root/bdm/stat/libDS.h @ 357

Revision 357, 8.0 kB (checked in by mido, 15 years ago)

mnoho zmen:
1) presun FindXXX modulu do \system
2) zalozeni dokumentace \doc\local\library_structure.dox
3) presun obsahu \tests\UI primo do \tests
4) namisto \INSTALL zalozen \install.html, je to vhodnejsi pro uzivatele WINDOWS, a snad i obecne
5) snaha o predelani veskerych UI podle nove koncepce, soubory pmsm_ui.h, arx_ui.h, KF_ui.h, libDS_ui.h, libEF_ui.h a loggers_ui.h ponechavam
jen zdokumentacnich duvodu, nic by na nich jiz nemelo zaviset, a po zkontrolovani spravnosti provedenych uprav by mely byt smazany
6) predelani estimatoru tak, aby fungoval s novym UI konceptem
7) vytazeni tridy bdmroot do samostatneho souboru \bdm\bdmroot.h
8) pridana dokumentace pro zacleneni programu ASTYLE do Visual studia, ASTYLE pridan do instalacniho balicku pro Windows

  • Property svn:eol-style set to native
Line 
1/*!
2  \file
3  \brief Common DataSources.
4  \author Vaclav Smidl.
5
6  -----------------------------------
7  BDM++ - C++ library for Bayesian Decision Making under Uncertainty
8
9  Using IT++ for numerical operations
10  -----------------------------------
11*/
12
13#ifndef DS_H
14#define DS_H
15
16
17#include "libBM.h"
18#include "libEF.h"
19
20
21namespace bdm {
22/*!
23* \brief Memory storage of off-line data column-wise
24
25The data are stored in an internal matrix \c Data . Each column of Data corresponds to one discrete time observation \f$t\f$. Access to this matrix is via indices \c rowid and \c delays.
26
27The data can be loaded from a file.
28*/
29class MemDS : public DS {
30        protected:
31        //! internal matrix of data
32        mat Data;
33        //! active column in the Data matrix
34        int time;
35        //!  vector of rows that are presented in Dt
36        ivec rowid;
37        //! vector of delays that are presented in Dt
38        ivec delays;
39
40public:
41        void getdata ( vec &dt );
42        void getdata ( vec &dt, const ivec &indeces );
43        void set_rvs ( RV &drv, RV &urv );
44        void write ( vec &ut ) {it_error ( "MemDS::write is not supported" );}
45        void write ( vec &ut,ivec &indices ) {it_error ( "MemDS::write is not supported" );}
46        void step();
47        //!Default constructor
48        MemDS () {};
49        MemDS ( mat &Dat, ivec &rowid0, ivec &delays0 );
50};
51
52/*! Pseudovirtual class for reading data from files
53
54*/
55class FileDS: public MemDS {
56
57public:
58        void getdata ( vec &dt ) {
59                it_assert_debug ( dt.length() ==Data.rows(),"" );
60                dt = Data.get_col(time);
61        };
62        void getdata ( vec &dt, const ivec &indeces ){
63                it_assert_debug ( dt.length() ==indeces.length(),"" );
64                vec tmp(indeces.length());
65                tmp = Data.get_col(time);
66                dt = tmp(indeces);
67        };
68        //! returns number of data in the file;
69        int ndat(){return Data.cols();}
70        //! no sense to log this type
71        void log_add ( logger &L ) {};
72        //! no sense to log this type
73        void logit ( logger &L ) {};
74};
75
76/*!
77* \brief Read Data Matrix from an IT file
78
79The constructor creates an internal matrix \c Data from an IT++ file. The file is binary and can be made using the IT++ library or the Matlab/Octave function itsave. NB: the data are stored columnwise, i.e. each column contains the data for time \f$t\f$!
80
81*/
82class ITppFileDS: public FileDS {
83
84public:
85        ITppFileDS ( const string &fname, const string &varname ) :FileDS() {
86                it_file it ( fname );
87                it << Name ( varname ); 
88                it >> Data;
89                time = 0;
90                //rowid and delays are ignored
91        };
92
93        ITppFileDS () :FileDS() {
94        };
95
96        void from_setting( const Setting &root );
97
98        // TODO dodelat void to_setting( Setting &root ) const;
99
100};
101
102UIREGISTER(ITppFileDS);
103
104/*!
105* \brief CSV file data storage
106The constructor creates \c Data matrix from the records in a CSV file \c fname. The orientation can be of two types:
1071. \c BY_COL which is default - the data are stored in columns; one column per time \f$t\f$, one row per data item.
1082. \c BY_ROW if the data are stored the classical CSV style. Then each column stores the values for data item, for ex. \f$[y_{t} y_{t-1} ...]\f$, one row for each discrete time instant.
109
110*/
111class CsvFileDS: public FileDS {
112
113public:
114        //! Constructor - create DS from a CSV file.
115        CsvFileDS ( const string& fname, const string& orientation = "BY_COL" );
116};
117
118
119
120/*!
121\brief Generator of ARX data
122
123*/
124class ArxDS : public DS {
125protected:
126        //! Rv of the regressor
127        RV Rrv;
128        //! History, ordered as \f$[y_t, u_t, y_{t-1 }, u_{t-1}, \ldots]\f$
129        vec H;
130        //! (future) input
131        vec U;
132        //! temporary variable for regressor
133        vec rgr;
134        //! data link: H -> rgr
135        datalink rgrlnk;
136        //! model of Y - linear Gaussian
137        mlnorm<chmat> model;
138        //! options
139        bool opt_L_theta;
140        //! loggers
141        int L_theta;
142        int L_R;
143        int dt_size;
144public:
145        void getdata ( vec &dt ) {
146                //it_assert_debug ( dt.length() ==Drv.count(),"ArxDS" );
147                dt=H;
148        };
149        void getdata ( vec &dt, const ivec &indices ) {
150                it_assert_debug ( dt.length() ==indices.length(),"ArxDS" );
151                dt=H ( indices );
152        };
153        void write ( vec &ut ) {
154                //it_assert_debug ( ut.length() ==Urv.count(),"ArxDS" );
155                U=ut;
156        };
157        void write ( vec &ut, const ivec &indices ) {
158                it_assert_debug ( ut.length() ==indices.length(),"ArxDS" );
159                set_subvector ( U, indices,ut );
160        };
161        void step();
162        //!Default constructor
163        ArxDS ( ) {};
164        //! Set parameters of the internal model, H is maximum time delay
165        void set_parameters ( const mat &Th0, const vec mu0, const chmat &sqR0 )
166        { model.set_parameters ( Th0, mu0, sqR0 );};
167        //! Set
168        void set_drv ( RV &yrv, RV &urv, RV &rrv ) {
169                Rrv = rrv;
170                Urv = urv;
171                dt_size = yrv._dsize() +urv._dsize();
172
173                RV drv = concat ( yrv,urv );
174                Drv = drv;
175                int td = rrv.mint();
176                H.set_size ( drv._dsize() * ( -td+1 ) );
177                U.set_size ( Urv._dsize() );
178                for ( int i=-1;i>=td;i-- ) {
179                        drv.t ( -1 );
180                        Drv.add ( drv ); //shift u1
181                }
182                rgrlnk.set_connection ( rrv,Drv );
183
184                dtsize = Drv._dsize();
185                utsize = Urv._dsize();
186        }
187        //! set options from a string
188        void set_options ( const string &s ) {
189                opt_L_theta= ( s.find ( "L_theta" ) !=string::npos );
190        };
191        virtual void log_add ( logger &L ) {
192                //DS::log_add ( L ); too long!!
193                L_dt=L.add ( Drv ( 0,dt_size ),"" );
194                L_ut=L.add ( Urv,"" );
195
196                mat &A =model._A();
197                mat R =model._R();
198                if ( opt_L_theta ) {L_theta=L.add ( RV ( "{th }", vec_1 ( A.rows() *A.cols() ) ),"t" );}
199                if ( opt_L_theta ) {L_R=L.add ( RV ( "{R }", vec_1 ( R.rows() *R.cols() ) ),"r" );}
200        }
201        virtual void logit ( logger &L ) {
202                //DS::logit ( L );
203                L.logit ( L_dt, H.left ( dt_size ) );
204                L.logit ( L_ut, U );
205
206                mat &A =model._A();
207                mat R =model._R();
208                if ( opt_L_theta ) {L.logit ( L_theta,vec ( A._data(), A.rows() *A.cols() ) );};
209                if ( opt_L_theta ) {L.logit ( L_R, vec ( R._data(), R.rows() *R.rows() ) );};
210        }
211
212        // TODO dokumentace - aktualizovat
213        /*! UI for ArxDS using factorized description!
214
215        The ArxDS is constructed from a structure with fields:
216        \code
217        system = {
218                type = "ArxDS";
219                // description of y variables
220                y = {type="rv"; names=["y", "u"];};
221                // description of u variable
222                u = {type="rv"; names=[];}
223                // description of regressor
224                rgr = {type="rv";
225                        names = ["y","y","y","u"];
226                        times = [-1, -2, -3, -1];
227                }
228
229                // theta
230                theta = [0.8, -0.3, 0.4, 1.0,
231                                 0.0, 0.0, 0.0, 0.0];
232                // offset (optional)
233                offset = [0.0, 0.0];
234                //variance
235                r = [0.1, 0.0,
236                         0.0, 1.0];
237                //options: L_theta = log value of theta,
238                opt = "L_theta";
239        };
240        \endcode
241
242        Result is ARX data source offering with full history as Drv.
243        */
244        void from_setting( const Setting &root );
245
246        // TODO dodelat void to_setting( Setting &root ) const;
247};
248
249UIREGISTER( ArxDS );
250
251class stateDS : public DS {
252protected:
253        //!conditional pdf of the state evolution \f$ f(x_t|x_{t-1}) \f$
254        mpdf* IM;
255        //!conditional pdf of the observations \f$ f(d_t|x_t) \f$
256        mpdf* OM;
257        //! result storage
258        vec dt;
259        //! state storage
260        vec xt;
261        //! input storage
262        vec ut;
263        //! Logger
264        int L_xt;
265public:
266        void getdata ( vec &dt0 ) {dt0=dt;}
267        void getdata ( vec &dt0, const ivec &indeces ) {dt0=dt ( indeces );}
268
269        stateDS ( mpdf* IM0, mpdf* OM0, int usize ) :DS ( ),IM ( IM0 ),OM ( OM0 ),
270                        dt ( OM0->dimension() ), xt ( IM0->dimension() ), ut ( usize ) {}
271
272        stateDS(){}
273
274        ~stateDS() {delete IM; delete OM;}
275        virtual void step() {
276                xt=IM->samplecond ( concat ( xt,ut ) );
277                dt=OM->samplecond ( concat ( xt,ut ) );
278        };
279
280        virtual void log_add ( logger &L ) {
281                DS::log_add ( L );
282                L_xt=L.add ( IM->_rv(),"true" );
283        }
284        virtual void logit ( logger &L ) {
285                DS::logit ( L );
286                L.logit ( L_xt,xt );
287        }
288
289        /*! UI for stateDS
290
291        The DS is constructed from a structure with fields:
292        \code
293        system = {
294                type = "stateDS";
295                //Internal model
296                IM = { type = "mpdf"; //<-- valid offspring! e.g. "mlnorm"
297                        rv = { //description of x_t
298                                names=["name1",...];
299                                sizes=[2,1]; // optional default=[1,1...];
300                                times=[0,0]; // optional default=[0,0...];
301                                }
302                        rvu= { //description of  u_t
303                                //optional default=empty
304                                }       
305
306                        // remaining fields depending on the chosen type
307                        };
308                //Observation model
309                OM = { type = "mpdf-offspring";
310                        rv = {}; //description of d_t
311                        rvu = {type="internal", path="system.IM.rvu"}; //description of u_t
312               
313                        //remaining fields
314                }
315        };
316        \endcode
317        */
318        void from_setting( const Setting &root );
319
320        // TODO dodelat void to_setting( Setting &root ) const;
321
322};
323
324UIREGISTER(stateDS);
325
326}; //namespace
327
328#endif // DS_H
Note: See TracBrowser for help on using the browser.