root/library/bdm/stat/exp_family.h @ 679

Revision 679, 40.3 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 Probability distributions for Exponential Family models.
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 EF_H
14#define EF_H
15
16
17#include "../shared_ptr.h"
18#include "../base/bdmbase.h"
19#include "../math/chmat.h"
20
21namespace bdm
22{
23
24
25//! Global Uniform_RNG
26extern Uniform_RNG UniRNG;
27//! Global Normal_RNG
28extern Normal_RNG NorRNG;
29//! Global Gamma_RNG
30extern Gamma_RNG GamRNG;
31
32/*!
33* \brief General conjugate exponential family posterior density.
34
35* More?...
36*/
37
38class eEF : public epdf
39{
40        public:
41//      eEF() :epdf() {};
42                //! default constructor
43                eEF () : epdf () {};
44                //! logarithm of the normalizing constant, \f$\mathcal{I}\f$
45                virtual double lognc() const = 0;
46
47                //!Evaluate normalized log-probability
48                virtual double evallog_nn (const vec &val) const {
49                        bdm_error ("Not implemented");
50                        return 0.0;
51                }
52
53                //!Evaluate normalized log-probability
54                virtual double evallog (const vec &val) const {
55                        double tmp;
56                        tmp = evallog_nn (val) - lognc();
57                        return tmp;
58                }
59                //!Evaluate normalized log-probability for many samples
60                virtual vec evallog_m (const mat &Val) const {
61                        vec x (Val.cols());
62                        for (int i = 0;i < Val.cols();i++) {x (i) = evallog_nn (Val.get_col (i)) ;}
63                        return x -lognc();
64                }
65                //!Evaluate normalized log-probability for many samples
66                virtual vec evallog_m (const Array<vec> &Val) const {
67                        vec x (Val.length());
68                        for (int i = 0;i < Val.length();i++) {x (i) = evallog_nn (Val (i)) ;}
69                        return x -lognc();
70                }
71
72                //!Power of the density, used e.g. to flatten the density
73                virtual void pow (double p) {
74                        bdm_error ("Not implemented");
75                }
76};
77
78
79//! Estimator for Exponential family
80class BMEF : public BM
81{
82        protected:
83                //! forgetting factor
84                double frg;
85                //! cached value of lognc() in the previous step (used in evaluation of \c ll )
86                double last_lognc;
87        public:
88                //! Default constructor (=empty constructor)
89                BMEF (double frg0 = 1.0) : BM (), frg (frg0) {}
90                //! Copy constructor
91                BMEF (const BMEF &B) : BM (B), frg (B.frg), last_lognc (B.last_lognc) {}
92                //!get statistics from another model
93                virtual void set_statistics (const BMEF* BM0) {
94                        bdm_error ("Not implemented");
95                }
96
97                //! Weighted update of sufficient statistics (Bayes rule)
98                virtual void bayes_weighted (const vec &data, const vec &cond=empty_vec, const double w=1.0) {};
99                //original Bayes
100                void bayes (const vec &yt, const vec &cond=empty_vec);
101
102                //!Flatten the posterior according to the given BMEF (of the same type!)
103                virtual void flatten (const BMEF * B) {
104                        bdm_error ("Not implemented");
105                }
106
107                BMEF* _copy_ () const {
108                        bdm_error ("function _copy_ not implemented for this BM");
109                        return NULL;
110                }
111};
112
113template<class sq_T, template <typename> class TEpdf>
114class mlnorm;
115
116/*!
117* \brief Gaussian density with positive definite (decomposed) covariance matrix.
118
119* More?...
120*/
121template<class sq_T>
122class enorm : public eEF
123{
124        protected:
125                //! mean value
126                vec mu;
127                //! Covariance matrix in decomposed form
128                sq_T R;
129        public:
130                //!\name Constructors
131                //!@{
132
133                enorm () : eEF (), mu (), R () {};
134                enorm (const vec &mu, const sq_T &R) {set_parameters (mu, R);}
135                void set_parameters (const vec &mu, const sq_T &R);
136                /*! Create Normal density
137                \f[ f(rv) = N(\mu, R) \f]
138                from structure
139                \code
140                class = 'enorm<ldmat>', (OR) 'enorm<chmat>', (OR) 'enorm<fsqmat>';
141                mu    = [];                  // mean value
142                R     = [];                  // variance, square matrix of appropriate dimension
143                \endcode
144                */
145                void from_setting (const Setting &root);
146                void validate() {
147                        bdm_assert (mu.length() == R.rows(), "mu and R parameters do not match");
148                        dim = mu.length();
149                }
150                //!@}
151
152                //! \name Mathematical operations
153                //!@{
154
155                //! dupdate in exponential form (not really handy)
156                void dupdate (mat &v, double nu = 1.0);
157
158                vec sample() const;
159
160                double evallog_nn (const vec &val) const;
161                double lognc () const;
162                vec mean() const {return mu;}
163                vec variance() const {return diag (R.to_mat());}
164//      mlnorm<sq_T>* condition ( const RV &rvn ) const ; <=========== fails to cmpile. Why?
165                shared_ptr<mpdf> condition ( const RV &rvn ) const;
166
167                // target not typed to mlnorm<sq_T, enorm<sq_T> > &
168                // because that doesn't compile (perhaps because we
169                // haven't finished defining enorm yet), but the type
170                // is required
171                void condition ( const RV &rvn, mpdf &target ) const;
172
173                shared_ptr<epdf> marginal (const RV &rvn ) const;
174                void marginal ( const RV &rvn, enorm<sq_T> &target ) const;
175                //!@}
176
177                //! \name Access to attributes
178                //!@{
179
180                vec& _mu() {return mu;}
181                const vec& _mu() const {return mu;}
182                void set_mu (const vec mu0) { mu = mu0;}
183                sq_T& _R() {return R;}
184                const sq_T& _R() const {return R;}
185                //!@}
186
187};
188UIREGISTER2 (enorm, chmat);
189SHAREDPTR2 ( enorm, chmat );
190UIREGISTER2 (enorm, ldmat);
191SHAREDPTR2 ( enorm, ldmat );
192UIREGISTER2 (enorm, fsqmat);
193SHAREDPTR2 ( enorm, fsqmat );
194
195
196/*!
197* \brief Gauss-inverse-Wishart density stored in LD form
198
199* For \f$p\f$-variate densities, given rv.count() should be \f$p\times\f$ V.rows().
200*
201*/
202class egiw : public eEF
203{
204        protected:
205                //! Extended information matrix of sufficient statistics
206                ldmat V;
207                //! Number of data records (degrees of freedom) of sufficient statistics
208                double nu;
209                //! Dimension of the output
210                int dimx;
211                //! Dimension of the regressor
212                int nPsi;
213        public:
214                //!\name Constructors
215                //!@{
216                egiw() : eEF() {};
217                egiw (int dimx0, ldmat V0, double nu0 = -1.0) : eEF() {set_parameters (dimx0, V0, nu0);};
218
219                void set_parameters (int dimx0, ldmat V0, double nu0 = -1.0);
220                //!@}
221
222                vec sample() const;
223                vec mean() const;
224                vec variance() const;
225
226                //! LS estimate of \f$\theta\f$
227                vec est_theta() const;
228
229                //! Covariance of the LS estimate
230                ldmat est_theta_cov() const;
231
232                //! expected values of the linear coefficient and the covariance matrix are written to \c M and \c R , respectively
233                void mean_mat (mat &M, mat&R) const;
234                //! In this instance, val= [theta, r]. For multivariate instances, it is stored columnwise val = [theta_1 theta_2 ... r_1 r_2 ]
235                double evallog_nn (const vec &val) const;
236                double lognc () const;
237                void pow (double p) {V *= p;nu *= p;};
238
239                //! \name Access attributes
240                //!@{
241
242                ldmat& _V() {return V;}
243                const ldmat& _V() const {return V;}
244                double& _nu()  {return nu;}
245                const double& _nu() const {return nu;}
246                const int & _dimx() const {return dimx;}
247                /*! Create Gauss-inverse-Wishart density
248                \f[ f(rv) = GiW(V,\nu) \f]
249                from structure
250                \code
251                class = 'egiw';
252                V     = [];               // square matrix
253                dV    = [];               // vector of diagonal of V (when V not given)
254                nu    = [];               // scalar \nu ((almost) degrees of freedom)
255                                                                  // when missing, it will be computed to obtain proper pdf
256                dimx  = [];               // dimension of the wishart part
257                rv = RV({'name'})         // description of RV
258                rvc = RV({'name'})        // description of RV in condition
259                \endcode
260                */
261               
262                void from_setting (const Setting &set) {
263                        epdf::from_setting(set);
264                        UI::get (dimx, set, "dimx", UI::compulsory);
265                        if (!UI::get (nu, set, "nu", UI::optional)) {nu=-1;}
266                        mat V;
267                        if (!UI::get (V, set, "V", UI::optional)){
268                                vec dV;
269                                UI::get (dV, set, "dV", UI::compulsory);
270                                set_parameters (dimx, ldmat(dV), nu);
271                               
272                        } else {
273                                set_parameters (dimx, V, nu);
274                        }
275                }
276                void validate(){
277                        // check sizes, rvs etc.
278                }
279                //!@}
280};
281UIREGISTER ( egiw );
282SHAREDPTR ( egiw );
283
284/*! \brief Dirichlet posterior density
285
286Continuous Dirichlet density of \f$n\f$-dimensional variable \f$x\f$
287\f[
288f(x|\beta) = \frac{\Gamma[\gamma]}{\prod_{i=1}^{n}\Gamma(\beta_i)} \prod_{i=1}^{n}x_i^{\beta_i-1}
289\f]
290where \f$\gamma=\sum_i \beta_i\f$.
291*/
292class eDirich: public eEF
293{
294        protected:
295                //!sufficient statistics
296                vec beta;
297        public:
298                //!\name Constructors
299                //!@{
300
301                eDirich () : eEF () {};
302                eDirich (const eDirich &D0) : eEF () {set_parameters (D0.beta);};
303                eDirich (const vec &beta0) {set_parameters (beta0);};
304                void set_parameters (const vec &beta0) {
305                        beta = beta0;
306                        dim = beta.length();
307                }
308                //!@}
309
310                //! using sampling procedure from wikipedia
311                vec sample() const {
312                        vec y(beta.length());
313                        for (int i=0; i<beta.length(); i++){
314                                GamRNG.setup(beta(i),1);
315                                #pragma omp critical
316                                y(i)=GamRNG();
317                        }
318                        return y/sum(y);
319                }
320
321                vec mean() const {return beta / sum (beta);};
322                vec variance() const {double gamma = sum (beta); return elem_mult (beta, (gamma-beta)) / (gamma*gamma* (gamma + 1));}
323                //! In this instance, val is ...
324                double evallog_nn (const vec &val) const {
325                        double tmp; tmp = (beta - 1) * log (val);
326                        return tmp;
327                }
328
329                double lognc () const {
330                        double tmp;
331                        double gam = sum (beta);
332                        double lgb = 0.0;
333                        for (int i = 0;i < beta.length();i++) {lgb += lgamma (beta (i));}
334                        tmp = lgb - lgamma (gam);
335                        return tmp;
336                }
337
338                //!access function
339                vec& _beta()  {return beta;}
340                /*! configuration structure
341                \code
342                class = 'eDirich';   
343                beta  = [];           //parametr beta
344                \endcode
345                */
346                void from_setting(const Setting &set){
347                        epdf::from_setting(set);
348                        UI::get(beta,set, "beta", UI::compulsory);
349                        validate();
350                }
351                void validate() {
352                        //check rv
353                        dim = beta.length();
354                }
355};
356UIREGISTER(eDirich);
357
358/*! Random Walk on Dirichlet
359Using simple assignment
360 \f[ \beta = rvc / k + \beta_c \f]
361 hence, mean value = rvc, variance = (k+1)*mean*mean;
362 
363 The greater k is, the greater is the variance of the random walk;
364 
365 \f$ \beta_c \f$ is used as regularizing element to avoid corner cases, i.e. when one element of rvc is zero.
366 By default is it set to 0.1;
367*/
368
369class mDirich: public mpdf_internal<eDirich> {
370        protected:
371                //! constant \f$ k \f$ of the random walk
372                double k;
373                //! cache of beta_i
374                vec &_beta;
375                //! stabilizing coefficient \f$ \beta_c \f$
376                vec betac;
377        public:
378                mDirich(): mpdf_internal<eDirich>(), _beta(iepdf._beta()){};
379                void condition (const vec &val) {_beta =  val/k+betac; };
380                /*! Create Dirichlet random walk
381                \f[ f(rv|rvc) = Di(rvc*k) \f]
382                from structure
383                \code
384                class = 'mDirich';
385                k = 1;                      // multiplicative constant k
386                --- optional ---
387                rv = RV({'name'},size)      // description of RV
388                beta0 = [];                 // initial value of beta
389                betac = [];                 // initial value of beta
390                \endcode
391                */
392                void from_setting (const Setting &set) {
393                        mpdf::from_setting (set); // reads rv and rvc
394                        if (_rv()._dsize()>0){
395                                rvc = _rv().copy_t(-1);
396                        }
397                        vec beta0; 
398                        if (!UI::get (beta0, set, "beta0", UI::optional)){
399                                beta0 = ones(_rv()._dsize());
400                        }
401                        if (!UI::get (betac, set, "betac", UI::optional)){
402                                betac = 0.1*ones(_rv()._dsize());
403                        }
404                        _beta = beta0;
405                       
406                        UI::get (k, set, "k", UI::compulsory);
407                        validate();
408                }
409                void validate() { 
410                        mpdf_internal<eDirich>::validate();
411                        bdm_assert(_beta.length()==betac.length(),"beta0 and betac are not compatible");
412                        if (_rv()._dsize()>0){
413                                bdm_assert( (_rv()._dsize()==dimension()) , "Size of rv does not match with beta");
414                        }
415                        dimc = _beta.length();
416                };
417};
418UIREGISTER(mDirich);
419
420//! \brief Estimator for Multinomial density
421class multiBM : public BMEF
422{
423        protected:
424                //! Conjugate prior and posterior
425                eDirich est;
426                //! Pointer inside est to sufficient statistics
427                vec &beta;
428        public:
429                //!Default constructor
430                multiBM () : BMEF (), est (), beta (est._beta()) {
431                        if (beta.length() > 0) {last_lognc = est.lognc();}
432                        else{last_lognc = 0.0;}
433                }
434                //!Copy constructor
435                multiBM (const multiBM &B) : BMEF (B), est (B.est), beta (est._beta()) {}
436                //! Sets sufficient statistics to match that of givefrom mB0
437                void set_statistics (const BM* mB0) {const multiBM* mB = dynamic_cast<const multiBM*> (mB0); beta = mB->beta;}
438                void bayes (const vec &yt, const vec &cond=empty_vec) {
439                        if (frg < 1.0) {beta *= frg;last_lognc = est.lognc();}
440                        beta += yt;
441                        if (evalll) {ll = est.lognc() - last_lognc;}
442                }
443                double logpred (const vec &yt) const {
444                        eDirich pred (est);
445                        vec &beta = pred._beta();
446
447                        double lll;
448                        if (frg < 1.0)
449                                {beta *= frg;lll = pred.lognc();}
450                        else
451                                if (evalll) {lll = last_lognc;}
452                                else{lll = pred.lognc();}
453
454                        beta += yt;
455                        return pred.lognc() - lll;
456                }
457                void flatten (const BMEF* B) {
458                        const multiBM* E = dynamic_cast<const multiBM*> (B);
459                        // sum(beta) should be equal to sum(B.beta)
460                        const vec &Eb = E->beta;//const_cast<multiBM*> ( E )->_beta();
461                        beta *= (sum (Eb) / sum (beta));
462                        if (evalll) {last_lognc = est.lognc();}
463                }
464                //! return correctly typed posterior (covariant return)
465                const eDirich& posterior() const {return est;};
466                //! constructor function               
467                void set_parameters (const vec &beta0) {
468                        est.set_parameters (beta0);
469                        if (evalll) {last_lognc = est.lognc();}
470                }
471};
472
473/*!
474 \brief Gamma posterior density
475
476 Multivariate Gamma density as product of independent univariate densities.
477 \f[
478 f(x|\alpha,\beta) = \prod f(x_i|\alpha_i,\beta_i)
479 \f]
480*/
481
482class egamma : public eEF
483{
484        protected:
485                //! Vector \f$\alpha\f$
486                vec alpha;
487                //! Vector \f$\beta\f$
488                vec beta;
489        public :
490                //! \name Constructors
491                //!@{
492                egamma () : eEF (), alpha (0), beta (0) {};
493                egamma (const vec &a, const vec &b) {set_parameters (a, b);};
494                void set_parameters (const vec &a, const vec &b) {alpha = a, beta = b;dim = alpha.length();};
495                //!@}
496
497                vec sample() const;
498                double evallog (const vec &val) const;
499                double lognc () const;
500                //! Returns pointer to internal alpha. Potentially dengerous: use with care!
501                vec& _alpha() {return alpha;}
502                //! Returns pointer to internal beta. Potentially dengerous: use with care!
503                vec& _beta() {return beta;}
504                vec mean() const {return elem_div (alpha, beta);}
505                vec variance() const {return elem_div (alpha, elem_mult (beta, beta)); }
506
507                /*! Create Gamma density
508                \f[ f(rv|rvc) = \Gamma(\alpha, \beta) \f]
509                from structure
510                \code
511                class = 'egamma';
512                alpha = [...];         // vector of alpha
513                beta = [...];          // vector of beta
514                rv = RV({'name'})      // description of RV
515                \endcode
516                */
517                void from_setting (const Setting &set) {
518                        epdf::from_setting (set); // reads rv
519                        UI::get (alpha, set, "alpha", UI::compulsory);
520                        UI::get (beta, set, "beta", UI::compulsory);
521                        validate();
522                }
523                void validate() {
524                        bdm_assert (alpha.length() == beta.length(), "parameters do not match");
525                        dim = alpha.length();
526                }
527};
528UIREGISTER (egamma);
529SHAREDPTR ( egamma );
530
531/*!
532 \brief Inverse-Gamma posterior density
533
534 Multivariate inverse-Gamma density as product of independent univariate densities.
535 \f[
536 f(x|\alpha,\beta) = \prod f(x_i|\alpha_i,\beta_i)
537 \f]
538
539Vector \f$\beta\f$ has different meaning (in fact it is 1/beta as used in definition of iG)
540
541 Inverse Gamma can be converted to Gamma using \f[
542 x\sim iG(a,b) => 1/x\sim G(a,1/b)
543\f]
544This relation is used in sampling.
545 */
546
547class eigamma : public egamma
548{
549        protected:
550        public :
551                //! \name Constructors
552                //! All constructors are inherited
553                //!@{
554                //!@}
555
556                vec sample() const {return 1.0 / egamma::sample();};
557                //! Returns poiter to alpha and beta. Potentially dangerous: use with care!
558                vec mean() const {return elem_div (beta, alpha - 1);}
559                vec variance() const {vec mea = mean(); return elem_div (elem_mult (mea, mea), alpha - 2);}
560};
561/*
562//! Weighted mixture of epdfs with external owned components.
563class emix : public epdf {
564protected:
565        int n;
566        vec &w;
567        Array<epdf*> Coms;
568public:
569//! Default constructor
570        emix ( const RV &rv, vec &w0): epdf(rv), n(w0.length()), w(w0), Coms(n) {};
571        void set_parameters( int &i, double wi, epdf* ep){w(i)=wi;Coms(i)=ep;}
572        vec mean(){vec pom; for(int i=0;i<n;i++){pom+=Coms(i)->mean()*w(i);} return pom;};
573};
574*/
575
576//!  Uniform distributed density on a rectangular support
577
578class euni: public epdf
579{
580        protected:
581//! lower bound on support
582                vec low;
583//! upper bound on support
584                vec high;
585//! internal
586                vec distance;
587//! normalizing coefficients
588                double nk;
589//! cache of log( \c nk )
590                double lnk;
591        public:
592                //! \name Constructors
593                //!@{
594                euni () : epdf () {}
595                euni (const vec &low0, const vec &high0) {set_parameters (low0, high0);}
596                void set_parameters (const vec &low0, const vec &high0) {
597                        distance = high0 - low0;
598                        low = low0;
599                        high = high0;
600                        nk = prod (1.0 / distance);
601                        lnk = log (nk);
602                        dim = low.length();
603                }
604                //!@}
605
606                double evallog (const vec &val) const  {
607                        if (any (val < low) && any (val > high)) {return -inf;}
608                        else return lnk;
609                }
610                vec sample() const {
611                        vec smp (dim);
612#pragma omp critical
613                        UniRNG.sample_vector (dim , smp);
614                        return low + elem_mult (distance, smp);
615                }
616                //! set values of \c low and \c high
617                vec mean() const {return (high -low) / 2.0;}
618                vec variance() const {return (pow (high, 2) + pow (low, 2) + elem_mult (high, low)) / 3.0;}
619                /*! Create Uniform density
620                \f[ f(rv) = U(low,high) \f]
621                from structure
622                 \code
623                 class = 'euni'
624                 high = [...];          // vector of upper bounds
625                 low = [...];           // vector of lower bounds
626                 rv = RV({'name'});     // description of RV
627                 \endcode
628                 */
629                void from_setting (const Setting &set) {
630                        epdf::from_setting (set); // reads rv and rvc
631
632                        UI::get (high, set, "high", UI::compulsory);
633                        UI::get (low, set, "low", UI::compulsory);
634                        set_parameters(low,high);
635                        validate();
636                }
637                void validate() {
638                        bdm_assert(high.length()==low.length(), "Incompatible high and low vectors");
639                        dim = high.length();
640                        bdm_assert (min (distance) > 0.0, "bad support");
641                }
642};
643UIREGISTER(euni);
644
645//! Uniform density with conditional mean value
646class mguni : public mpdf_internal<euni>{
647        //! function of the mean value
648        shared_ptr<fnc> mean;
649        //! distance from mean to both sides
650        vec delta;
651        public:
652                void condition(const vec &cond){
653                        vec mea=mean->eval(cond);
654                        iepdf.set_parameters(mea-delta,mea+delta);
655                }
656                //! load from
657                void from_setting(const Setting &set){
658                        mpdf::from_setting(set); //reads rv and rvc
659                        UI::get(delta,set,"delta",UI::compulsory);
660                        mean = UI::build<fnc>(set,"mean",UI::compulsory);
661                       
662                        iepdf.set_parameters(-delta,delta);
663                        dimc = mean->dimensionc();
664                        validate();
665                }
666};
667UIREGISTER(mguni);
668/*!
669 \brief Normal distributed linear function with linear function of mean value;
670
671 Mean value \f$ \mu=A*\mbox{rvc}+\mu_0 \f$.
672*/
673template < class sq_T, template <typename> class TEpdf = enorm >
674class mlnorm : public mpdf_internal< TEpdf<sq_T> >
675{
676        protected:
677                //! Internal epdf that arise by conditioning on \c rvc
678                mat A;
679                //! Constant additive term
680                vec mu_const;
681//                      vec& _mu; //cached epdf.mu; !!!!!! WHY NOT?
682        public:
683                //! \name Constructors
684                //!@{
685                mlnorm() : mpdf_internal< TEpdf<sq_T> >() {};
686                mlnorm (const mat &A, const vec &mu0, const sq_T &R) : mpdf_internal< TEpdf<sq_T> >() {
687                        set_parameters (A, mu0, R);
688                }
689
690                //! Set \c A and \c R
691                void set_parameters (const  mat &A0, const vec &mu0, const sq_T &R0) { 
692                        this->iepdf.set_parameters (zeros (A0.rows()), R0);
693                        A = A0;
694                        mu_const = mu0;
695                        this->dimc = A0.cols();
696                }
697                //!@}
698                //! Set value of \c rvc . Result of this operation is stored in \c epdf use function \c _ep to access it.
699                void condition (const vec &cond) {
700                        this->iepdf._mu() = A * cond + mu_const;
701//R is already assigned;
702                }
703
704                //!access function
705                const vec& _mu_const() const {return mu_const;}
706                //!access function
707                const mat& _A() const {return A;}
708                //!access function
709                mat _R() const { return this->iepdf._R().to_mat(); }
710
711                //! Debug stream
712                template<typename sq_M>
713                friend std::ostream &operator<< (std::ostream &os,  mlnorm<sq_M, enorm> &ml);
714
715                /*! Create Normal density with linear function of mean value
716                 \f[ f(rv|rvc) = N(A*rvc+const, R) \f]
717                from structure
718                \code
719                class = 'mlnorm<ldmat>', (OR) 'mlnorm<chmat>', (OR) 'mlnorm<fsqmat>';
720                A     = [];                  // matrix or vector of appropriate dimension
721                const = [];                  // vector of constant term
722                R     = [];                  // square matrix of appropriate dimension
723                \endcode
724                */
725                void from_setting (const Setting &set) {
726                        mpdf::from_setting (set);
727
728                        UI::get (A, set, "A", UI::compulsory);
729                        UI::get (mu_const, set, "const", UI::compulsory);
730                        mat R0;
731                        UI::get (R0, set, "R", UI::compulsory);
732                        set_parameters (A, mu_const, R0);
733                        validate();
734                };
735                void validate() {
736                        mpdf_internal<TEpdf<sq_T> >::validate();
737                        bdm_assert (A.rows() == mu_const.length(), "mlnorm: A vs. mu mismatch");
738                        bdm_assert (A.rows() == _R().rows(), "mlnorm: A vs. R mismatch");
739                       
740                }
741};
742UIREGISTER2 (mlnorm,ldmat);
743SHAREDPTR2 ( mlnorm, ldmat );
744UIREGISTER2 (mlnorm,fsqmat);
745SHAREDPTR2 ( mlnorm, fsqmat );
746UIREGISTER2 (mlnorm, chmat);
747SHAREDPTR2 ( mlnorm, chmat );
748
749//! Mpdf with general function for mean value
750template<class sq_T>
751class mgnorm : public mpdf_internal< enorm< sq_T > >
752{
753        private:
754//                      vec &mu; WHY NOT?
755                shared_ptr<fnc> g;
756
757        public:
758                //!default constructor
759                mgnorm() : mpdf_internal<enorm<sq_T> >() { }
760                //!set mean function
761                inline void set_parameters (const shared_ptr<fnc> &g0, const sq_T &R0);
762                inline void condition (const vec &cond);
763
764
765                /*! Create Normal density with given function of mean value
766                \f[ f(rv|rvc) = N( g(rvc), R) \f]
767                from structure
768                \code
769                class = 'mgnorm';
770                g.class =  'fnc';      // function for mean value evolution
771                g._fields_of_fnc = ...;
772
773                R = [1, 0;             // covariance matrix
774                        0, 1];
775                        --OR --
776                dR = [1, 1];           // diagonal of cavariance matrix
777
778                rv = RV({'name'})      // description of RV
779                rvc = RV({'name'})     // description of RV in condition
780                \endcode
781                */
782
783                void from_setting (const Setting &set) {
784                        mpdf::from_setting(set);
785                        shared_ptr<fnc> g = UI::build<fnc> (set, "g", UI::compulsory);
786
787                        mat R;
788                        vec dR;
789                        if (UI::get (dR, set, "dR"))
790                                R = diag (dR);
791                        else
792                                UI::get (R, set, "R", UI::compulsory);
793
794                        set_parameters (g, R);
795                        validate();
796                }
797                void validate() {
798                        bdm_assert(g->dimension()==this->dimension(),"incompatible function");
799                }
800};
801
802UIREGISTER2 (mgnorm, chmat);
803SHAREDPTR2 ( mgnorm, chmat );
804
805
806/*! (Approximate) Student t density with linear function of mean value
807
808The internal epdf of this class is of the type of a Gaussian (enorm).
809However, each conditioning is trying to assure the best possible approximation by taking into account the zeta function. See [] for reference.
810
811Perhaps a moment-matching technique?
812*/
813class mlstudent : public mlnorm<ldmat, enorm>
814{
815        protected:
816                //! Variable \f$ \Lambda \f$ from theory
817                ldmat Lambda;
818                //! Reference to variable \f$ R \f$
819                ldmat &_R;
820                //! Variable \f$ R_e \f$
821                ldmat Re;
822        public:
823                mlstudent () : mlnorm<ldmat, enorm> (),
824                                Lambda (),      _R (iepdf._R()) {}
825                //! constructor function
826                void set_parameters (const mat &A0, const vec &mu0, const ldmat &R0, const ldmat& Lambda0) {
827                        iepdf.set_parameters (mu0, R0);// was Lambda, why?
828                        A = A0;
829                        mu_const = mu0;
830                        Re = R0;
831                        Lambda = Lambda0;
832                }
833                void condition (const vec &cond) {
834                        if (cond.length()>0) {
835                                iepdf._mu() = A * cond + mu_const;
836                        } else {
837                                iepdf._mu() =  mu_const;
838                        }
839                        double zeta;
840                        //ugly hack!
841                        if ( (cond.length() + 1) == Lambda.rows()) {
842                                zeta = Lambda.invqform (concat (cond, vec_1 (1.0)));
843                        } else {
844                                zeta = Lambda.invqform (cond);
845                        }
846                        _R = Re;
847                        _R *= (1 + zeta);// / ( nu ); << nu is in Re!!!!!!
848                };
849
850                void validate() {
851                        bdm_assert (A.rows() == mu_const.length(), "mlstudent: A vs. mu mismatch");
852                        bdm_assert (_R.rows() == A.rows(), "mlstudent: A vs. R mismatch");
853                       
854                }
855};
856/*!
857\brief  Gamma random walk
858
859Mean value, \f$\mu\f$, of this density is given by \c rvc .
860Standard deviation of the random walk is proportional to one \f$k\f$-th the mean.
861This is achieved by setting \f$\alpha=k\f$ and \f$\beta=k/\mu\f$.
862
863The standard deviation of the walk is then: \f$\mu/\sqrt(k)\f$.
864*/
865class mgamma : public mpdf_internal<egamma>
866{
867        protected:
868
869                //! Constant \f$k\f$
870                double k;
871
872                //! cache of iepdf.beta
873                vec &_beta;
874
875        public:
876                //! Constructor
877                mgamma() : mpdf_internal<egamma>(), k (0),
878                                _beta (iepdf._beta()) {
879                }
880
881                //! Set value of \c k
882                void set_parameters (double k, const vec &beta0);
883
884                void condition (const vec &val) {_beta = k / val;};
885                /*! Create Gamma density with conditional mean value
886                \f[ f(rv|rvc) = \Gamma(k, k/rvc) \f]
887                from structure
888                \code
889                  class = 'mgamma';
890                  beta = [...];          // vector of initial alpha
891                  k = 1.1;               // multiplicative constant k
892                  rv = RV({'name'})      // description of RV
893                  rvc = RV({'name'})     // description of RV in condition
894                 \endcode
895                */
896                void from_setting (const Setting &set) {
897                        mpdf::from_setting (set); // reads rv and rvc
898                        vec betatmp; // ugly but necessary
899                        UI::get (betatmp, set, "beta", UI::compulsory);
900                        UI::get (k, set, "k", UI::compulsory);
901                        set_parameters (k, betatmp);
902                        validate();
903                }
904                void validate() {
905                        mpdf_internal<egamma>::validate();
906                       
907                        dim = _beta.length();
908                        dimc = _beta.length();
909                }
910};
911UIREGISTER (mgamma);
912SHAREDPTR (mgamma);
913
914/*!
915\brief  Inverse-Gamma random walk
916
917Mean value, \f$ \mu \f$, of this density is given by \c rvc .
918Standard deviation of the random walk is proportional to one \f$ k \f$-th the mean.
919This is achieved by setting \f$ \alpha=\mu/k^2+2 \f$ and \f$ \beta=\mu(\alpha-1)\f$.
920
921The standard deviation of the walk is then: \f$ \mu/\sqrt(k)\f$.
922 */
923class migamma : public mpdf_internal<eigamma>
924{
925        protected:
926                //! Constant \f$k\f$
927                double k;
928
929                //! cache of iepdf.alpha
930                vec &_alpha;
931
932                //! cache of iepdf.beta
933                vec &_beta;
934
935        public:
936                //! \name Constructors
937                //!@{
938                migamma() : mpdf_internal<eigamma>(),
939                                k (0),
940                                _alpha (iepdf._alpha()),
941                                _beta (iepdf._beta()) {
942                }
943
944                migamma (const migamma &m) : mpdf_internal<eigamma>(),
945                                k (0),
946                                _alpha (iepdf._alpha()),
947                                _beta (iepdf._beta()) {
948                }
949                //!@}
950
951                //! Set value of \c k
952                void set_parameters (int len, double k0) {
953                        k = k0;
954                        iepdf.set_parameters ( (1.0 / (k*k) + 2.0) *ones (len) /*alpha*/, ones (len) /*beta*/);
955                        dimc = dimension();
956                };
957                void condition (const vec &val) {
958                        _beta = elem_mult (val, (_alpha - 1.0));
959                };
960};
961
962
963/*!
964\brief  Gamma random walk around a fixed point
965
966Mean value, \f$\mu\f$, of this density is given by a geometric combination of \c rvc and given fixed point, \f$p\f$. \f$l\f$ is the coefficient of the geometric combimation
967\f[ \mu = \mu_{t-1} ^{l} p^{1-l}\f]
968
969Standard deviation of the random walk is proportional to one \f$k\f$-th the mean.
970This is achieved by setting \f$\alpha=k\f$ and \f$\beta=k/\mu\f$.
971
972The standard deviation of the walk is then: \f$\mu/\sqrt(k)\f$.
973*/
974class mgamma_fix : public mgamma
975{
976        protected:
977                //! parameter l
978                double l;
979                //! reference vector
980                vec refl;
981        public:
982                //! Constructor
983                mgamma_fix () : mgamma (), refl () {};
984                //! Set value of \c k
985                void set_parameters (double k0 , vec ref0, double l0) {
986                        mgamma::set_parameters (k0, ref0);
987                        refl = pow (ref0, 1.0 - l0);l = l0;
988                        dimc = dimension();
989                };
990
991                void condition (const vec &val) {vec mean = elem_mult (refl, pow (val, l)); _beta = k / mean;};
992};
993
994
995/*!
996\brief  Inverse-Gamma random walk around a fixed point
997
998Mean value, \f$\mu\f$, of this density is given by a geometric combination of \c rvc and given fixed point, \f$p\f$. \f$l\f$ is the coefficient of the geometric combimation
999\f[ \mu = \mu_{t-1} ^{l} p^{1-l}\f]
1000
1001==== Check == vv =
1002Standard deviation of the random walk is proportional to one \f$k\f$-th the mean.
1003This is achieved by setting \f$\alpha=k\f$ and \f$\beta=k/\mu\f$.
1004
1005The standard deviation of the walk is then: \f$\mu/\sqrt(k)\f$.
1006 */
1007class migamma_ref : public migamma
1008{
1009        protected:
1010                //! parameter l
1011                double l;
1012                //! reference vector
1013                vec refl;
1014        public:
1015                //! Constructor
1016                migamma_ref () : migamma (), refl () {};
1017                //! Set value of \c k
1018                void set_parameters (double k0 , vec ref0, double l0) {
1019                        migamma::set_parameters (ref0.length(), k0);
1020                        refl = pow (ref0, 1.0 - l0);
1021                        l = l0;
1022                        dimc = dimension();
1023                };
1024
1025                void condition (const vec &val) {
1026                        vec mean = elem_mult (refl, pow (val, l));
1027                        migamma::condition (mean);
1028                };
1029
1030
1031                /*! Create inverse-Gamma density with conditional mean value
1032                \f[ f(rv|rvc) = i\Gamma(k, k/(rvc^l \circ ref^{(1-l)}) \f]
1033                from structure
1034                \code
1035                class = 'migamma_ref';
1036                ref = [1e-5; 1e-5; 1e-2 1e-3];            // reference vector
1037                l = 0.999;                                // constant l
1038                k = 0.1;                                  // constant k
1039                rv = RV({'name'})                         // description of RV
1040                rvc = RV({'name'})                        // description of RV in condition
1041                \endcode
1042                 */
1043                void from_setting (const Setting &set);
1044
1045                // TODO dodelat void to_setting( Setting &set ) const;
1046};
1047
1048
1049UIREGISTER (migamma_ref);
1050SHAREDPTR (migamma_ref);
1051
1052/*! Log-Normal probability density
1053 only allow diagonal covariances!
1054
1055Density of the form \f$ \log(x)\sim \mathcal{N}(\mu,\sigma^2) \f$ , i.e.
1056\f[
1057x \sim \frac{1}{x\sigma\sqrt{2\pi}}\exp{-\frac{1}{2\sigma^2}(\log(x)-\mu)}
1058\f]
1059
1060Function from_setting loads mu and R in the same way as it does for enorm<>!
1061*/
1062class elognorm: public enorm<ldmat>
1063{
1064        public:
1065                vec sample() const {return exp (enorm<ldmat>::sample());};
1066                vec mean() const {vec var = enorm<ldmat>::variance();return exp (mu - 0.5*var);};
1067
1068};
1069
1070/*!
1071\brief  Log-Normal random walk
1072
1073Mean value, \f$\mu\f$, is...
1074
1075 */
1076class mlognorm : public mpdf_internal<elognorm>
1077{
1078        protected:
1079                //! parameter 1/2*sigma^2
1080                double sig2;
1081
1082                //! access
1083                vec &mu;
1084        public:
1085                //! Constructor
1086                mlognorm() : mpdf_internal<elognorm>(),
1087                                sig2 (0),
1088                                mu (iepdf._mu()) {
1089                }
1090
1091                //! Set value of \c k
1092                void set_parameters (int size, double k) {
1093                        sig2 = 0.5 * log (k * k + 1);
1094                        iepdf.set_parameters (zeros (size), 2*sig2*eye (size));
1095
1096                        dimc = size;
1097                };
1098
1099                void condition (const vec &val) {
1100                        mu = log (val) - sig2;//elem_mult ( refl,pow ( val,l ) );
1101                };
1102
1103                /*! Create logNormal random Walk
1104                \f[ f(rv|rvc) = log\mathcal{N}( \log(rvc)-0.5\log(k^2+1), k I) \f]
1105                from structure
1106                \code
1107                class = 'mlognorm';
1108                k   = 0.1;               // "variance" k
1109                mu0 = 0.1;               // Initial value of mean
1110                rv  = RV({'name'})       // description of RV
1111                rvc = RV({'name'})       // description of RV in condition
1112                \endcode
1113                */
1114                void from_setting (const Setting &set);
1115
1116                // TODO dodelat void to_setting( Setting &set ) const;
1117
1118};
1119
1120UIREGISTER (mlognorm);
1121SHAREDPTR (mlognorm);
1122
1123/*! inverse Wishart density defined on Choleski decomposition
1124
1125*/
1126class eWishartCh : public epdf
1127{
1128        protected:
1129                //! Upper-Triagle of Choleski decomposition of \f$ \Psi \f$
1130                chmat Y;
1131                //! dimension of matrix  \f$ \Psi \f$
1132                int p;
1133                //! degrees of freedom  \f$ \nu \f$
1134                double delta;
1135        public:
1136                //! Set internal structures
1137                void set_parameters (const mat &Y0, const double delta0) {Y = chmat (Y0);delta = delta0; p = Y.rows(); dim = p * p; }
1138                //! Sample matrix argument
1139                mat sample_mat() const {
1140                        mat X = zeros (p, p);
1141
1142                        //sample diagonal
1143                        for (int i = 0;i < p;i++) {
1144                                GamRNG.setup (0.5* (delta - i) , 0.5);   // no +1 !! index if from 0
1145#pragma omp critical
1146                                X (i, i) = sqrt (GamRNG());
1147                        }
1148                        //do the rest
1149                        for (int i = 0;i < p;i++) {
1150                                for (int j = i + 1;j < p;j++) {
1151#pragma omp critical
1152                                        X (i, j) = NorRNG.sample();
1153                                }
1154                        }
1155                        return X*Y._Ch();// return upper triangular part of the decomposition
1156                }
1157                vec sample () const {
1158                        return vec (sample_mat()._data(), p*p);
1159                }
1160                //! fast access function y0 will be copied into Y.Ch.
1161                void setY (const mat &Ch0) {copy_vector (dim, Ch0._data(), Y._Ch()._data());}
1162                //! fast access function y0 will be copied into Y.Ch.
1163                void _setY (const vec &ch0) {copy_vector (dim, ch0._data(), Y._Ch()._data()); }
1164                //! access function
1165                const chmat& getY() const {return Y;}
1166};
1167
1168//! Inverse Wishart on Choleski decomposition
1169/*! Being computed by conversion from `standard' Wishart
1170*/
1171class eiWishartCh: public epdf
1172{
1173        protected:
1174                //! Internal instance of Wishart density
1175                eWishartCh W;
1176                //! size of Ch
1177                int p;
1178                //! parameter delta
1179                double delta;
1180        public:
1181                //! constructor function
1182                void set_parameters (const mat &Y0, const double delta0) {
1183                        delta = delta0;
1184                        W.set_parameters (inv (Y0), delta0);
1185                        dim = W.dimension(); p = Y0.rows();
1186                }
1187                vec sample() const {mat iCh; iCh = inv (W.sample_mat()); return vec (iCh._data(), dim);}
1188                //! access function
1189                void _setY (const vec &y0) {
1190                        mat Ch (p, p);
1191                        mat iCh (p, p);
1192                        copy_vector (dim, y0._data(), Ch._data());
1193
1194                        iCh = inv (Ch);
1195                        W.setY (iCh);
1196                }
1197                virtual double evallog (const vec &val) const {
1198                        chmat X (p);
1199                        const chmat& Y = W.getY();
1200
1201                        copy_vector (p*p, val._data(), X._Ch()._data());
1202                        chmat iX (p);X.inv (iX);
1203                        // compute
1204//                              \frac{ |\Psi|^{m/2}|X|^{-(m+p+1)/2}e^{-tr(\Psi X^{-1})/2} }{ 2^{mp/2}\Gamma_p(m/2)},
1205                        mat M = Y.to_mat() * iX.to_mat();
1206
1207                        double log1 = 0.5 * p * (2 * Y.logdet()) - 0.5 * (delta + p + 1) * (2 * X.logdet()) - 0.5 * trace (M);
1208                        //Fixme! Multivariate gamma omitted!! it is ok for sampling, but not otherwise!!
1209
1210                        /*                              if (0) {
1211                                                                mat XX=X.to_mat();
1212                                                                mat YY=Y.to_mat();
1213
1214                                                                double log2 = 0.5*p*log(det(YY))-0.5*(delta+p+1)*log(det(XX))-0.5*trace(YY*inv(XX));
1215                                                                cout << log1 << "," << log2 << endl;
1216                                                        }*/
1217                        return log1;
1218                };
1219
1220};
1221
1222//! Random Walk on inverse Wishart
1223class rwiWishartCh : public mpdf_internal<eiWishartCh>
1224{
1225        protected:
1226                //!square root of \f$ \nu-p-1 \f$ - needed for computation of \f$ \Psi \f$ from conditions
1227                double sqd;
1228                //!reference point for diagonal
1229                vec refl;
1230                //! power of the reference
1231                double l;
1232                //! dimension
1233                int p;
1234
1235        public:
1236                rwiWishartCh() : sqd (0), l (0), p (0) {}
1237                //! constructor function
1238                void set_parameters (int p0, double k, vec ref0, double l0) {
1239                        p = p0;
1240                        double delta = 2 / (k * k) + p + 3;
1241                        sqd = sqrt (delta - p - 1);
1242                        l = l0;
1243                        refl = pow (ref0, 1 - l);
1244
1245                        iepdf.set_parameters (eye (p), delta);
1246                        dimc = iepdf.dimension();
1247                }
1248                void condition (const vec &c) {
1249                        vec z = c;
1250                        int ri = 0;
1251                        for (int i = 0;i < p*p;i += (p + 1)) {//trace diagonal element
1252                                z (i) = pow (z (i), l) * refl (ri);
1253                                ri++;
1254                        }
1255
1256                        iepdf._setY (sqd*z);
1257                }
1258};
1259
1260//! Switch between various resampling methods.
1261enum RESAMPLING_METHOD { MULTINOMIAL = 0, STRATIFIED = 1, SYSTEMATIC = 3 };
1262/*!
1263\brief Weighted empirical density
1264
1265Used e.g. in particle filters.
1266*/
1267class eEmp: public epdf
1268{
1269        protected :
1270                //! Number of particles
1271                int n;
1272                //! Sample weights \f$w\f$
1273                vec w;
1274                //! Samples \f$x^{(i)}, i=1..n\f$
1275                Array<vec> samples;
1276        public:
1277                //! \name Constructors
1278                //!@{
1279                eEmp () : epdf (), w (), samples () {};
1280                //! copy constructor
1281                eEmp (const eEmp &e) : epdf (e), w (e.w), samples (e.samples) {};
1282                //!@}
1283
1284                //! Set samples and weights
1285                void set_statistics (const vec &w0, const epdf &pdf0);
1286                //! Set samples and weights
1287                void set_statistics (const epdf &pdf0 , int n) {set_statistics (ones (n) / n, pdf0);};
1288                //! Set sample
1289                void set_samples (const epdf* pdf0);
1290                //! Set sample
1291                void set_parameters (int n0, bool copy = true) {n = n0; w.set_size (n0, copy);samples.set_size (n0, copy);};
1292                //! Set samples
1293                void set_parameters (const Array<vec> &Av) {
1294                        bdm_assert(Av.size()>0,"Empty samples"); 
1295                        n = Av.size(); 
1296                        epdf::set_parameters(Av(0).length());
1297                        w=1/n*ones(n);
1298                        samples=Av;
1299                };
1300                //! Potentially dangerous, use with care.
1301                vec& _w()  {return w;};
1302                //! Potentially dangerous, use with care.
1303                const vec& _w() const {return w;};
1304                //! access function
1305                Array<vec>& _samples() {return samples;};
1306                //! access function
1307                const vec& _sample(int i) const {return samples(i);};
1308                //! access function
1309                const Array<vec>& _samples() const {return samples;};
1310                //! Function performs resampling, i.e. removal of low-weight samples and duplication of high-weight samples such that the new samples represent the same density.
1311                //! The vector with indeces of new samples is returned in variable \c index.
1312                void resample ( ivec &index, RESAMPLING_METHOD method = SYSTEMATIC);
1313
1314                //! Resampling without returning index of new particles.
1315                void resample (RESAMPLING_METHOD method = SYSTEMATIC){ivec ind; resample(ind,method);};
1316               
1317                //! inherited operation : NOT implemented
1318                vec sample() const {
1319                        bdm_error ("Not implemented");
1320                        return vec();
1321                }
1322
1323                //! inherited operation : NOT implemented
1324                double evallog (const vec &val) const {
1325                        bdm_error ("Not implemented");
1326                        return 0.0;
1327                }
1328
1329                vec mean() const {
1330                        vec pom = zeros (dim);
1331                        for (int i = 0;i < n;i++) {pom += samples (i) * w (i);}
1332                        return pom;
1333                }
1334                vec variance() const {
1335                        vec pom = zeros (dim);
1336                        for (int i = 0;i < n;i++) {pom += pow (samples (i), 2) * w (i);}
1337                        return pom -pow (mean(), 2);
1338                }
1339                //! For this class, qbounds are minimum and maximum value of the population!
1340                void qbounds (vec &lb, vec &ub, double perc = 0.95) const {
1341                        // lb in inf so than it will be pushed below;
1342                        lb.set_size (dim);
1343                        ub.set_size (dim);
1344                        lb = std::numeric_limits<double>::infinity();
1345                        ub = -std::numeric_limits<double>::infinity();
1346                        int j;
1347                        for (int i = 0;i < n;i++) {
1348                                for (j = 0;j < dim; j++) {
1349                                        if (samples (i) (j) < lb (j)) {lb (j) = samples (i) (j);}
1350                                        if (samples (i) (j) > ub (j)) {ub (j) = samples (i) (j);}
1351                                }
1352                        }
1353                }
1354};
1355
1356
1357////////////////////////
1358
1359template<class sq_T>
1360void enorm<sq_T>::set_parameters (const vec &mu0, const sq_T &R0)
1361{
1362//Fixme test dimensions of mu0 and R0;
1363        mu = mu0;
1364        R = R0;
1365        validate();
1366};
1367
1368template<class sq_T>
1369void enorm<sq_T>::from_setting (const Setting &set)
1370{
1371        epdf::from_setting (set); //reads rv
1372
1373        UI::get (mu, set, "mu", UI::compulsory);
1374        mat Rtmp;// necessary for conversion
1375        UI::get (Rtmp, set, "R", UI::compulsory);
1376        R = Rtmp; // conversion
1377        validate();
1378}
1379
1380template<class sq_T>
1381void enorm<sq_T>::dupdate (mat &v, double nu)
1382{
1383        //
1384};
1385
1386// template<class sq_T>
1387// void enorm<sq_T>::tupdate ( double phi, mat &vbar, double nubar ) {
1388//      //
1389// };
1390
1391template<class sq_T>
1392vec enorm<sq_T>::sample() const
1393{
1394        vec x (dim);
1395#pragma omp critical
1396        NorRNG.sample_vector (dim, x);
1397        vec smp = R.sqrt_mult (x);
1398
1399        smp += mu;
1400        return smp;
1401};
1402
1403// template<class sq_T>
1404// double enorm<sq_T>::eval ( const vec &val ) const {
1405//      double pdfl,e;
1406//      pdfl = evallog ( val );
1407//      e = exp ( pdfl );
1408//      return e;
1409// };
1410
1411template<class sq_T>
1412double enorm<sq_T>::evallog_nn (const vec &val) const
1413{
1414        // 1.83787706640935 = log(2pi)
1415        double tmp = -0.5 * (R.invqform (mu - val));// - lognc();
1416        return  tmp;
1417};
1418
1419template<class sq_T>
1420inline double enorm<sq_T>::lognc () const
1421{
1422        // 1.83787706640935 = log(2pi)
1423        double tmp = 0.5 * (R.cols() * 1.83787706640935 + R.logdet());
1424        return tmp;
1425};
1426
1427
1428// template<class sq_T>
1429// vec mlnorm<sq_T>::samplecond (const  vec &cond, double &lik ) {
1430//      this->condition ( cond );
1431//      vec smp = epdf.sample();
1432//      lik = epdf.eval ( smp );
1433//      return smp;
1434// }
1435
1436// template<class sq_T>
1437// mat mlnorm<sq_T>::samplecond (const vec &cond, vec &lik, int n ) {
1438//      int i;
1439//      int dim = rv.count();
1440//      mat Smp ( dim,n );
1441//      vec smp ( dim );
1442//      this->condition ( cond );
1443//
1444//      for ( i=0; i<n; i++ ) {
1445//              smp = epdf.sample();
1446//              lik ( i ) = epdf.eval ( smp );
1447//              Smp.set_col ( i ,smp );
1448//      }
1449//
1450//      return Smp;
1451// }
1452
1453
1454template<class sq_T>
1455shared_ptr<epdf> enorm<sq_T>::marginal ( const RV &rvn ) const
1456{
1457        enorm<sq_T> *tmp = new enorm<sq_T> ();
1458        shared_ptr<epdf> narrow(tmp);
1459        marginal ( rvn, *tmp );
1460        return narrow;
1461}
1462
1463template<class sq_T>
1464void enorm<sq_T>::marginal ( const RV &rvn, enorm<sq_T> &target ) const
1465{
1466        bdm_assert (isnamed(), "rv description is not assigned");
1467        ivec irvn = rvn.dataind (rv);
1468
1469        sq_T Rn (R, irvn);  // select rows and columns of R
1470
1471        target.set_rv ( rvn );
1472        target.set_parameters (mu (irvn), Rn);
1473}
1474
1475template<class sq_T>
1476shared_ptr<mpdf> enorm<sq_T>::condition ( const RV &rvn ) const
1477{
1478        mlnorm<sq_T> *tmp = new mlnorm<sq_T> ();
1479        shared_ptr<mpdf> narrow(tmp);
1480        condition ( rvn, *tmp );
1481        return narrow;
1482}
1483
1484template<class sq_T>
1485void enorm<sq_T>::condition ( const RV &rvn, mpdf &target ) const
1486{
1487        typedef mlnorm<sq_T> TMlnorm;
1488
1489        bdm_assert (isnamed(), "rvs are not assigned");
1490        TMlnorm &uptarget = dynamic_cast<TMlnorm &>(target);
1491
1492        RV rvc = rv.subt (rvn);
1493        bdm_assert ( (rvc._dsize() + rvn._dsize() == rv._dsize()), "wrong rvn");
1494        //Permutation vector of the new R
1495        ivec irvn = rvn.dataind (rv);
1496        ivec irvc = rvc.dataind (rv);
1497        ivec perm = concat (irvn , irvc);
1498        sq_T Rn (R, perm);
1499
1500        //fixme - could this be done in general for all sq_T?
1501        mat S = Rn.to_mat();
1502        //fixme
1503        int n = rvn._dsize() - 1;
1504        int end = R.rows() - 1;
1505        mat S11 = S.get (0, n, 0, n);
1506        mat S12 = S.get (0, n , rvn._dsize(), end);
1507        mat S22 = S.get (rvn._dsize(), end, rvn._dsize(), end);
1508
1509        vec mu1 = mu (irvn);
1510        vec mu2 = mu (irvc);
1511        mat A = S12 * inv (S22);
1512        sq_T R_n (S11 - A *S12.T());
1513
1514        uptarget.set_rv (rvn);
1515        uptarget.set_rvc (rvc);
1516        uptarget.set_parameters (A, mu1 - A*mu2, R_n);
1517}
1518
1519////
1520///////
1521template<class sq_T>
1522void mgnorm<sq_T >::set_parameters (const shared_ptr<fnc> &g0, const sq_T &R0) {
1523        g = g0;
1524        this->iepdf.set_parameters (zeros (g->dimension()), R0);
1525}
1526
1527template<class sq_T>
1528void mgnorm<sq_T >::condition (const vec &cond) {this->iepdf._mu() = g->eval (cond);};
1529
1530//! \todo unify this stuff with to_string()
1531template<class sq_T>
1532std::ostream &operator<< (std::ostream &os,  mlnorm<sq_T> &ml)
1533{
1534        os << "A:" << ml.A << endl;
1535        os << "mu:" << ml.mu_const << endl;
1536        os << "R:" << ml._R() << endl;
1537        return os;
1538};
1539
1540}
1541#endif //EF_H
Note: See TracBrowser for help on using the browser.