root/libKF.h @ 7

Revision 7, 3.1 kB (checked in by smidl, 16 years ago)

nefunkcni!!!

  • Property svn:eol-style set to native
Line 
1/*!
2  \file
3  \brief Bayesian Filtering for linear Gaussian models (Kalman Filter) and extensions
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 KF_H
14#define KF_H
15
16#include <itpp/itbase.h>
17#include "libBM.h"
18#include "libDC.h"
19
20
21using namespace itpp;
22
23/*!
24* \brief Basic Kalman filter with full matrices (education purpose only)!
25*/
26class KalmanFull : public BM { 
27        int dimx, dimy, dimu;
28        mat A, B, C, D, R, Q;
29       
30        //cache
31        mat _Pp, _Ry, _iRy, _K;
32public:
33        //posterior
34        //! Mean value of the posterior density
35        vec mu;
36        //! Variance of the posterior density
37        mat P;
38
39public:
40        //! Full constructor
41        KalmanFull ( mat A, mat B, mat C, mat D, mat R, mat Q, mat P0, vec mu0);
42        //! Here dt = [yt;ut] of appropriate dimensions
43        void bayes(const vec &dt, bool evalll=true); 
44
45        friend std::ostream &operator<< ( std::ostream &os, const KalmanFull &kf );
46
47};
48
49
50/*!
51* \brief Kalman filter with covaraince matrices in square root form.
52*/
53template<class sq_T>
54class Kalman : public BM { 
55        int dimx, dimy, dimu;
56        mat A, B, C, D;
57        sq_T R, Q;
58       
59        //cache
60        mat _K, _yp;
61        sq_T _Ry,_iRy;
62public:
63        //posterior
64        //! Mean value of the posterior density
65        vec mu;
66        //! Mean value of the posterior density
67        sq_T P;
68
69public:
70        //! Full constructor
71        Kalman ( mat A0, mat B0, mat C0, mat D0, sq_T R0, sq_T Q0, sq_T P0, vec mu0 );
72        //! Here dt = [yt;ut] of appropriate dimensions
73        void bayes(const vec &dt, bool evalll=true); 
74
75        friend std::ostream &operator<< ( std::ostream &os, const KalmanFull &kf );
76
77};
78
79//////// INstance
80
81template<class sq_T>
82Kalman<sq_T>::Kalman( mat A0, mat B0, mat C0, mat D0, sq_T R0, sq_T Q0, sq_T P0, vec mu0 ) {
83        dimx = A0.rows();
84        dimu = B0.cols();
85        dimy = C0.rows();
86
87        it_assert_debug( A0.cols()==dimx, "Kalman: A is not square" );
88        it_assert_debug( B0.rows()==dimx, "Kalman: B is not compatible" );
89        it_assert_debug( C0.cols()==dimx, "Kalman: C is not square" );
90        it_assert_debug(( D0.rows()==dimy ) || ( D0.cols()==dimu ),     "Kalman: D is not compatible" );
91        it_assert_debug(( R0.cols()==dimy ) || ( R0.rows()==dimy ), "Kalman: R is not compatible" );
92        it_assert_debug(( Q0.cols()==dimx ) || ( Q0.rows()==dimx ), "Kalman: Q is not compatible" );
93
94        A = A0;
95        B = B0;
96        C = C0;
97        D = D0;
98        R = R0;
99        Q = Q0;
100        mu = mu0;
101        P = P0;
102
103        ll = 0;
104//Fixme should we assign cache??
105}
106
107template<class sq_T>
108void Kalman<sq_T>::bayes( const vec &dt , bool evalll) {
109        it_assert_debug( dt.length()==( dimy+dimu ),"KalmanFull::bayes wrong size of dt" );
110
111        vec u = dt.get( dimy,dimy+dimu-1 );
112        vec y = dt.get( 0,dimy-1 );
113        //Time update
114        mu = A*mu + B*u;
115        //P  = A*P*A.transpose() + Q; in sq_T
116        P.mult_qform( A );
117        P+=Q;
118
119        //Data update
120        //_Ry = C*P*C.transpose() + R; in sq_T
121        _Ry.mult_qform( C );
122        _Ry+=R;
123
124        mat Pfull = P.to_mat();
125       
126        _Ry.inv( _iRy ); // result is in _iRy;
127        _K = Pfull*C.transpose()*(_iRy.to_mat());
128        P -= _K*C*Pfull; // P = P -KCP;
129        _yp = y-C*mu-D*u; //y prediction
130        mu += _K*( _yp );
131       
132        if (evalll==true) {
133        ll+= -0.5*_Ry.logdet() -0.5*_iRy.qform(_yp);
134        }
135};
136
137//extern template class Kalman<ldmat>;
138
139
140#endif // KF_H
141
Note: See TracBrowser for help on using the browser.