root/library/bdm/estim/arx.h @ 679

Revision 679, 5.2 kB (checked in by smidl, 15 years ago)

Major changes in BM -- OK is only test suite and tests/tutorial -- the rest is broken!!!

  • Property svn:eol-style set to native
Line 
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
16#include "../math/functions.h"
17#include "../stat/exp_family.h"
18#include "../base/user_info.h"
19//#include "../estim/kalman.h"
20#include "arx_straux.h"
21
22namespace bdm {
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
36See \ref tut_arx for mathematical treatment.
37
38The easiest way how to use the class is:
39\include arx_simple.cpp
40
41        \todo sort out constant terms - bayes should accept vec without additional 1s
42*/
43class ARX: public BMEF {
44protected:
45        //! switch if constant is modelled or not
46        bool have_constant;
47        //! vector of dyadic update
48        vec dyad;
49        //! posterior density
50        egiw est;
51        //! Alternative estimate of parameters, used in stabilized forgetting, see [Kulhavy]
52        egiw alter_est;
53public:
54        //! \name Constructors
55        //!@{
56        ARX ( const double frg0 = 1.0 ) : BMEF ( frg0 ),  have_constant(true), dyad(), est() {};
57        ARX ( const ARX &A0 ) : BMEF (A0.frg),  have_constant(A0.have_constant), dyad(A0.dyad),est(est) { };
58        ARX* _copy_() const;
59        void set_parameters ( double frg0 ) {
60                frg = frg0;
61        }
62        void set_constant ( bool const0 ) {
63                have_constant=const0;
64        }
65        void set_statistics ( int dimy0, const ldmat V0, double nu0 = -1.0 ) {
66                est.set_parameters ( dimy0, V0, nu0 );
67                last_lognc = est.lognc();
68                dimy = dimy0;
69        }
70        //!@}
71
72        //! Set sufficient statistics
73        void set_statistics ( const BMEF* BM0 );
74
75        //!\name Mathematical operations
76        //!@{
77
78        //! Weighted Bayes \f$ dt = [y_t psi_t] \f$.
79        void bayes_weighted ( const vec &yt, const vec &cond=empty_vec, const double w=1.0 );
80        void bayes( const vec &yt, const vec &cond=empty_vec ) {
81                bayes_weighted ( yt,cond, 1.0 );
82        };
83        double logpred ( const vec &yt ) const;
84        void flatten ( const BMEF* B ) {
85                const ARX* A = dynamic_cast<const ARX*> ( B );
86                // nu should be equal to B.nu
87                est.pow ( A->posterior()._nu() / posterior()._nu() );
88                if ( evalll ) {
89                        last_lognc = est.lognc();
90                }
91        }
92        //! Conditioned version of the predictor
93        enorm<ldmat>* epredictor ( const vec &rgr ) const;
94        //! Predictor for empty regressor
95        enorm<ldmat>* epredictor() const {
96                bdm_assert_debug ( dimy == posterior()._V().rows() - 1, "Regressor is not only 1" );
97                return epredictor ( vec_1 ( 1.0 ) );
98        }
99        //! conditional version of the predictor
100        mlnorm<ldmat>* predictor() const;
101        mlstudent* predictor_student() const;
102        //! Brute force structure estimation.\return indeces of accepted regressors.
103        ivec structure_est ( egiw Eg0 );
104        //! Smarter structure estimation by Ludvik Tesar.\return indeces of accepted regressors.
105        ivec structure_est_LT ( egiw Eg0 );
106        //!@}
107
108        //!\name Access attributes
109        //!@{
110                //! return correctly typed posterior (covariant return)
111                const egiw& posterior() const {
112                return est;
113        }
114        //!@}
115
116        /*! UI for ARX estimator
117
118        \code
119        class = 'ARX';
120        rv    = RV({names_of_dt} )                 // description of output variables
121        rgr   = RV({names_of_regressors}, [-1,-2]} // description of regressor variables
122        constant = 1;                              // 0/1 switch if the constant term is modelled or not
123
124        --- optional ---
125        prior = {class='egiw',...};                // Prior density, when given default is used instead
126        alternative = {class='egiw',...};          // Alternative density in stabilized estimation, when not given prior is used
127       
128        frg = 1.0;                                 // forgetting, default frg=1.0
129
130        rv_param   = RV({names_of_parameters}}     // description of parametetr names
131                                                                                           // default: ["theta_i" and "r_i"]
132        \endcode
133        */
134        void from_setting ( const Setting &set );
135
136        void validate() {
137                //if dimc not set set it from V
138                if (dimc==0){
139                        dimc = posterior()._V().rows()-dimy-int(have_constant==true);
140                }
141                       
142                if (have_constant) {
143                        dyad = ones(dimy+dimc+1);
144                } else { 
145                        dyad = zeros(dimy+dimc);
146                }
147                       
148        }
149        //! function sets prior and alternative density
150        void set_prior(const RV &drv, egiw &prior){
151                //TODO check ranges in RV and build prior
152        };
153        //! build default prior and alternative when all values are set
154        void set_prior_default(egiw &prior){
155                //assume
156                vec dV0(prior._V().rows());
157                dV0.set_subvector(0,prior._dimx()-1, 1.0);
158                dV0.set_subvector(prior._dimx(),dV0.length()-1, 1e-5);
159               
160                prior.set_parameters(prior._dimx(),ldmat(dV0));
161        }
162};
163
164UIREGISTER ( ARX );
165SHAREDPTR ( ARX );
166
167/*! ARX model conditined by knowledge of the forgetting factor
168\f[ f(\theta| d_1 \ldots d_t , \phi_t) \f]
169*/
170class ARXfrg : public ARX{
171        public:
172                ARXfrg():ARX(){};
173                //! copy constructor
174                ARXfrg(const ARXfrg &A0):ARX(A0){};
175                ARXfrg* _copy_() const {ARXfrg *A = new ARXfrg(*this); return A;}
176        void condition(const vec &val){
177                frg = val(0);
178        }
179};
180UIREGISTER(ARXfrg);
181};
182#endif // AR_H
183
Note: See TracBrowser for help on using the browser.