| 1 | /*! | 
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| 2 |  * \file | 
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| 3 |  * \brief Matrices in decomposed forms (LDL', LU, UDU', etc). | 
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| 4 |  * \author Vaclav Smidl. | 
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| 5 |  * | 
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| 6 |  * ----------------------------------- | 
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| 7 |  * BDM++ - C++ library for Bayesian Decision Making under Uncertainty | 
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| 8 |  * | 
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| 9 |  * Using IT++ for numerical operations | 
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| 10 |  * ----------------------------------- | 
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| 11 |  */ | 
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| 12 |  | 
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| 13 | #ifndef DC_H | 
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| 14 | #define DC_H | 
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| 15 |  | 
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| 16 | #include <itpp/itbase.h> | 
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| 17 |  | 
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| 18 | using namespace itpp; | 
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| 19 |  | 
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| 20 | /*! \brief Virtual class for representation of double symmetric matrices in square-root form. | 
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| 21 |  | 
|---|
| 22 | All operations defined on this class should be optimized for the chosed decomposition. | 
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| 23 | */ | 
|---|
| 24 | class sqmat { | 
|---|
| 25 | public: | 
|---|
| 26 |         /*! | 
|---|
| 27 |          * Perfroms a rank-1 update by outer product of vectors: $V = V + w v v'$. | 
|---|
| 28 |          * @param  v Vector forming the outer product to be added | 
|---|
| 29 |          * @param  w weight of updating; can be negative | 
|---|
| 30 |  | 
|---|
| 31 |          BLAS-2b operation. | 
|---|
| 32 |          */ | 
|---|
| 33 |         virtual void opupdt( const vec &v, double w ) =0; | 
|---|
| 34 |  | 
|---|
| 35 |         /*! \brief Conversion to full matrix. | 
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| 36 |         */ | 
|---|
| 37 |  | 
|---|
| 38 |         virtual mat to_mat() =0; | 
|---|
| 39 |  | 
|---|
| 40 |         /*! \brief Inplace symmetric multiplication by a SQUARE matrix $C$, i.e. $V = C*V*C'$ | 
|---|
| 41 |         @param C multiplying matrix, | 
|---|
| 42 |         @param trans if true, product $V = C'*V*C$ will be computed instead; | 
|---|
| 43 |         */ | 
|---|
| 44 |         virtual void mult_sym( const mat &C, bool trans=true ) =0; | 
|---|
| 45 |  | 
|---|
| 46 |          | 
|---|
| 47 |         /*! | 
|---|
| 48 |         \brief Logarithm of a determinant. | 
|---|
| 49 |          | 
|---|
| 50 |         */ | 
|---|
| 51 |         virtual double logdet() =0; | 
|---|
| 52 |  | 
|---|
| 53 |         /*! | 
|---|
| 54 |         \brief Evaluates quadratic form $x= v'*V*v$; | 
|---|
| 55 |          | 
|---|
| 56 |         */ | 
|---|
| 57 |         virtual double qform(vec &v) =0; | 
|---|
| 58 |  | 
|---|
| 59 | //      //! easy version of the  | 
|---|
| 60 | //      sqmat inv(); | 
|---|
| 61 |  | 
|---|
| 62 |         friend std::ostream &operator<< ( std::ostream &os, sqmat &sq ); | 
|---|
| 63 |  | 
|---|
| 64 |         //! Clearing matrix so that it corresponds to zeros. | 
|---|
| 65 |         virtual void clear() =0; | 
|---|
| 66 |          | 
|---|
| 67 |         //! Reimplementing common functions of mat: cols(). | 
|---|
| 68 |         virtual int cols() =0; | 
|---|
| 69 |  | 
|---|
| 70 |         //! Reimplementing common functions of mat: cols(). | 
|---|
| 71 |         virtual int rows() =0; | 
|---|
| 72 |  | 
|---|
| 73 | }; | 
|---|
| 74 |  | 
|---|
| 75 |  | 
|---|
| 76 | /*! \brief Fake sqmat. This class maps sqmat operations to operations on full matrix. | 
|---|
| 77 |  | 
|---|
| 78 | This class can be used to compare performance of algorithms using decomposed matrices with perormance of the same algorithms using full matrices; | 
|---|
| 79 | */ | 
|---|
| 80 | class fsqmat: sqmat { | 
|---|
| 81 |         void opupdt( const vec &v, double w ); | 
|---|
| 82 |         mat to_mat(); | 
|---|
| 83 |         void mult_sym( const mat &C, bool trans=false ); | 
|---|
| 84 |    void mult_sym( const mat &C, fsqmat &U, bool trans=false ); | 
|---|
| 85 |         void inv(fsqmat &Inv); | 
|---|
| 86 |         void clear(); | 
|---|
| 87 |          | 
|---|
| 88 |         //! Constructor | 
|---|
| 89 |         fsqmat(const mat &M); | 
|---|
| 90 |          | 
|---|
| 91 |         /*! \brief Matrix inversion preserving the chosen form. | 
|---|
| 92 |  | 
|---|
| 93 |         @param Inv a space where the inverse is stored. | 
|---|
| 94 |          | 
|---|
| 95 |         */ | 
|---|
| 96 |         virtual void inv(fsqmat* Inv); | 
|---|
| 97 | }; | 
|---|
| 98 |  | 
|---|
| 99 | class ldmat: sqmat { | 
|---|
| 100 | public: | 
|---|
| 101 |  | 
|---|
| 102 |         //! Construct by copy of L and D. | 
|---|
| 103 |         ldmat( const mat &L, const vec &D ); | 
|---|
| 104 |         //! Construct by decomposition of full matrix V. | 
|---|
| 105 |         ldmat( mat V ); | 
|---|
| 106 |         ldmat (); | 
|---|
| 107 |  | 
|---|
| 108 |         // Reimplementation of compulsory operatios | 
|---|
| 109 |  | 
|---|
| 110 |         void opupdt( const vec &v, double w ); | 
|---|
| 111 |         mat to_mat(); | 
|---|
| 112 |    void mult_sym( const mat &C, bool trans=false ); | 
|---|
| 113 |         void add ( const ldmat &ld2, double w=1.0 ); | 
|---|
| 114 |         double logdet(); | 
|---|
| 115 |         double qform(vec &v); | 
|---|
| 116 | //      sqmat& operator -= ( const sqmat & ld2 ); | 
|---|
| 117 |         void clear(); | 
|---|
| 118 |         int cols(); | 
|---|
| 119 |         int rows(); | 
|---|
| 120 |  | 
|---|
| 121 |         /*! \brief Matrix inversion preserving the chosen form. | 
|---|
| 122 |  | 
|---|
| 123 |         @param Inv a space where the inverse is stored. | 
|---|
| 124 |          | 
|---|
| 125 |         */ | 
|---|
| 126 |         virtual void inv(ldmat &Inv); | 
|---|
| 127 |          | 
|---|
| 128 |         /*! \brief Symmetric multiplication of $U$ by a general matrix $C$, result of which is stored in the current class. | 
|---|
| 129 |  | 
|---|
| 130 |         @param Inv a space where the inverse is stored. | 
|---|
| 131 |          | 
|---|
| 132 |         */ | 
|---|
| 133 |    void mult_sym( const mat &C, ldmat &U, bool trans=false ); | 
|---|
| 134 |  | 
|---|
| 135 |         ldmat& operator += (const ldmat &ldA); | 
|---|
| 136 |         ldmat& operator -= (const ldmat &ldA); | 
|---|
| 137 |         ldmat& operator *= (double x); | 
|---|
| 138 |          | 
|---|
| 139 | protected: | 
|---|
| 140 |         vec D; | 
|---|
| 141 |         mat L; | 
|---|
| 142 |  | 
|---|
| 143 | }; | 
|---|
| 144 |  | 
|---|
| 145 | //////// Operations: | 
|---|
| 146 |  | 
|---|
| 147 | inline ldmat& ldmat::operator += (const ldmat &ldA)  {this->add(ldA);return *this;} | 
|---|
| 148 | inline ldmat& ldmat::operator -= (const ldmat &ldA)  {this->add(ldA,-1.0);return *this;} | 
|---|
| 149 | inline int ldmat::cols(){return L.cols();} | 
|---|
| 150 | inline int ldmat::rows(){return L.rows();} | 
|---|
| 151 |  | 
|---|
| 152 | #endif // DC_H | 
|---|