Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Quelle  qr_colpivoting.cpp   Sprache: C

 
// This file is part of Eigen, a lightweight C++ template library
// for linear algebra.
//
// Copyright (C) 2008 Gael Guennebaud <gael.guennebaud@inria.fr>
// Copyright (C) 2009 Benoit Jacob <jacob.benoit.1@gmail.com>
//
// This Source Code Form is subject to the terms of the Mozilla
// Public License v. 2.0. If a copy of the MPL was not distributed
// with this file, You can obtain one at http://mozilla.org/MPL/2.0/.

#include "main.h"
#include <Eigen/QR>
#include <Eigen/SVD>
#include "solverbase.h"

template <typename MatrixType>
void cod() {
  STATIC_CHECK(( internal::is_same<typename CompleteOrthogonalDecomposition<MatrixType>::StorageIndex,int>::value ));

  Index rows = internal::random<Index>(2, EIGEN_TEST_MAX_SIZE);
  Index cols = internal::random<Index>(2, EIGEN_TEST_MAX_SIZE);
  Index cols2 = internal::random<Index>(2, EIGEN_TEST_MAX_SIZE);
  Index rank = internal::random<Index>(1, (std::min)(rows, cols) - 1);

  typedef typename MatrixType::Scalar Scalar;
  typedef Matrix<Scalar, MatrixType::RowsAtCompileTime,
                 MatrixType::RowsAtCompileTime>
      MatrixQType;
  MatrixType matrix;
  createRandomPIMatrixOfRank(rank, rows, cols, matrix);
  CompleteOrthogonalDecomposition<MatrixType> cod(matrix);
  VERIFY(rank == cod.rank());
  VERIFY(cols - cod.rank() == cod.dimensionOfKernel());
  VERIFY(!cod.isInjective());
  VERIFY(!cod.isInvertible());
  VERIFY(!cod.isSurjective());

  MatrixQType q = cod.householderQ();
  VERIFY_IS_UNITARY(q);

  MatrixType z = cod.matrixZ();
  VERIFY_IS_UNITARY(z);

  MatrixType t;
  t.setZero(rows, cols);
  t.topLeftCorner(rank, rank) =
      cod.matrixT().topLeftCorner(rank, rank).template triangularView<Upper>();

  MatrixType c = q * t * z * cod.colsPermutation().inverse();
  VERIFY_IS_APPROX(matrix, c);

  check_solverbase<MatrixType, MatrixType>(matrix, cod, rows, cols, cols2);

  // Verify that we get the same minimum-norm solution as the SVD.
  MatrixType exact_solution = MatrixType::Random(cols, cols2);
  MatrixType rhs = matrix * exact_solution;
  MatrixType cod_solution = cod.solve(rhs);
  JacobiSVD<MatrixType> svd(matrix, ComputeThinU | ComputeThinV);
  MatrixType svd_solution = svd.solve(rhs);
  VERIFY_IS_APPROX(cod_solution, svd_solution);

  MatrixType pinv = cod.pseudoInverse();
  VERIFY_IS_APPROX(cod_solution, pinv * rhs);
}

template <typename MatrixType, int Cols2>
void cod_fixedsize() {
  enum {
    Rows = MatrixType::RowsAtCompileTime,
    Cols = MatrixType::ColsAtCompileTime
  };
  typedef typename MatrixType::Scalar Scalar;
  typedef CompleteOrthogonalDecomposition<Matrix<Scalar, Rows, Cols> > COD;
  int rank = internal::random<int>(1, (std::min)(int(Rows), int(Cols)) - 1);
  Matrix<Scalar, Rows, Cols> matrix;
  createRandomPIMatrixOfRank(rank, Rows, Cols, matrix);
  COD cod(matrix);
  VERIFY(rank == cod.rank());
  VERIFY(Cols - cod.rank() == cod.dimensionOfKernel());
  VERIFY(cod.isInjective() == (rank == Rows));
  VERIFY(cod.isSurjective() == (rank == Cols));
  VERIFY(cod.isInvertible() == (cod.isInjective() && cod.isSurjective()));

  check_solverbase<Matrix<Scalar, Cols, Cols2>, Matrix<Scalar, Rows, Cols2> >(matrix, cod, Rows, Cols, Cols2);

  // Verify that we get the same minimum-norm solution as the SVD.
  Matrix<Scalar, Cols, Cols2> exact_solution;
  exact_solution.setRandom(Cols, Cols2);
  Matrix<Scalar, Rows, Cols2> rhs = matrix * exact_solution;
  Matrix<Scalar, Cols, Cols2> cod_solution = cod.solve(rhs);
  JacobiSVD<MatrixType> svd(matrix, ComputeFullU | ComputeFullV);
  Matrix<Scalar, Cols, Cols2> svd_solution = svd.solve(rhs);
  VERIFY_IS_APPROX(cod_solution, svd_solution);

  typename Inverse<COD>::PlainObject pinv = cod.pseudoInverse();
  VERIFY_IS_APPROX(cod_solution, pinv * rhs);
}

template<typename MatrixType> void qr()
{
  using std::sqrt;

  STATIC_CHECK(( internal::is_same<typename ColPivHouseholderQR<MatrixType>::StorageIndex,int>::value ));

  Index rows = internal::random<Index>(2,EIGEN_TEST_MAX_SIZE), cols = internal::random<Index>(2,EIGEN_TEST_MAX_SIZE), cols2 = internal::random<Index>(2,EIGEN_TEST_MAX_SIZE);
  Index rank = internal::random<Index>(1, (std::min)(rows, cols)-1);

  typedef typename MatrixType::Scalar Scalar;
  typedef typename MatrixType::RealScalar RealScalar;
  typedef Matrix<Scalar, MatrixType::RowsAtCompileTime, MatrixType::RowsAtCompileTime> MatrixQType;
  MatrixType m1;
  createRandomPIMatrixOfRank(rank,rows,cols,m1);
  ColPivHouseholderQR<MatrixType> qr(m1);
  VERIFY_IS_EQUAL(rank, qr.rank());
  VERIFY_IS_EQUAL(cols - qr.rank(), qr.dimensionOfKernel());
  VERIFY(!qr.isInjective());
  VERIFY(!qr.isInvertible());
  VERIFY(!qr.isSurjective());

  MatrixQType q = qr.householderQ();
  VERIFY_IS_UNITARY(q);

  MatrixType r = qr.matrixQR().template triangularView<Upper>();
  MatrixType c = q * r * qr.colsPermutation().inverse();
  VERIFY_IS_APPROX(m1, c);

  // Verify that the absolute value of the diagonal elements in R are
  // non-increasing until they reach the singularity threshold.
  RealScalar threshold =
      sqrt(RealScalar(rows)) * numext::abs(r(0, 0)) * NumTraits<Scalar>::epsilon();
  for (Index i = 0; i < (std::min)(rows, cols) - 1; ++i) {
    RealScalar x = numext::abs(r(i, i));
    RealScalar y = numext::abs(r(i + 1, i + 1));
    if (x < threshold && y < threshold) continue;
    if (!test_isApproxOrLessThan(y, x)) {
      for (Index j = 0; j < (std::min)(rows, cols); ++j) {
        std::cout << "i = " << j << ", |r_ii| = " << numext::abs(r(j, j)) << std::endl;
      }
      std::cout << "Failure at i=" << i << ", rank=" << rank
                << ", threshold=" << threshold << std::endl;
    }
    VERIFY_IS_APPROX_OR_LESS_THAN(y, x);
  }

  check_solverbase<MatrixType, MatrixType>(m1, qr, rows, cols, cols2);

  {
    MatrixType m2, m3;
    Index size = rows;
    do {
      m1 = MatrixType::Random(size,size);
      qr.compute(m1);
    } while(!qr.isInvertible());
    MatrixType m1_inv = qr.inverse();
    m3 = m1 * MatrixType::Random(size,cols2);
    m2 = qr.solve(m3);
    VERIFY_IS_APPROX(m2, m1_inv*m3);
  }
}

template<typename MatrixType, int Cols2> void qr_fixedsize()
{
  using std::sqrt;
  using std::abs;
  enum { Rows = MatrixType::RowsAtCompileTime, Cols = MatrixType::ColsAtCompileTime };
  typedef typename MatrixType::Scalar Scalar;
  typedef typename MatrixType::RealScalar RealScalar;
  int rank = internal::random<int>(1, (std::min)(int(Rows), int(Cols))-1);
  Matrix<Scalar,Rows,Cols> m1;
  createRandomPIMatrixOfRank(rank,Rows,Cols,m1);
  ColPivHouseholderQR<Matrix<Scalar,Rows,Cols> > qr(m1);
  VERIFY_IS_EQUAL(rank, qr.rank());
  VERIFY_IS_EQUAL(Cols - qr.rank(), qr.dimensionOfKernel());
  VERIFY_IS_EQUAL(qr.isInjective(), (rank == Rows));
  VERIFY_IS_EQUAL(qr.isSurjective(), (rank == Cols));
  VERIFY_IS_EQUAL(qr.isInvertible(), (qr.isInjective() && qr.isSurjective()));

  Matrix<Scalar,Rows,Cols> r = qr.matrixQR().template triangularView<Upper>();
  Matrix<Scalar,Rows,Cols> c = qr.householderQ() * r * qr.colsPermutation().inverse();
  VERIFY_IS_APPROX(m1, c);

  check_solverbase<Matrix<Scalar,Cols,Cols2>, Matrix<Scalar,Rows,Cols2> >(m1, qr, Rows, Cols, Cols2);

  // Verify that the absolute value of the diagonal elements in R are
  // non-increasing until they reache the singularity threshold.
  RealScalar threshold =
      sqrt(RealScalar(Rows)) * (std::abs)(r(0, 0)) * NumTraits<Scalar>::epsilon();
  for (Index i = 0; i < (std::min)(int(Rows), int(Cols)) - 1; ++i) {
    RealScalar x = numext::abs(r(i, i));
    RealScalar y = numext::abs(r(i + 1, i + 1));
    if (x < threshold && y < threshold) continue;
    if (!test_isApproxOrLessThan(y, x)) {
      for (Index j = 0; j < (std::min)(int(Rows), int(Cols)); ++j) {
        std::cout << "i = " << j << ", |r_ii| = " << numext::abs(r(j, j)) << std::endl;
      }
      std::cout << "Failure at i=" << i << ", rank=" << rank
                << ", threshold=" << threshold << std::endl;
    }
    VERIFY_IS_APPROX_OR_LESS_THAN(y, x);
  }
}

// This test is meant to verify that pivots are chosen such that
// even for a graded matrix, the diagonal of R falls of roughly
// monotonically until it reaches the threshold for singularity.
// We use the so-called Kahan matrix, which is a famous counter-example
// for rank-revealing QR. See
// http://www.netlib.org/lapack/lawnspdf/lawn176.pdf
// page 3 for more detail.
template<typename MatrixType> void qr_kahan_matrix()
{
  using std::sqrt;
  using std::abs;
  typedef typename MatrixType::Scalar Scalar;
  typedef typename MatrixType::RealScalar RealScalar;

  Index rows = 300, cols = rows;

  MatrixType m1;
  m1.setZero(rows,cols);
  RealScalar s = std::pow(NumTraits<RealScalar>::epsilon(), 1.0 / rows);
  RealScalar c = std::sqrt(1 - s*s);
  RealScalar pow_s_i(1.0); // pow(s,i)
  for (Index i = 0; i < rows; ++i) {
    m1(i, i) = pow_s_i;
    m1.row(i).tail(rows - i - 1) = -pow_s_i * c * MatrixType::Ones(1, rows - i - 1);
    pow_s_i *= s;
  }
  m1 = (m1 + m1.transpose()).eval();
  ColPivHouseholderQR<MatrixType> qr(m1);
  MatrixType r = qr.matrixQR().template triangularView<Upper>();

  RealScalar threshold =
      std::sqrt(RealScalar(rows)) * numext::abs(r(0, 0)) * NumTraits<Scalar>::epsilon();
  for (Index i = 0; i < (std::min)(rows, cols) - 1; ++i) {
    RealScalar x = numext::abs(r(i, i));
    RealScalar y = numext::abs(r(i + 1, i + 1));
    if (x < threshold && y < threshold) continue;
    if (!test_isApproxOrLessThan(y, x)) {
      for (Index j = 0; j < (std::min)(rows, cols); ++j) {
        std::cout << "i = " << j << ", |r_ii| = " << numext::abs(r(j, j)) << std::endl;
      }
      std::cout << "Failure at i=" << i << ", rank=" << qr.rank()
                << ", threshold=" << threshold << std::endl;
    }
    VERIFY_IS_APPROX_OR_LESS_THAN(y, x);
  }
}

template<typename MatrixType> void qr_invertible()
{
  using std::log;
  using std::abs;
  typedef typename NumTraits<typename MatrixType::Scalar>::Real RealScalar;
  typedef typename MatrixType::Scalar Scalar;

  int size = internal::random<int>(10,50);

  MatrixType m1(size, size), m2(size, size), m3(size, size);
  m1 = MatrixType::Random(size,size);

  if (internal::is_same<RealScalar,float>::value)
  {
    // let's build a matrix more stable to inverse
    MatrixType a = MatrixType::Random(size,size*2);
    m1 += a * a.adjoint();
  }

  ColPivHouseholderQR<MatrixType> qr(m1);

  check_solverbase<MatrixType, MatrixType>(m1, qr, size, size, size);

  // now construct a matrix with prescribed determinant
  m1.setZero();
  for(int i = 0; i < size; i++) m1(i,i) = internal::random<Scalar>();
  RealScalar absdet = abs(m1.diagonal().prod());
  m3 = qr.householderQ(); // get a unitary
  m1 = m3 * m1 * m3;
  qr.compute(m1);
  VERIFY_IS_APPROX(absdet, qr.absDeterminant());
  VERIFY_IS_APPROX(log(absdet), qr.logAbsDeterminant());
}

template<typename MatrixType> void qr_verify_assert()
{
  MatrixType tmp;

  ColPivHouseholderQR<MatrixType> qr;
  VERIFY_RAISES_ASSERT(qr.matrixQR())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(qr.solve(tmp))
  VERIFY_RAISES_ASSERT(qr.transpose().solve(tmp))
  VERIFY_RAISES_ASSERT(qr.adjoint().solve(tmp))
  VERIFY_RAISES_ASSERT(qr.householderQ())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(qr.dimensionOfKernel())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(qr.isInjective())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(qr.isSurjective())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(qr.isInvertible())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(qr.inverse())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(qr.absDeterminant())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(qr.logAbsDeterminant())
}

template<typename MatrixType> void cod_verify_assert()
{
  MatrixType tmp;

  CompleteOrthogonalDecomposition<MatrixType> cod;
  VERIFY_RAISES_ASSERT(cod.matrixQTZ())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(cod.solve(tmp))
  VERIFY_RAISES_ASSERT(cod.transpose().solve(tmp))
  VERIFY_RAISES_ASSERT(cod.adjoint().solve(tmp))
  VERIFY_RAISES_ASSERT(cod.householderQ())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(cod.dimensionOfKernel())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(cod.isInjective())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(cod.isSurjective())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(cod.isInvertible())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(cod.pseudoInverse())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(cod.absDeterminant())
  VERIFY_RAISES_ASSERT(cod.logAbsDeterminant())
}

EIGEN_DECLARE_TEST(qr_colpivoting)
{
  for(int i = 0; i < g_repeat; i++) {
    CALL_SUBTEST_1( qr<MatrixXf>() );
    CALL_SUBTEST_2( qr<MatrixXd>() );
    CALL_SUBTEST_3( qr<MatrixXcd>() );
    CALL_SUBTEST_4(( qr_fixedsize<Matrix<float,3,5>, 4 >() ));
    CALL_SUBTEST_5(( qr_fixedsize<Matrix<double,6,2>, 3 >() ));
    CALL_SUBTEST_5(( qr_fixedsize<Matrix<double,1,1>, 1 >() ));
  }

  for(int i = 0; i < g_repeat; i++) {
    CALL_SUBTEST_1( cod<MatrixXf>() );
    CALL_SUBTEST_2( cod<MatrixXd>() );
    CALL_SUBTEST_3( cod<MatrixXcd>() );
    CALL_SUBTEST_4(( cod_fixedsize<Matrix<float,3,5>, 4 >() ));
    CALL_SUBTEST_5(( cod_fixedsize<Matrix<double,6,2>, 3 >() ));
    CALL_SUBTEST_5(( cod_fixedsize<Matrix<double,1,1>, 1 >() ));
  }

  for(int i = 0; i < g_repeat; i++) {
    CALL_SUBTEST_1( qr_invertible<MatrixXf>() );
    CALL_SUBTEST_2( qr_invertible<MatrixXd>() );
    CALL_SUBTEST_6( qr_invertible<MatrixXcf>() );
    CALL_SUBTEST_3( qr_invertible<MatrixXcd>() );
  }

  CALL_SUBTEST_7(qr_verify_assert<Matrix3f>());
  CALL_SUBTEST_8(qr_verify_assert<Matrix3d>());
  CALL_SUBTEST_1(qr_verify_assert<MatrixXf>());
  CALL_SUBTEST_2(qr_verify_assert<MatrixXd>());
  CALL_SUBTEST_6(qr_verify_assert<MatrixXcf>());
  CALL_SUBTEST_3(qr_verify_assert<MatrixXcd>());

  CALL_SUBTEST_7(cod_verify_assert<Matrix3f>());
  CALL_SUBTEST_8(cod_verify_assert<Matrix3d>());
  CALL_SUBTEST_1(cod_verify_assert<MatrixXf>());
  CALL_SUBTEST_2(cod_verify_assert<MatrixXd>());
  CALL_SUBTEST_6(cod_verify_assert<MatrixXcf>());
  CALL_SUBTEST_3(cod_verify_assert<MatrixXcd>());

  // Test problem size constructors
  CALL_SUBTEST_9(ColPivHouseholderQR<MatrixXf>(10, 20));

  CALL_SUBTEST_1( qr_kahan_matrix<MatrixXf>() );
  CALL_SUBTEST_2( qr_kahan_matrix<MatrixXd>() );
}

78%


¤ Dauer der Verarbeitung: 0.1 Sekunden  (vorverarbeitet)  ¤

*© Formatika GbR, Deutschland






Wurzel

Suchen

Beweissystem der NASA

Beweissystem Isabelle

NIST Cobol Testsuite

Cephes Mathematical Library

Wiener Entwicklungsmethode

Haftungshinweis

Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.

Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung ist noch experimentell.






                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....

Besucherstatistik

Besucherstatistik

Monitoring

Montastic status badge