (*child_ref)->parents.push_back(positive_poly);                                         
2083                                        }                                       
2084
2085                                        // And again we set the reciprocal connections from the SPLIT positive part by adding
2086                                        // all the positive children of the split polyhedron to its list of children.
2087                                        positive_poly->children.insert(positive_poly->children.end(),
2088                                                                                                current_polyhedron->positivechildren.begin(),
2089                                                                                                                        current_polyhedron->positivechildren.end());
2090
2091                                        // We loop through the negative children of the split polyhedron, remove it from their parents
2092                                        // lists and add the SPLIT negative part as their parent.
2093                                        for(list<polyhedron*>::iterator child_ref = current_polyhedron->negativechildren.begin();child_ref!=current_polyhedron->negativechildren.end();child_ref++)
2094                                        {
2095                                                (*child_ref)->parents.remove(current_polyhedron);
2096                                                (*child_ref)->parents.push_back(negative_poly);
2097                                        }
2098
2099                                        // And again we set the reciprocal connections from the SPLIT negative part by adding
2100                                        // all the negative children of the split polyhedron to its list of children.
2101                                        negative_poly->children.insert(negative_poly->children.end(),
2102                                                                                                current_polyhedron->negativechildren.begin(),
2103                                                                                                                        current_polyhedron->negativechildren.end());
2104
2105                                        // The vertices of the SPLIT positive part are the union of positive and neutral vertices of
2106                                        // the split polyhedron and vertices of the new neutral child
2107                                        positive_poly->vertices.insert(current_polyhedron->positiveneutralvertices.begin(),current_polyhedron->positiveneutralvertices.end());
2108                                        positive_poly->vertices.insert(new_totally_neutral_child->vertices.begin(),new_totally_neutral_child->vertices.end());
2109
2110                                        // The vertices of the SPLIT negative part are the union of negative and neutral vertices of
2111                                        // the split polyhedron and vertices of the new neutral child
2112                                        negative_poly->vertices.insert(current_polyhedron->negativeneutralvertices.begin(),current_polyhedron->negativeneutralvertices.end());
2113                                        negative_poly->vertices.insert(new_totally_neutral_child->vertices.begin(),new_totally_neutral_child->vertices.end());
2114                                                               
2115                                        // Triangulate the new totally neutral child without computing its normalization intergral
2116                                        // (because the child is never a toprow polyhedron)
2117                                        new_totally_neutral_child->triangulate(false);
2118
2119                                        // Triangulate the new SPLIT positive and negative parts of the split polyhedron and compute
2120                                        // their normalization integral if they are toprow polyhedrons
2121                                        normalization_factor += positive_poly->triangulate(k==for_splitting.size()-1);
2122                                        normalization_factor += negative_poly->triangulate(k==for_splitting.size()-1);
2123                                       
2124                                        // Insert all the newly created polyhedrons into the Hasse diagram
2125                                        statistic.append_polyhedron(k-1, new_totally_neutral_child);                                   
2126                                        statistic.insert_polyhedron(k, positive_poly, current_polyhedron);
2127                                        statistic.insert_polyhedron(k, negative_poly, current_polyhedron);                                     
2128
2129                                        // and delete the split polyhedron from the diagram
2130                                        statistic.delete_polyhedron(k, current_polyhedron);
2131
2132                                        // and also delete its object from the memory
2133                                        delete current_polyhedron;
2134                                }
2135
2136                                // Goto a higher row of the for_splitting list
2137                                k++;
2138                        }
2139                }
2140
2141                /*
2142                vector<int> sizevector;
2143                //sizevector.clear();
2144                for(int s = 0;s<statistic.size();s++)
2145                {
2146                        sizevector.push_back(statistic.row_size(s));
2147                        cout << statistic.row_size(s) << ", ";
2148                }
2149               
2150                cout << endl;
2151                */
2152
2153                // cout << "Normalization factor: " << normalization_factor << endl;   
2154
2155                last_log_nc = log_nc;
2156                log_nc = log(normalization_factor); 
2157
2158                /*
2159                for(polyhedron* topr_ref = statistic.rows[statistic.size()-1];topr_ref!=statistic.row_ends[statistic.size()-1]->next_poly;topr_ref=topr_ref->next_poly)
2160                {
2161                        cout << ((toprow*)topr_ref)->condition << endl;
2162                }
2163                */
2164                               
2165                // step_me(101);
2166        }
2167
2168        double _ll()
2169        {
2170                if(last_log_nc!=NULL)
2171                {
2172                        return log_nc - last_log_nc;
2173                }
2174                else
2175                {
2176                        throw new exception("You can not ask for log likelihood difference for a prior!");
2177                }
2178        }
2179
2180        void set_correction_factors(int order)
2181                {
2182                        for(int remaining_order = correction_factors.size();remaining_order<order;remaining_order++)
2183                        {
2184                                multiset<my_ivec> factor_templates;
2185                                multiset<my_ivec> final_factors;                               
2186
2187                                my_ivec orig_template = my_ivec();                             
2188
2189                                for(int i = 1;i<number_of_parameters-remaining_order+1;i++)
2190                                {                                       
2191                                        bool in_cycle = false;
2192                                        for(int j = 0;j<=remaining_order;j++)                                   {
2193                                               
2194                                                multiset<my_ivec>::iterator fac_ref = factor_templates.begin();
2195
2196                                                do
2197                                                {
2198                                                        my_ivec current_template;
2199                                                        if(!in_cycle)
2200                                                        {
2201                                                                current_template = orig_template;
2202                                                                in_cycle = true;
2203                                                        }
2204                                                        else
2205                                                        {
2206                                                                current_template = (*fac_ref);
2207                                                                fac_ref++;
2208                                                        }                                                       
2209                                                       
2210                                                        current_template.ins(current_template.size(),i);
2211
2212                                                        // cout << "template:" << current_template << endl;
2213                                                       
2214                                                        if(current_template.size()==remaining_order+1)
2215                                                        {
2216                                                                final_factors.insert(current_template);
2217                                                        }
2218                                                        else
2219                                                        {
2220                                                                factor_templates.insert(current_template);
2221                                                        }
2222                                                }
2223                                                while(fac_ref!=factor_templates.end());
2224                                        }
2225                                }       
2226
2227                                correction_factors.push_back(final_factors);                   
2228
2229                        }
2230                }
2231
2232        pair<vec,simplex*> choose_simplex()
2233        {
2234                double rnumber = randu();
2235
2236                // cout << "RND:" << rnumber << endl;
2237
2238                // This could be more efficient (log n), but map::upper_bound() doesn't let me dereference returned iterator
2239                double  prob_sum     = 0;       
2240                toprow* sampled_toprow;                         
2241                for(polyhedron* top_ref = statistic.rows[number_of_parameters];top_ref!=statistic.end_poly;top_ref=top_ref->next_poly)
2242                {
2243                        // cout << "CDF:"<< (*top_ref).first << endl;
2244
2245                        toprow* current_toprow = ((toprow*)top_ref);
2246
2247                        prob_sum += current_toprow->probability;
2248
2249                        if(prob_sum >= rnumber*normalization_factor)
2250                        {
2251                                sampled_toprow = (toprow*)top_ref;
2252                                break;
2253                        }
2254                        else
2255                        {
2256                                if(top_ref->next_poly==statistic.end_poly)
2257                                {
2258                                        cout << "Error.";
2259                                }
2260                        }
2261                }                               
2262
2263                //// cout << "Toprow/Count: " << toprow_count << "/" << ordered_toprows.size() << endl;
2264                // cout << &sampled_toprow << ";";
2265
2266                rnumber = randu();                             
2267
2268                set<simplex*>::iterator s_ref;
2269                prob_sum = 0;           
2270                for(s_ref = sampled_toprow->triangulation.begin();s_ref!=sampled_toprow->triangulation.end();s_ref++)
2271                {               
2272                        prob_sum += (*s_ref)->probability;
2273
2274                        if(prob_sum/sampled_toprow->probability >= rnumber)
2275                                break;
2276                }
2277
2278                return pair<vec,simplex*>(sampled_toprow->condition_sum,*s_ref);       
2279        }
2280
2281        pair<double,double> choose_sigma(simplex* sampled_simplex)
2282        {
2283                double sigma = 0;
2284                double pg_sum;                                 
2285                double rnumber = randu();                       
2286                                       
2287                double sum_g = 0;
2288                for(int i = 0;i<sampled_simplex->positive_gamma_parameters.size();i++)
2289                {
2290                        for(multimap<double,double>::iterator g_ref = sampled_simplex->positive_gamma_parameters[i].begin();g_ref != sampled_simplex->positive_gamma_parameters[i].end();g_ref++)
2291                        {
2292                                sum_g += (*g_ref).first/sampled_simplex->positive_gamma_sum;
2293
2294                                                       
2295                                if(sum_g>rnumber)
2296                                {                                       
2297                                        // tady je mozna chyba ve vaskove kodu
2298                                        GamRNG.setup(condition_order-number_of_parameters-1+i,(*g_ref).second);
2299                                                                                                                               
2300                                        sigma = 1/GamRNG();
2301                                        // cout << "Sigma mean:   " << (*g_ref).second/(conditions.size()-number_of_parameters-1) << endl;                                                             
2302
2303                                        break;
2304                                }                                                       
2305                        }
2306
2307                        if(sigma!=0)
2308                        {
2309                                break;
2310                        }
2311                }       
2312
2313                pg_sum = 0;
2314                int i = 0;
2315                for(vector<multimap<double,double>>::iterator v_ref = sampled_simplex->positive_gamma_parameters.begin();v_ref!=sampled_simplex->positive_gamma_parameters.end();v_ref++)
2316                {
2317                        for(multimap<double,double>::iterator pg_ref = (*v_ref).begin();pg_ref!=(*v_ref).end();pg_ref++)
2318                        {
2319                                pg_sum += exp(-(*pg_ref).second/sigma)*pow((*pg_ref).second/sigma,condition_order-number_of_parameters-1+i)/sigma/fact(condition_order-number_of_parameters-2+i)*(*pg_ref).first;  // pg_sum += exp((sampled_simplex->min_beta-(*pg_ref).second)/sigma)*pow((*pg_ref).second/sigma,(int)conditions.size())*(*pg_ref).second/fact(conditions.size())*(*pg_ref).first;
2320                        }
2321
2322                        i++;
2323                }       
2324
2325                return pair<double,double>(sampled_simplex->positive_gamma_sum/pg_sum,sigma);
2326        }
2327
2328        pair<vec,mat> sample(int n, bool rejection)
2329        {
2330                vec probabilities;
2331                mat samples;           
2332               
2333                while(samples.cols()<n)
2334                {
2335                        pair<vec,simplex*> condition_and_simplex = choose_simplex();
2336
2337                        pair<double,double> probability_and_sigma = choose_sigma(condition_and_simplex.second);
2338
2339                        /*
2340                        if(samples.cols()<10)
2341                        {
2342                                cout << "S-P:" << probability_and_sigma.first << ", ";
2343                                pause(0.3);
2344                        }*/
2345
2346                        int dimension = condition_and_simplex.second->vertices.size();
2347
2348                        mat jacobian(dimension,dimension-1);
2349                        vec gradient = condition_and_simplex.first;
2350                               
2351                        int row_count = 0;
2352
2353                        for(set<vertex*>::iterator vert_ref = condition_and_simplex.second->vertices.begin();vert_ref!=condition_and_simplex.second->vertices.end();vert_ref++)
2354                        {
2355                                jacobian.set_row(row_count,(*vert_ref)->get_coordinates());
2356                                row_count++;
2357                        }               
2358                       
2359                        ExpRNG.setup(1);
2360
2361                        vec sample_coords;
2362                        double sample_sum = 0;
2363                        for(int j = 0;j<dimension;j++)
2364                        {
2365                                double rnumber = ExpRNG();
2366
2367                                sample_sum += rnumber;
2368
2369                                sample_coords.ins(0,rnumber);                           
2370                        }
2371
2372                        sample_coords /= sample_sum;
2373
2374                        sample_coords = jacobian.T()*sample_coords;
2375
2376                        vec extended_coords = sample_coords;
2377                        extended_coords.ins(0,-1.0);
2378
2379                        double exponent = extended_coords*condition_and_simplex.first;
2380                        double sample_prob = 1*condition_and_simplex.second->volume/condition_and_simplex.second->probability/pow(2*probability_and_sigma.second,condition_order)*exp(-exponent/probability_and_sigma.second)*probability_and_sigma.first;                     
2381
2382                        /*
2383                        if(samples.cols()<20)
2384                        {
2385                                cout << "prob:" << sample_prob << endl;
2386                                pause(0.2);
2387                        }
2388                        */                     
2389
2390                        sample_coords.ins(sample_coords.size(),probability_and_sigma.second);
2391                       
2392                        samples.ins_col(0,sample_coords);
2393                        probabilities.ins(0,sample_prob);
2394
2395                       
2396
2397                        //cout << "C:" << sample_coords << "   p:" << sample_prob << endl;
2398                        //pause(1);
2399                }
2400
2401                if(rejection)
2402                {
2403                        double max_prob = max(probabilities);
2404
2405                        set<int> indices;
2406                        for(int i = 0;i<n;i++)
2407                        {
2408                                double randn = randu();
2409
2410                                if(probabilities.get(i)<randn*max_prob)
2411                                {
2412                                        indices.insert(i);
2413                                }
2414                        }
2415
2416                        for(set<int>::reverse_iterator ind_ref = indices.rbegin();ind_ref!=indices.rend();ind_ref++)
2417                        {
2418                                samples.del_col(*ind_ref);                             
2419                        }
2420
2421                        return pair<vec,mat>(ones(samples.cols()),samples);
2422                }
2423                else
2424                {       
2425                        return pair<vec,mat>(probabilities,samples);
2426                }
2427        }
2428
2429        int logfact(int factor)
2430        {
2431                if(factor>1)
2432                {
2433                        return log((double)factor)+logfact(factor-1);
2434                }
2435                else
2436                {
2437                        return 0;
2438                }
2439        }
2440protected:
2441
2442        /// A method for creating plain default statistic representing only the range of the parameter space.
2443    void create_statistic(int number_of_parameters, double alpha_deviation, double sigma_deviation)
2444        {
2445                /*
2446                for(int i = 0;i<number_of_parameters;i++)
2447                {
2448                        vec condition_vec = zeros(number_of_parameters+1);
2449                        condition_vec[i+1]  = 1;
2450
2451                        condition* new_condition = new condition(condition_vec);
2452                       
2453                        conditions.push_back(new_condition);
2454                }
2455                */
2456
2457                // An empty vector of coordinates.
2458                vec origin_coord;       
2459
2460                // We create an origin - this point will have all the coordinates zero, but now it has an empty vector of coords.
2461                vertex *origin = new vertex(origin_coord);
2462
2463                origin->my_emlig = this;
2464               
2465                /*
2466                // As a statistic, we have to create a vector of vectors of polyhedron pointers. It will then represent the Hasse
2467                // diagram. First we create a vector of polyhedrons..
2468                list<polyhedron*> origin_vec;
2469
2470                // ..we fill it with the origin..
2471                origin_vec.push_back(origin);
2472
2473                // ..and we fill the statistic with the created vector.
2474                statistic.push_back(origin_vec);
2475                */
2476
2477                statistic = *(new c_statistic());               
2478               
2479                statistic.append_polyhedron(0, origin);
2480
2481                // Now we have a statistic for a zero dimensional space. Regarding to how many dimensional space we need to
2482                // describe, we have to widen the descriptional default statistic. We use an iterative procedure as follows:
2483                for(int i=0;i<number_of_parameters;i++)
2484                {
2485                        // We first will create two new vertices. These will be the borders of the parameter space in the dimension
2486                        // of newly added parameter. Therefore they will have all coordinates except the last one zero. We get the
2487                        // right amount of zero cooridnates by reading them from the origin
2488                        vec origin_coord = origin->get_coordinates();   
2489
2490                       
2491
2492                        // And we incorporate the nonzero coordinates into the new cooordinate vectors
2493                        vec origin_coord1 = concat(origin_coord,-max_range); 
2494                        vec origin_coord2 = concat(origin_coord,max_range);                             
2495                                       
2496
2497                        // Now we create the points
2498                        vertex* new_point1 = new vertex(origin_coord1);
2499                        vertex* new_point2 = new vertex(origin_coord2);
2500
2501                        new_point1->my_emlig = this;
2502                        new_point2->my_emlig = this;
2503                       
2504                        //*********************************************************************************************************
2505                        // The algorithm for recursive build of a new Hasse diagram representing the space structure from the old
2506                        // diagram works so that you create two copies of the old Hasse diagram, you shift them up one level (points
2507                        // will be segments, segments will be areas etc.) and you connect each one of the original copied polyhedrons
2508                        // with its offspring by a parent-child relation. Also each of the segments in the first (second) copy is
2509                        // connected to the first (second) newly created vertex by a parent-child relation.
2510                        //*********************************************************************************************************
2511
2512
2513                        /*
2514                        // Create the vectors of vectors of pointers to polyhedrons to hold the copies of the old Hasse diagram
2515                        vector<vector<polyhedron*>> new_statistic1;
2516                        vector<vector<polyhedron*>> new_statistic2;
2517                        */
2518
2519                        c_statistic* new_statistic1 = new c_statistic();
2520                        c_statistic* new_statistic2 = new c_statistic();
2521
2522                       
2523                        // Copy the statistic by rows                   
2524                        for(int j=0;j<statistic.size();j++)
2525                        {
2526                               
2527
2528                                // an element counter
2529                                int element_number = 0;
2530
2531                                /*
2532                                vector<polyhedron*> supportnew_1;
2533                                vector<polyhedron*> supportnew_2;
2534
2535                                new_statistic1.push_back(supportnew_1);
2536                                new_statistic2.push_back(supportnew_2);
2537                                */
2538
2539                                // for each polyhedron in the given row
2540                                for(polyhedron* horiz_ref = statistic.rows[j];horiz_ref!=statistic.get_end();horiz_ref=horiz_ref->next_poly)
2541                                {       
2542                                        // Append an extra zero coordinate to each of the vertices for the new dimension
2543                                        // If vert_ref is at the first index => we loop through vertices
2544                                        if(j == 0)
2545                                        {
2546                                                // cast the polyhedron pointer to a vertex pointer and push a zero to its vector of coordinates
2547                                                ((vertex*) horiz_ref)->push_coordinate(0);
2548                                        }
2549                                        /*
2550                                        else
2551                                        {
2552                                                ((toprow*) (*horiz_ref))->condition.ins(0,0);
2553                                        }*/
2554
2555                                        // if it has parents
2556                                        if(!horiz_ref->parents.empty())
2557                                        {
2558                                                // save the relative address of this child in a vector kids_rel_addresses of all its parents.
2559                                                // This information will later be used for copying the whole Hasse diagram with each of the
2560                                                // relations contained within.
2561                                                for(list<polyhedron*>::iterator parent_ref = horiz_ref->parents.begin();parent_ref != horiz_ref->parents.end();parent_ref++)
2562                                                {
2563                                                        (*parent_ref)->kids_rel_addresses.push_back(element_number);                                                   
2564                                                }                                               
2565                                        }
2566
2567                                        // **************************************************************************************************
2568                                        // Here we begin creating a new polyhedron, which will be a copy of the old one. Each such polyhedron
2569                                        // will be created as a toprow, but this information will be later forgotten and only the polyhedrons
2570                                        // in the top row of the Hasse diagram will be considered toprow for later use.
2571                                        // **************************************************************************************************
2572
2573                                        // First we create vectors specifying a toprow condition. In the case of a preconstructed statistic
2574                                        // this condition will be a vector of zeros. There are two vectors, because we need two copies of
2575                                        // the original Hasse diagram.
2576                                        vec vec1;
2577                                        vec vec2;
2578                                        if(!horiz_ref->kids_rel_addresses.empty())
2579                                        {                                       
2580                                                vec1 = ((toprow*)horiz_ref)->condition_sum;
2581                                                vec1.ins(vec1.size(),-alpha_deviation);
2582
2583                                                vec2 = ((toprow*)horiz_ref)->condition_sum;
2584                                                vec2.ins(vec2.size(),alpha_deviation);
2585                                        }
2586                                        else
2587                                        {                                               
2588                                                vec1.ins(0,-alpha_deviation);
2589                                                vec2.ins(0,alpha_deviation);
2590
2591                                                vec1.ins(0,-sigma_deviation);
2592                                                vec2.ins(0,-sigma_deviation);
2593                                        }
2594                                       
2595                                        // cout << vec1 << endl;
2596                                        // cout << vec2 << endl;
2597
2598
2599                                        // We create a new toprow with the previously specified condition.
2600                                        toprow* current_copy1 = new toprow(vec1, this->condition_order);
2601                                        toprow* current_copy2 = new toprow(vec2, this->condition_order);
2602
2603                                        current_copy1->my_emlig = this;
2604                                        current_copy2->my_emlig = this;
2605
2606                                        // The vertices of the copies will be inherited, because there will be a parent/child relation
2607                                        // between each polyhedron and its offspring (comming from the copy) and a parent has all the
2608                                        // vertices of its child plus more.
2609                                        for(set<vertex*>::iterator vertex_ref = horiz_ref->vertices.begin();vertex_ref!=horiz_ref->vertices.end();vertex_ref++)
2610                                        {
2611                                                current_copy1->vertices.insert(*vertex_ref);
2612                                                current_copy2->vertices.insert(*vertex_ref);                                           
2613                                        }
2614                                       
2615                                        // The only new vertex of the offspring should be the newly created point.
2616                                        current_copy1->vertices.insert(new_point1);
2617                                        current_copy2->vertices.insert(new_point2);                                     
2618                                       
2619                                        // This method guarantees that each polyhedron is already triangulated, therefore its triangulation
2620                                        // is only one set of vertices and it is the set of all its vertices.
2621                                        simplex* t_simplex1 = new simplex(current_copy1->vertices);
2622                                        simplex* t_simplex2 = new simplex(current_copy2->vertices);                                     
2623                                       
2624                                        current_copy1->triangulation.insert(t_simplex1);
2625                                        current_copy2->triangulation.insert(t_simplex2);                                       
2626                                       
2627                                        // Now we have copied the polyhedron and we have to copy all of its relations. Because we are copying
2628                                        // in the Hasse diagram from bottom up, we always have to copy the parent/child relations to all the
2629                                        // kids and when we do that and know the child, in the child we will remember the parent we came from.
2630                                        // This way all the parents/children relations are saved in both the parent and the child.
2631                                        if(!horiz_ref->kids_rel_addresses.empty())
2632                                        {
2633                                                for(list<int>::iterator kid_ref = horiz_ref->kids_rel_addresses.begin();kid_ref!=horiz_ref->kids_rel_addresses.end();kid_ref++)
2634                                                {       
2635                                                        polyhedron* new_kid1 = new_statistic1->rows[j-1];
2636                                                        polyhedron* new_kid2 = new_statistic2->rows[j-1];
2637
2638                                                        // THIS IS NOT EFFECTIVE: It could be improved by having the list indexed for new_statistic, but
2639                                                        // not indexed for statistic. Hopefully this will not cause a big slowdown - happens only offline.
2640                                                        if(*kid_ref)
2641                                                        {
2642                                                                for(int k = 1;k<=(*kid_ref);k++)
2643                                                                {
2644                                                                        new_kid1=new_kid1->next_poly;
2645                                                                        new_kid2=new_kid2->next_poly;
2646                                                                }
2647                                                        }
2648                                                       
2649                                                        // find the child and save the relation to the parent
2650                                                        current_copy1->children.push_back(new_kid1);
2651                                                        current_copy2->children.push_back(new_kid2);
2652
2653                                                        // in the child save the parents' address
2654                                                        new_kid1->parents.push_back(current_copy1);
2655                                                        new_kid2->parents.push_back(current_copy2);
2656                                                }                                               
2657
2658                                                // Here we clear the parents kids_rel_addresses vector for later use (when we need to widen the
2659                                                // Hasse diagram again)
2660                                                horiz_ref->kids_rel_addresses.clear();
2661                                        }
2662                                        // If there were no children previously, we are copying a polyhedron that has been a vertex before.
2663                                        // In this case it is a segment now and it will have a relation to its mother (copywise) and to the
2664                                        // newly created point. Here we create the connection to the new point, again from both sides.
2665                                        else
2666                                        {
2667                                                // Add the address of the new point in the former vertex
2668                                                current_copy1->children.push_back(new_point1);
2669                                                current_copy2->children.push_back(new_point2);
2670
2671                                                // Add the address of the former vertex in the new point
2672                                                new_point1->parents.push_back(current_copy1);
2673                                                new_point2->parents.push_back(current_copy2);
2674                                        }
2675
2676                                        // Save the mother in its offspring
2677                                        current_copy1->children.push_back(horiz_ref);
2678                                        current_copy2->children.push_back(horiz_ref);
2679
2680                                        // Save the offspring in its mother
2681                                        horiz_ref->parents.push_back(current_copy1);
2682                                        horiz_ref->parents.push_back(current_copy2);   
2683                                                               
2684                                       
2685                                        // Add the copies into the relevant statistic. The statistic will later be appended to the previous
2686                                        // Hasse diagram
2687                                        new_statistic1->append_polyhedron(j,current_copy1);
2688                                        new_statistic2->append_polyhedron(j,current_copy2);
2689                                       
2690                                        // Raise the count in the vector of polyhedrons
2691                                        element_number++;                       
2692                                       
2693                                }
2694                               
2695                        }
2696
2697                        /*
2698                        statistic.begin()->push_back(new_point1);
2699                        statistic.begin()->push_back(new_point2);
2700                        */
2701
2702                        statistic.append_polyhedron(0, new_point1);
2703                        statistic.append_polyhedron(0, new_point2);
2704
2705                        // Merge the new statistics into the old one. This will either be the final statistic or we will
2706                        // reenter the widening loop.
2707                        for(int j=0;j<new_statistic1->size();j++)
2708                        {
2709                                /*
2710                                if(j+1==statistic.size())
2711                                {
2712                                        list<polyhedron*> support;
2713                                        statistic.push_back(support);
2714                                }
2715                               
2716                                (statistic.begin()+j+1)->insert((statistic.begin()+j+1)->end(),new_statistic1[j].begin(),new_statistic1[j].end());
2717                                (statistic.begin()+j+1)->insert((statistic.begin()+j+1)->end(),new_statistic2[j].begin(),new_statistic2[j].end());
2718                                */
2719                                statistic.append_polyhedron(j+1,new_statistic1->rows[j],new_statistic1->row_ends[j]);
2720                                statistic.append_polyhedron(j+1,new_statistic2->rows[j],new_statistic2->row_ends[j]);
2721                        }                       
2722                }
2723
2724                /*
2725                vector<list<toprow*>> toprow_statistic;
2726                int line_count = 0;
2727
2728                for(vector<list<polyhedron*>>::iterator polyhedron_ref = ++statistic.begin(); polyhedron_ref!=statistic.end();polyhedron_ref++)
2729                {
2730                        list<toprow*> support_list;
2731                        toprow_statistic.push_back(support_list);                                               
2732
2733                        for(list<polyhedron*>::iterator polyhedron_ref2 = polyhedron_ref->begin(); polyhedron_ref2 != polyhedron_ref->end(); polyhedron_ref2++)
2734                        {
2735                                toprow* support_top = (toprow*)(*polyhedron_ref2);
2736
2737                                toprow_statistic[line_count].push_back(support_top);
2738                        }
2739
2740                        line_count++;
2741                }*/
2742
2743                /*
2744                vector<int> sizevector;
2745                for(int s = 0;s<statistic.size();s++)
2746                {
2747                        sizevector.push_back(statistic.row_size(s));
2748                }
2749                */
2750               
2751        }
2752       
2753};
2754
2755
2756
2757//! Robust Bayesian AR model for Multicriteria-Laplace-Inverse-Gamma density
2758class RARX //: public BM
2759{
2760private:
2761        bool has_constant;
2762
2763        int window_size;       
2764
2765        list<vec> conditions;
2766
2767public:
2768        emlig* posterior;
2769
2770        RARX(int number_of_parameters, const int window_size, bool has_constant, double alpha_deviation, double sigma_deviation, int nu)//:BM()
2771        {
2772                this->has_constant = has_constant;
2773               
2774                posterior = new emlig(number_of_parameters,alpha_deviation,sigma_deviation,nu);
2775
2776                this->window_size = window_size;               
2777        };
2778       
2779        RARX(int number_of_parameters, const int window_size, bool has_constant)//:BM()
2780        {
2781                this->has_constant = has_constant;
2782               
2783                posterior = new emlig(number_of_parameters,1.0,1.0,number_of_parameters+3);
2784
2785                this->window_size = window_size;               
2786        };
2787
2788        ~RARX()
2789        {
2790                delete posterior;
2791        }
2792
2793        void bayes(itpp::vec yt)
2794        {
2795                bool informative = true;
2796                for(int i=1;i<yt.size();i++)
2797                {
2798                        if(yt.get(i)==0.0)
2799                        {
2800                                informative = false;
2801                        }
2802                }
2803
2804                if(informative)
2805                {
2806                        if(has_constant)
2807                        {
2808                                int c_size = yt.size();
2809                       
2810                                yt.ins(c_size,1.0);
2811                        }               
2812
2813                        if(yt.size() == posterior->number_of_parameters+1)
2814                        {
2815                                conditions.push_back(yt);               
2816                        }
2817                        else
2818                        {
2819                                throw new exception("Wrong condition size for bayesian data update!");
2820                        }
2821
2822                        //posterior->step_me(0);
2823               
2824                        cout << "*************************************" << endl << "Added condition:  " << yt << endl << "*************************************" << endl;
2825
2826                        /// \TODO tohle je spatne, tady musi byt jiny vypocet poctu podminek, kdyby nejaka byla multiplicitni, tak tohle bude spatne
2827                        if(conditions.size()>window_size && window_size!=0)
2828                        {
2829                                cout << "*************************************" << endl << "Removed condition:" << conditions.front() << endl << "*************************************" << endl;
2830                       
2831                                posterior->add_and_remove_condition(yt,conditions.front());
2832                                conditions.pop_front();
2833                                //posterior->step_me(1);
2834                        }
2835                        else
2836                        {
2837                                posterior->add_condition(yt);
2838                        }
2839                }                               
2840        }
2841
2842};
2843
2844
2845
2846#endif //TRAGE_H
Note: See TracBrowser for help on using the browser.