| 1 | |
|---|
| 2 | #include <estim/kalman.h> |
|---|
| 3 | #include "../mat_checks.h" |
|---|
| 4 | |
|---|
| 5 | using namespace bdm; |
|---|
| 6 | |
|---|
| 7 | //These lines are needed for use of cout and endl |
|---|
| 8 | using std::cout; |
|---|
| 9 | using std::endl; |
|---|
| 10 | |
|---|
| 11 | TEST ( kalman_stress ) { |
|---|
| 12 | // Kalman filter |
|---|
| 13 | mat A, B, C, D, R, Q, P0; |
|---|
| 14 | vec mu0; |
|---|
| 15 | mat Mu0;; |
|---|
| 16 | // input from Matlab |
|---|
| 17 | it_file fin ( "kalman_stress.it" ); |
|---|
| 18 | |
|---|
| 19 | mat Dt; |
|---|
| 20 | int Ndat; |
|---|
| 21 | |
|---|
| 22 | bool xxx = fin.seek ( "d" ); |
|---|
| 23 | if ( !xxx ) { |
|---|
| 24 | bdm_error ( "kalman_stress.it not found" ); |
|---|
| 25 | } |
|---|
| 26 | fin >> Dt; |
|---|
| 27 | fin.seek ( "A" ); |
|---|
| 28 | fin >> A; |
|---|
| 29 | fin.seek ( "B" ); |
|---|
| 30 | fin >> B; |
|---|
| 31 | fin.seek ( "C" ); |
|---|
| 32 | fin >> C; |
|---|
| 33 | fin.seek ( "D" ); |
|---|
| 34 | fin >> D; |
|---|
| 35 | fin.seek ( "R" ); |
|---|
| 36 | fin >> R; |
|---|
| 37 | fin.seek ( "Q" ); |
|---|
| 38 | fin >> Q; |
|---|
| 39 | fin.seek ( "P0" ); |
|---|
| 40 | fin >> P0; |
|---|
| 41 | fin.seek ( "mu0" ); |
|---|
| 42 | fin >> Mu0; |
|---|
| 43 | mu0 = Mu0.get_col ( 0 ); |
|---|
| 44 | |
|---|
| 45 | Ndat = Dt.cols(); |
|---|
| 46 | int dimx = A.rows(); |
|---|
| 47 | |
|---|
| 48 | // Prepare for Kalman filters in BDM: |
|---|
| 49 | RV rx ( "{x }", vec_1 ( A.cols() ) ); |
|---|
| 50 | RV ru ( "{u }", vec_1 ( B.cols() ) ); |
|---|
| 51 | RV ry ( "{y }", vec_1 ( C.rows() ) ); |
|---|
| 52 | |
|---|
| 53 | // LDMAT |
|---|
| 54 | EKF_UD KFu; |
|---|
| 55 | KFu.set_rv(rx); |
|---|
| 56 | KFu.set_yrv(ry); |
|---|
| 57 | KFu.set_rvc(ru); |
|---|
| 58 | shared_ptr<bilinfn> f=new bilinfn; f->set_parameters(A,B); |
|---|
| 59 | shared_ptr<bilinfn> h=new bilinfn; h->set_parameters(C,D); |
|---|
| 60 | KFu.set_parameters(f,h,Q,diag(R)); |
|---|
| 61 | KFu.prior()._mu()=mu0; |
|---|
| 62 | KFu.prior()._R()=ldmat(P0); |
|---|
| 63 | const epdf& KFuep = KFu.posterior(); |
|---|
| 64 | mat Xtu(dimx,Ndat); |
|---|
| 65 | Xtu.set_col( 0,KFuep.mean() ); |
|---|
| 66 | |
|---|
| 67 | //Chol |
|---|
| 68 | KalmanCh KF; |
|---|
| 69 | KF.set_parameters ( A, B, C, D, chmat ( Q ), chmat ( R ) ); |
|---|
| 70 | KF.set_statistics ( mu0, chmat ( P0 ) ); //prediction! |
|---|
| 71 | KF.set_evalll ( false ); |
|---|
| 72 | KF.validate(); |
|---|
| 73 | const epdf& KFep = KF.posterior(); |
|---|
| 74 | mat Xt ( dimx, Ndat ); |
|---|
| 75 | Xt.set_col ( 0, KFep.mean() ); |
|---|
| 76 | |
|---|
| 77 | // FULL |
|---|
| 78 | KalmanFull KF2; |
|---|
| 79 | KF2.set_parameters ( A, B, C, D, Q, R ); |
|---|
| 80 | KF2.set_statistics ( mu0, P0 ); |
|---|
| 81 | KF2.set_evalll ( false ); |
|---|
| 82 | KF2.validate(); |
|---|
| 83 | mat Xt2 ( dimx, Ndat ); |
|---|
| 84 | Xt2.set_col ( 0, mu0 ); |
|---|
| 85 | |
|---|
| 86 | |
|---|
| 87 | // EKF |
|---|
| 88 | shared_ptr<bilinfn> fxu = new bilinfn ( A, B ); |
|---|
| 89 | shared_ptr<bilinfn> hxu = new bilinfn ( C, D ); |
|---|
| 90 | EKFCh KFE; |
|---|
| 91 | KFE.set_parameters ( fxu, hxu, Q, R ); |
|---|
| 92 | KFE.set_statistics ( mu0, chmat ( P0 ) ); |
|---|
| 93 | KFE.set_evalll ( false ); |
|---|
| 94 | KFE.validate(); |
|---|
| 95 | const epdf& KFEep = KFE.posterior(); |
|---|
| 96 | mat XtE ( dimx, Ndat ); |
|---|
| 97 | XtE.set_col ( 0, KFEep.mean() ); |
|---|
| 98 | |
|---|
| 99 | //test performance of each filter |
|---|
| 100 | Real_Timer tt; |
|---|
| 101 | vec exec_times ( 3 ); // KF, KF2, KFE |
|---|
| 102 | |
|---|
| 103 | vec dt; |
|---|
| 104 | tt.tic(); |
|---|
| 105 | vec mu=mu0; |
|---|
| 106 | mat iRy; |
|---|
| 107 | mat Ry; |
|---|
| 108 | mat P=P0; |
|---|
| 109 | mat K; |
|---|
| 110 | vec ut; |
|---|
| 111 | vec yt; |
|---|
| 112 | for ( int t = 1; t < Ndat; t++ ) { |
|---|
| 113 | dt = Dt.get_col ( t ); |
|---|
| 114 | yt= dt.get ( 0, C.rows() - 1 ); |
|---|
| 115 | ut = dt.get ( C.rows(), dt.length() - 1 ) ; |
|---|
| 116 | |
|---|
| 117 | mu = A*mu + B*ut; |
|---|
| 118 | P = A*P*A.T() + Q; |
|---|
| 119 | |
|---|
| 120 | //Data update |
|---|
| 121 | Ry = C*P*C.T() + R; |
|---|
| 122 | iRy = inv(Ry); |
|---|
| 123 | K = P*C.T()*iRy; |
|---|
| 124 | P = P- K*C*P; // P = P -KCP; |
|---|
| 125 | mu = mu + K*(yt-C*mu-D*ut); |
|---|
| 126 | Xtu.set_col ( t, KFuep.mean() ); |
|---|
| 127 | } |
|---|
| 128 | exec_times ( 0 ) = tt.toc(); |
|---|
| 129 | |
|---|
| 130 | tt.tic(); |
|---|
| 131 | for ( int t = 1; t < Ndat; t++ ) { |
|---|
| 132 | dt = Dt.get_col ( t ); |
|---|
| 133 | KF2.bayes ( dt.get ( 0, C.rows() - 1 ), dt.get ( C.rows(), dt.length() - 1 ) ); |
|---|
| 134 | Xt2.set_col ( t, KF2.posterior().mean() ); |
|---|
| 135 | } |
|---|
| 136 | exec_times ( 1 ) = tt.toc(); |
|---|
| 137 | |
|---|
| 138 | tt.tic(); |
|---|
| 139 | for ( int t = 1; t < Ndat; t++ ) { |
|---|
| 140 | dt = Dt.get_col ( t ); |
|---|
| 141 | KFE.bayes ( dt.get ( 0, C.rows() - 1 ), dt.get ( C.rows(), dt.length() - 1 ) ); |
|---|
| 142 | XtE.set_col ( t, KFEep.mean() ); |
|---|
| 143 | } |
|---|
| 144 | exec_times ( 2 ) = tt.toc(); |
|---|
| 145 | |
|---|
| 146 | |
|---|
| 147 | it_file fou ( "kalman_stress_res.it" ); |
|---|
| 148 | fou << Name ( "xthu" ) << Xtu; |
|---|
| 149 | fou << Name ( "xth2" ) << Xt2; |
|---|
| 150 | fou << Name ( "xthE" ) << XtE; |
|---|
| 151 | fou << Name ( "exec_times" ) << exec_times; |
|---|
| 152 | } |
|---|