root/library/bdm/estim/arx.h @ 631

Revision 631, 4.9 kB (checked in by smidl, 15 years ago)

doc estimation + ARX corrections

  • Property svn:eol-style set to native
RevLine 
[97]1/*!
2  \file
3  \brief Bayesian Filtering for generalized autoregressive (ARX) model
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 AR_H
14#define AR_H
15
[384]16#include "../math/functions.h"
17#include "../stat/exp_family.h"
18#include "../base/user_info.h"
[585]19//#include "../estim/kalman.h"
20#include "arx_straux.h"
[97]21
[270]22namespace bdm {
[97]23
24/*!
25* \brief Linear Autoregressive model with Gaussian noise
26
27Regression of the following kind:
28\f[
29y_t = \theta_1 \psi_1 + \theta_2 + \psi_2 +\ldots + \theta_n \psi_n + r e_t
30\f]
31where unknown parameters \c rv are \f$[\theta r]\f$, regression vector \f$\psi=\psi(y_{1:t},u_{1:t})\f$ is a known function of past outputs and exogeneous variables \f$u_t\f$. Distrubances \f$e_t\f$ are supposed to be normally distributed:
32\f[
33e_t \sim \mathcal{N}(0,1).
34\f]
35
[271]36See \ref tut_arx for mathematical treatment.
37
38The easiest way how to use the class is:
39\include arx_simple.cpp
40
[384]41        \todo sort out constant terms - bayes should accept vec without additional 1s
[97]42*/
[170]43class ARX: public BMEF {
[97]44protected:
[270]45        //!size of output variable (needed in regressors)
46        int dimx;
47        //!description of modelled data \f$ y_t \f$ in the likelihood function
48        //! Do NOT access directly, only via \c get_yrv().
49        RV _yrv;
[625]50        //! rv of regressor
51        RV rgrrv;
[97]52        //! Posterior estimate of \f$\theta,r\f$ in the form of Normal-inverse Wishart density
53        egiw est;
54        //! cached value of est.V
55        ldmat &V;
56        //! cached value of est.nu
57        double ν
[625]58        //! switch if constant is modelled or not
59        bool have_constant;
60        //! cached value of data vector for have_constant =true
61        vec _dt;
[97]62public:
[270]63        //! \name Constructors
64        //!@{
[477]65        ARX ( const double frg0 = 1.0 ) : BMEF ( frg0 ), est (), V ( est._V() ), nu ( est._nu() ) {};
66        ARX ( const ARX &A0 ) : BMEF (), est (), V ( est._V() ), nu ( est._nu() ) {
67                set_statistics ( A0.dimx, A0.V, A0.nu );
68                set_parameters ( A0.frg );
[286]69        };
[283]70        ARX* _copy_() const;
[477]71        void set_parameters ( double frg0 ) {
72                frg = frg0;
73        }
74        void set_statistics ( int dimx0, const ldmat V0, double nu0 = -1.0 ) {
75                est.set_parameters ( dimx0, V0, nu0 );
76                last_lognc = est.lognc();
77                dimx = dimx0;
78        }
[270]79        //!@}
[170]80
[145]81        //! Set sufficient statistics
[170]82        void set_statistics ( const BMEF* BM0 );
[625]83
[270]84        //!\name Mathematical operations
85        //!@{
86
87        //! Weighted Bayes \f$ dt = [y_t psi_t] \f$.
[170]88        void bayes ( const vec &dt, const double w );
[477]89        void bayes ( const vec &dt ) {
90                bayes ( dt, 1.0 );
91        };
[170]92        double logpred ( const vec &dt ) const;
[270]93        void flatten ( const BMEF* B ) {
[477]94                const ARX* A = dynamic_cast<const ARX*> ( B );
[170]95                // nu should be equal to B.nu
[477]96                est.pow ( A->nu / nu );
97                if ( evalll ) {
98                        last_lognc = est.lognc();
99                }
[170]100        }
[262]101        //! Conditioned version of the predictor
[270]102        enorm<ldmat>* epredictor ( const vec &rgr ) const;
103        //! Predictor for empty regressor
[286]104        enorm<ldmat>* epredictor() const {
[565]105                bdm_assert_debug ( dimx == V.rows() - 1, "Regressor is not only 1" );
[286]106                return epredictor ( vec_1 ( 1.0 ) );
107        }
[262]108        //! conditional version of the predictor
[270]109        mlnorm<ldmat>* predictor() const;
110        mlstudent* predictor_student() const;
[97]111        //! Brute force structure estimation.\return indeces of accepted regressors.
[170]112        ivec structure_est ( egiw Eg0 );
[577]113        //! Smarter structure estimation by Ludvik Tesar.\return indeces of accepted regressors.
114        ivec structure_est_LT ( egiw Eg0 );
[270]115        //!@}
116
117        //!\name Access attributes
118        //!@{
[477]119        const egiw& posterior() const {
120                return est;
121        }
[270]122        //!@}
123
124        //!\name Connection
125        //!@{
[625]126        void set_rv ( const RV &yrv0 , const RV &rgrrv0 ) {
127                _yrv = yrv0;
128                rgrrv=rgrrv0;
129                set_drv(concat(yrv0, rgrrv));
[477]130        }
[565]131
[270]132        RV& get_yrv() {
133                //if yrv is not ready create it
[477]134                if ( _yrv._dsize() != dimx ) {
135                        int i = 0;
136                        while ( _yrv._dsize() < dimx ) {
137                                _yrv.add ( drv ( vec_1 ( i ) ) );
138                                i++;
139                        }
[270]140                }
141                //yrv should be ready by now
[565]142                bdm_assert_debug ( _yrv._dsize() == dimx, "incompatible drv" );
[270]143                return _yrv;
144        }
145        //!@}
[357]146
147        /*! UI for ARX estimator
148
149        \code
[625]150        class = 'ARX';
151        rv    = RV({names_of_dt} )                 // description of output variables
152        rgr   = RV({names_of_regressors}, [-1,-2]} // description of regressor variables
[631]153        constant = 1;                              // 0/1 switch if the constant term is modelled or not
[357]154
[625]155        --- optional ---
156        V0  = [1 0;0 1];                           // Initial value of information matrix V
157          --- OR ---
158        dV0 = [1e-3, 1e-5, 1e-5, 1e-5];            // Initial value of diagonal of information matrix V
159                                                                                           // default: 1e-3 for rv, 1e-5 for rgr
160        nu0 = 6;                                                   // initial value of nu, default: rgrlen + 2
161        frg = 1.0;                                 // forgetting, default frg=1.0
162
163        rv_param   = RV({names_of_parameters}}     // description of parametetr names
164                                                                                           // default: ["theta_i" and "r_i"]
[357]165        \endcode
166        */
[477]167        void from_setting ( const Setting &set );
[357]168
[625]169        void validate() {
170                bdm_assert(dimx == _yrv._dsize(), "RVs of parameters and regressor do not match");
171               
172        }
[97]173};
174
[477]175UIREGISTER ( ARX );
[529]176SHAREDPTR ( ARX );
[357]177
[254]178}
[97]179
180#endif // AR_H
181
Note: See TracBrowser for help on using the browser.