root/library/bdm/itpp_ext.cpp @ 679

Revision 679, 10.6 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// C++ Implementation: itpp_ext
3//
4// Description:
5//
6//
7// Author: smidl <smidl@utia.cas.cz>, (C) 2008
8//
9// Copyright: See COPYING file that comes with this distribution
10//
11//
12
13#include "itpp_ext.h"
14
15#ifndef M_PI
16#define M_PI        3.14159265358979323846
17#endif
18// from  algebra/lapack.h
19
20extern "C"    /* QR factorization of a general matrix A  */
21{
22        void dgeqrf_ (int *m, int *n, double *a, int *lda, double *tau, double *work,
23                      int *lwork, int *info);
24};
25
26namespace itpp
27{
28        vec empty_vec = vec(0);
29       
30Array<int> to_Arr (const ivec &indices)
31{
32        Array<int> a (indices.size());
33        for (int i = 0; i < a.size(); i++) {
34                a (i) = indices (i);
35        }
36        return a;
37}
38
39ivec linspace (int from, int to)
40{
41        int n = to - from + 1;
42        int i;
43        it_assert_debug (n > 0, "wrong linspace");
44        ivec iv (n);
45        for (i = 0; i < n; i++) iv (i) = from + i;
46        return iv;
47};
48
49void set_subvector (vec &ov, const ivec &iv, const vec &v)
50{
51        it_assert_debug ( (iv.length() <= v.length()),
52                          "Vec<>::set_subvector(ivec, vec<Num_T>): Indexing out "
53                          "of range of v");
54        for (int i = 0; i < iv.length(); i++) {
55                it_assert_debug (iv (i) < ov.length(),
56                                 "Vec<>::set_subvector(ivec, vec<Num_T>): Indexing out "
57                                 "of range of v");
58                ov (iv (i)) = v (i);
59        }
60}
61
62vec get_vec (const vec &v, const ivec &indexlist)
63{
64        int size = indexlist.size();
65        vec temp (size);
66        for (int i = 0; i < size; ++i) {
67                temp (i) = v._data() [indexlist (i) ];
68        }
69        return temp;
70}
71
72// Gamma
73#define log std::log
74#define exp std::exp
75#define sqrt std::sqrt
76#define R_FINITE std::isfinite
77
78bvec operator> (const vec &t1, const vec &t2)
79{
80        it_assert_debug (t1.length() == t2.length(), "Vec<>::operator>(): different size of vectors");
81        bvec temp (t1.length());
82        for (int i = 0; i < t1.length(); i++)
83                temp (i) = (t1[i] > t2[i]);
84        return temp;
85}
86
87bvec operator< (const vec &t1, const vec &t2)
88{
89        it_assert_debug (t1.length() == t2.length(), "Vec<>::operator>(): different size of vectors");
90        bvec temp (t1.length());
91        for (int i = 0; i < t1.length(); i++)
92                temp (i) = (t1[i] < t2[i]);
93        return temp;
94}
95
96
97bvec operator& (const bvec &a, const bvec &b)
98{
99        it_assert_debug (b.size() == a.size(), "operator&(): Vectors of different lengths");
100
101        bvec temp (a.size());
102        for (int i = 0; i < a.size(); i++) {
103                temp (i) = a (i) & b (i);
104        }
105        return temp;
106}
107
108bvec operator| (const bvec &a, const bvec &b)
109{
110        it_assert_debug (b.size() != a.size(), "operator&(): Vectors of different lengths");
111
112        bvec temp (a.size());
113        for (int i = 0; i < a.size(); i++) {
114                temp (i) = a (i) | b (i);
115        }
116        return temp;
117}
118
119//#if 0
120Gamma_RNG::Gamma_RNG (double a, double b)
121{
122        setup (a, b);
123}
124double  Gamma_RNG::sample()
125{
126        //A copy of rgamma code from the R package!!
127        //
128
129        /* Constants : */
130        const static double sqrt32 = 5.656854;
131        const static double exp_m1 = 0.36787944117144232159;/* exp(-1) = 1/e */
132
133        /* Coefficients q[k] - for q0 = sum(q[k]*a^(-k))
134         * Coefficients a[k] - for q = q0+(t*t/2)*sum(a[k]*v^k)
135         * Coefficients e[k] - for exp(q)-1 = sum(e[k]*q^k)
136         */
137        const static double q1 = 0.04166669;
138        const static double q2 = 0.02083148;
139        const static double q3 = 0.00801191;
140        const static double q4 = 0.00144121;
141        const static double q5 = -7.388e-5;
142        const static double q6 = 2.4511e-4;
143        const static double q7 = 2.424e-4;
144
145        const static double a1 = 0.3333333;
146        const static double a2 = -0.250003;
147        const static double a3 = 0.2000062;
148        const static double a4 = -0.1662921;
149        const static double a5 = 0.1423657;
150        const static double a6 = -0.1367177;
151        const static double a7 = 0.1233795;
152
153        /* State variables [FIXME for threading!] :*/
154        static double aa = 0.;
155        static double aaa = 0.;
156        static double s, s2, d;    /* no. 1 (step 1) */
157        static double q0, b, si, c;/* no. 2 (step 4) */
158
159        double e, p, q, r, t, u, v, w, x, ret_val;
160        double a = alpha;
161        double scale = 1.0 / beta;
162
163        if (!R_FINITE (a) || !R_FINITE (scale) || a < 0.0 || scale <= 0.0) {
164                it_error ("Gamma_RNG wrong parameters");
165        }
166
167        if (a < 1.) {   /* GS algorithm for parameters a < 1 */
168                if (a == 0)
169                        return 0.;
170                e = 1.0 + exp_m1 * a;
171                for (;;) {    //VS repeat
172                        p = e * unif_rand();
173                        if (p >= 1.0) {
174                                x = -log ( (e - p) / a);
175                                if (exp_rand() >= (1.0 - a) * log (x))
176                                        break;
177                        } else {
178                                x = exp (log (p) / a);
179                                if (exp_rand() >= x)
180                                        break;
181                        }
182                }
183                return scale * x;
184        }
185
186        /* --- a >= 1 : GD algorithm --- */
187
188        /* Step 1: Recalculations of s2, s, d if a has changed */
189        if (a != aa) {
190                aa = a;
191                s2 = a - 0.5;
192                s = sqrt (s2);
193                d = sqrt32 - s * 12.0;
194        }
195        /* Step 2: t = standard normal deviate,
196                   x = (s,1/2) -normal deviate. */
197
198        /* immediate acceptance (i) */
199        t = norm_rand();
200        x = s + 0.5 * t;
201        ret_val = x * x;
202        if (t >= 0.0)
203                return scale * ret_val;
204
205        /* Step 3: u = 0,1 - uniform sample. squeeze acceptance (s) */
206        u = unif_rand();
207        if ( (d * u) <= (t * t * t))
208                return scale * ret_val;
209
210        /* Step 4: recalculations of q0, b, si, c if necessary */
211
212        if (a != aaa) {
213                aaa = a;
214                r = 1.0 / a;
215                q0 = ( ( ( ( ( (q7 * r + q6) * r + q5) * r + q4) * r + q3) * r
216                         + q2) * r + q1) * r;
217
218                /* Approximation depending on size of parameter a */
219                /* The constants in the expressions for b, si and c */
220                /* were established by numerical experiments */
221
222                if (a <= 3.686) {
223                        b = 0.463 + s + 0.178 * s2;
224                        si = 1.235;
225                        c = 0.195 / s - 0.079 + 0.16 * s;
226                } else if (a <= 13.022) {
227                        b = 1.654 + 0.0076 * s2;
228                        si = 1.68 / s + 0.275;
229                        c = 0.062 / s + 0.024;
230                } else {
231                        b = 1.77;
232                        si = 0.75;
233                        c = 0.1515 / s;
234                }
235        }
236        /* Step 5: no quotient test if x not positive */
237
238        if (x > 0.0) {
239                /* Step 6: calculation of v and quotient q */
240                v = t / (s + s);
241                if (fabs (v) <= 0.25)
242                        q = q0 + 0.5 * t * t * ( ( ( ( ( (a7 * v + a6) * v + a5) * v + a4) * v
243                                                     + a3) * v + a2) * v + a1) * v;
244                else
245                        q = q0 - s * t + 0.25 * t * t + (s2 + s2) * log (1.0 + v);
246
247
248                /* Step 7: quotient acceptance (q) */
249                if (log (1.0 - u) <= q)
250                        return scale * ret_val;
251        }
252
253        for (;;) {   //VS repeat
254                /* Step 8: e = standard exponential deviate
255                 *      u =  0,1 -uniform deviate
256                 *      t = (b,si)-double exponential (laplace) sample */
257                e = exp_rand();
258                u = unif_rand();
259                u = u + u - 1.0;
260                if (u < 0.0)
261                        t = b - si * e;
262                else
263                        t = b + si * e;
264                /* Step  9:  rejection if t < tau(1) = -0.71874483771719 */
265                if (t >= -0.71874483771719) {
266                        /* Step 10:      calculation of v and quotient q */
267                        v = t / (s + s);
268                        if (fabs (v) <= 0.25)
269                                q = q0 + 0.5 * t * t *
270                                    ( ( ( ( ( (a7 * v + a6) * v + a5) * v + a4) * v + a3) * v
271                                        + a2) * v + a1) * v;
272                        else
273                                q = q0 - s * t + 0.25 * t * t + (s2 + s2) * log (1.0 + v);
274                        /* Step 11:      hat acceptance (h) */
275                        /* (if q not positive go to step 8) */
276                        if (q > 0.0) {
277                                // TODO: w = expm1(q);
278                                w = exp (q) - 1;
279                                /*  ^^^^^ original code had approximation with rel.err < 2e-7 */
280                                /* if t is rejected sample again at step 8 */
281                                if ( (c * fabs (u)) <= (w * exp (e - 0.5 * t * t)))
282                                        break;
283                        }
284                }
285        } /* repeat .. until  `t' is accepted */
286        x = s + 0.5 * t;
287        return scale * x * x;
288}
289
290
291bool qr (const mat &A, mat &R)
292{
293        int info;
294        int m = A.rows();
295        int n = A.cols();
296        int lwork = n;
297        int k = std::min (m, n);
298        vec tau (k);
299        vec work (lwork);
300
301        R = A;
302
303        // perform workspace query for optimum lwork value
304        int lwork_tmp = -1;
305        dgeqrf_ (&m, &n, R._data(), &m, tau._data(), work._data(), &lwork_tmp,
306                 &info);
307        if (info == 0) {
308                lwork = static_cast<int> (work (0));
309                work.set_size (lwork, false);
310        }
311        dgeqrf_ (&m, &n, R._data(), &m, tau._data(), work._data(), &lwork, &info);
312
313        // construct R
314        for (int i = 0; i < m; i++)
315                for (int j = 0; j < std::min (i, n); j++)
316                        R (i, j) = 0;
317
318        return (info == 0);
319}
320
321//#endif
322std::string num2str (double d)
323{
324        char tmp[20];//that should do
325        sprintf (tmp, "%f", d);
326        return std::string (tmp);
327};
328std::string num2str (int i)
329{
330        char tmp[10];//that should do
331        sprintf (tmp, "%d", i);
332        return std::string (tmp);
333};
334
335// digamma
336// copied from C. Bonds' source
337#include <math.h>
338#define el 0.5772156649015329
339
340double psi (double x)
341{
342        double s, ps, xa, x2;
343        int n, k;
344        static double a[] = {
345                -0.8333333333333e-01,
346                0.83333333333333333e-02,
347                -0.39682539682539683e-02,
348                0.41666666666666667e-02,
349                -0.75757575757575758e-02,
350                0.21092796092796093e-01,
351                -0.83333333333333333e-01,
352                0.4432598039215686
353        };
354
355        xa = fabs (x);
356        s = 0.0;
357        if ( (x == (int) x) && (x <= 0.0)) {
358                ps = 1e308;
359                return ps;
360        }
361        if (xa == (int) xa) {
362                n = xa;
363                for (k = 1; k < n; k++) {
364                        s += 1.0 / k;
365                }
366                ps =  s - el;
367        } else if ( (xa + 0.5) == ( (int) (xa + 0.5))) {
368                n = xa - 0.5;
369                for (k = 1; k <= n; k++) {
370                        s += 1.0 / (2.0 * k - 1.0);
371                }
372                ps = 2.0 * s - el - 1.386294361119891;
373        } else {
374                if (xa < 10.0) {
375                        n = 10 - (int) xa;
376                        for (k = 0; k < n; k++) {
377                                s += 1.0 / (xa + k);
378                        }
379                        xa += n;
380                }
381                x2 = 1.0 / (xa * xa);
382                ps = log (xa) - 0.5 / xa + x2 * ( ( ( ( ( ( (a[7] * x2 + a[6]) * x2 + a[5]) * x2 +
383                                                        a[4]) * x2 + a[3]) * x2 + a[2]) * x2 + a[1]) * x2 + a[0]);
384                ps -= s;
385        }
386        if (x < 0.0)
387                ps = ps - M_PI * std::cos (M_PI * x) / std::sin (M_PI * x) - 1.0 / x;
388        return ps;
389}
390
391void triu (mat &A)
392{
393        for (int i = 1;i < A.rows();i++) { // row cycle
394                for (int j = 0; j < i; j++) {A (i, j) = 0;}
395        }
396}
397
398//! Storage of randun() internals
399class RandunStorage
400{
401                const int A;
402                const int M;
403                static double seed;
404                static int counter;
405        public:
406                RandunStorage() : A (16807), M (2147483647) {};
407                //!set seed of the randun() generator
408                void set_seed (double seed0) {seed = seed0;}
409                //! generate randun() sample
410                double get() {
411                        long long tmp = A * seed;
412                        tmp = tmp % M;
413                        seed = tmp;
414                        counter++;
415                        return seed / M;
416                }
417};
418static RandunStorage randun_global_storage;
419double RandunStorage::seed = 1111111;
420int RandunStorage::counter = 0;
421double randun() {return randun_global_storage.get();};
422vec randun (int n) {vec res (n); for (int i = 0;i < n;i++) {res (i) = randun();}; return res;};
423mat randun (int n, int m) {mat res (n, m); for (int i = 0;i < n*m;i++) {res (i) = randun();}; return res;};
424
425ivec unique (const ivec &in)
426{
427        ivec uniq (0);
428        int j = 0;
429        bool found = false;
430        for (int i = 0;i < in.length(); i++) {
431                found = false;
432                j = 0;
433                while ( (!found) && (j < uniq.length())) {
434                        if (in (i) == uniq (j)) found = true;
435                        j++;
436                }
437                if (!found) uniq = concat (uniq, in (i));
438        }
439        return uniq;
440}
441
442ivec unique_complement (const ivec &in, const ivec &base)
443{
444        // almost a copy of unique
445        ivec uniq (0);
446        int j = 0;
447        bool found = false;
448        for (int i = 0;i < in.length(); i++) {
449                found = false;
450                j = 0;
451                while ( (!found) && (j < uniq.length())) {
452                        if (in (i) == uniq (j)) found = true;
453                        j++;
454                }
455                j=0;
456                while ( (!found) && (j < base.length())) {
457                        if (in (i) == base (j)) found = true;
458                        j++;
459                }
460                if (!found) uniq = concat (uniq, in (i));
461        }
462        return uniq;
463}
464
465}
Note: See TracBrowser for help on using the browser.