Quellcodebibliothek Statistik Leitseite products/sources/formale Sprachen/C/MySQL/unsupported/Eigen/src/MatrixFunctions/   (MySQL Server Version 8.1-8.4©)  Datei vom 12.11.2025 mit Größe 13 kB image not shown  

Quelle  MatrixSquareRoot.h   Sprache: C

 
// This file is part of Eigen, a lightweight C++ template library
// for linear algebra.
//
// Copyright (C) 2011, 2013 Jitse Niesen <jitse@maths.leeds.ac.uk>
//
// 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/.

#ifndef EIGEN_MATRIX_SQUARE_ROOT
#define EIGEN_MATRIX_SQUARE_ROOT

namespace Eigen { 

namespace internal {

// pre:  T.block(i,i,2,2) has complex conjugate eigenvalues
// post: sqrtT.block(i,i,2,2) is square root of T.block(i,i,2,2)
template <typename MatrixType, typename ResultType>
void matrix_sqrt_quasi_triangular_2x2_diagonal_block(const MatrixType& T, Index i, ResultType& sqrtT)
{
  // TODO: This case (2-by-2 blocks with complex conjugate eigenvalues) is probably hidden somewhere
  //       in EigenSolver. If we expose it, we could call it directly from here.
  typedef typename traits<MatrixType>::Scalar Scalar;
  Matrix<Scalar,2,2> block = T.template block<2,2>(i,i);
  EigenSolver<Matrix<Scalar,2,2> > es(block);
  sqrtT.template block<2,2>(i,i)
    = (es.eigenvectors() * es.eigenvalues().cwiseSqrt().asDiagonal() * es.eigenvectors().inverse()).real();
}

// pre:  block structure of T is such that (i,j) is a 1x1 block,
//       all blocks of sqrtT to left of and below (i,j) are correct
// post: sqrtT(i,j) has the correct value
template <typename MatrixType, typename ResultType>
void matrix_sqrt_quasi_triangular_1x1_off_diagonal_block(const MatrixType& T, Index i, Index j, ResultType& sqrtT)
{
  typedef typename traits<MatrixType>::Scalar Scalar;
  Scalar tmp = (sqrtT.row(i).segment(i+1,j-i-1) * sqrtT.col(j).segment(i+1,j-i-1)).value();
  sqrtT.coeffRef(i,j) = (T.coeff(i,j) - tmp) / (sqrtT.coeff(i,i) + sqrtT.coeff(j,j));
}

// similar to compute1x1offDiagonalBlock()
template <typename MatrixType, typename ResultType>
void matrix_sqrt_quasi_triangular_1x2_off_diagonal_block(const MatrixType& T, Index i, Index j, ResultType& sqrtT)
{
  typedef typename traits<MatrixType>::Scalar Scalar;
  Matrix<Scalar,1,2> rhs = T.template block<1,2>(i,j);
  if (j-i > 1)
    rhs -= sqrtT.block(i, i+1, 1, j-i-1) * sqrtT.block(i+1, j, j-i-1, 2);
  Matrix<Scalar,2,2> A = sqrtT.coeff(i,i) * Matrix<Scalar,2,2>::Identity();
  A += sqrtT.template block<2,2>(j,j).transpose();
  sqrtT.template block<1,2>(i,j).transpose() = A.fullPivLu().solve(rhs.transpose());
}

// similar to compute1x1offDiagonalBlock()
template <typename MatrixType, typename ResultType>
void matrix_sqrt_quasi_triangular_2x1_off_diagonal_block(const MatrixType& T, Index i, Index j, ResultType& sqrtT)
{
  typedef typename traits<MatrixType>::Scalar Scalar;
  Matrix<Scalar,2,1> rhs = T.template block<2,1>(i,j);
  if (j-i > 2)
    rhs -= sqrtT.block(i, i+2, 2, j-i-2) * sqrtT.block(i+2, j, j-i-2, 1);
  Matrix<Scalar,2,2> A = sqrtT.coeff(j,j) * Matrix<Scalar,2,2>::Identity();
  A += sqrtT.template block<2,2>(i,i);
  sqrtT.template block<2,1>(i,j) = A.fullPivLu().solve(rhs);
}

// solves the equation A X + X B = C where all matrices are 2-by-2
template <typename MatrixType>
void matrix_sqrt_quasi_triangular_solve_auxiliary_equation(MatrixType& X, const MatrixType& A, const MatrixType& B, const MatrixType& C)
{
  typedef typename traits<MatrixType>::Scalar Scalar;
  Matrix<Scalar,4,4> coeffMatrix = Matrix<Scalar,4,4>::Zero();
  coeffMatrix.coeffRef(0,0) = A.coeff(0,0) + B.coeff(0,0);
  coeffMatrix.coeffRef(1,1) = A.coeff(0,0) + B.coeff(1,1);
  coeffMatrix.coeffRef(2,2) = A.coeff(1,1) + B.coeff(0,0);
  coeffMatrix.coeffRef(3,3) = A.coeff(1,1) + B.coeff(1,1);
  coeffMatrix.coeffRef(0,1) = B.coeff(1,0);
  coeffMatrix.coeffRef(0,2) = A.coeff(0,1);
  coeffMatrix.coeffRef(1,0) = B.coeff(0,1);
  coeffMatrix.coeffRef(1,3) = A.coeff(0,1);
  coeffMatrix.coeffRef(2,0) = A.coeff(1,0);
  coeffMatrix.coeffRef(2,3) = B.coeff(1,0);
  coeffMatrix.coeffRef(3,1) = A.coeff(1,0);
  coeffMatrix.coeffRef(3,2) = B.coeff(0,1);

  Matrix<Scalar,4,1> rhs;
  rhs.coeffRef(0) = C.coeff(0,0);
  rhs.coeffRef(1) = C.coeff(0,1);
  rhs.coeffRef(2) = C.coeff(1,0);
  rhs.coeffRef(3) = C.coeff(1,1);

  Matrix<Scalar,4,1> result;
  result = coeffMatrix.fullPivLu().solve(rhs);

  X.coeffRef(0,0) = result.coeff(0);
  X.coeffRef(0,1) = result.coeff(1);
  X.coeffRef(1,0) = result.coeff(2);
  X.coeffRef(1,1) = result.coeff(3);
}

// similar to compute1x1offDiagonalBlock()
template <typename MatrixType, typename ResultType>
void matrix_sqrt_quasi_triangular_2x2_off_diagonal_block(const MatrixType& T, Index i, Index j, ResultType& sqrtT)
{
  typedef typename traits<MatrixType>::Scalar Scalar;
  Matrix<Scalar,2,2> A = sqrtT.template block<2,2>(i,i);
  Matrix<Scalar,2,2> B = sqrtT.template block<2,2>(j,j);
  Matrix<Scalar,2,2> C = T.template block<2,2>(i,j);
  if (j-i > 2)
    C -= sqrtT.block(i, i+2, 2, j-i-2) * sqrtT.block(i+2, j, j-i-2, 2);
  Matrix<Scalar,2,2> X;
  matrix_sqrt_quasi_triangular_solve_auxiliary_equation(X, A, B, C);
  sqrtT.template block<2,2>(i,j) = X;
}

// pre:  T is quasi-upper-triangular and sqrtT is a zero matrix of the same size
// post: the diagonal blocks of sqrtT are the square roots of the diagonal blocks of T
template <typename MatrixType, typename ResultType>
void matrix_sqrt_quasi_triangular_diagonal(const MatrixType& T, ResultType& sqrtT)
{
  using std::sqrt;
  const Index size = T.rows();
  for (Index i = 0; i < size; i++) {
    if (i == size - 1 || T.coeff(i+1, i) == 0) {
      eigen_assert(T(i,i) >= 0);
      sqrtT.coeffRef(i,i) = sqrt(T.coeff(i,i));
    }
    else {
      matrix_sqrt_quasi_triangular_2x2_diagonal_block(T, i, sqrtT);
      ++i;
    }
  }
}

// pre:  T is quasi-upper-triangular and diagonal blocks of sqrtT are square root of diagonal blocks of T.
// post: sqrtT is the square root of T.
template <typename MatrixType, typename ResultType>
void matrix_sqrt_quasi_triangular_off_diagonal(const MatrixType& T, ResultType&&nbsp;sqrtT)
{
  const Index size = T.rows();
  for (Index j = 1; j < size; j++) {
      if (T.coeff(j, j-1) != 0)  // if T(j-1:j, j-1:j) is a 2-by-2 block
 continue;
    for (Index i = j-1; i >= 0; i--) {
      if (i > 0 && T.coeff(i, i-1) != 0)  // if T(i-1:i, i-1:i) is a 2-by-2 block
 continue;
      bool iBlockIs2x2 = (i < size - 1) && (T.coeff(i+1, i) != 0);
      bool jBlockIs2x2 = (j < size - 1) && (T.coeff(j+1, j) != 0);
      if (iBlockIs2x2 && jBlockIs2x2) 
        matrix_sqrt_quasi_triangular_2x2_off_diagonal_block(T, i, j, sqrtT);
      else if (iBlockIs2x2 && !jBlockIs2x2) 
        matrix_sqrt_quasi_triangular_2x1_off_diagonal_block(T, i, j, sqrtT);
      else if (!iBlockIs2x2 && jBlockIs2x2) 
        matrix_sqrt_quasi_triangular_1x2_off_diagonal_block(T, i, j, sqrtT);
      else if (!iBlockIs2x2 && !jBlockIs2x2) 
        matrix_sqrt_quasi_triangular_1x1_off_diagonal_block(T, i, j, sqrtT);
    }
  }
}

// end of namespace internal

/** \ingroup MatrixFunctions_Module
  * \brief Compute matrix square root of quasi-triangular matrix.
  *
  * \tparam  MatrixType  type of \p arg, the argument of matrix square root,
  *                      expected to be an instantiation of the Matrix class template.
  * \tparam  ResultType  type of \p result, where result is to be stored.
  * \param[in]  arg      argument of matrix square root.
  * \param[out] result   matrix square root of upper Hessenberg part of \p arg.
  *
  * This function computes the square root of the upper quasi-triangular matrix stored in the upper
  * Hessenberg part of \p arg.  Only the upper Hessenberg part of \p result is updated, the rest is
  * not touched.  See MatrixBase::sqrt() for details on how this computation is implemented.
  *
  * \sa MatrixSquareRoot, MatrixSquareRootQuasiTriangular
  */

template <typename MatrixType, typename ResultType> 
void matrix_sqrt_quasi_triangular(const MatrixType &arg, ResultType &result)
{
  eigen_assert(arg.rows() == arg.cols());
  result.resize(arg.rows(), arg.cols());
  internal::matrix_sqrt_quasi_triangular_diagonal(arg, result);
  internal::matrix_sqrt_quasi_triangular_off_diagonal(arg, result);
}


/** \ingroup MatrixFunctions_Module
  * \brief Compute matrix square root of triangular matrix.
  *
  * \tparam  MatrixType  type of \p arg, the argument of matrix square root,
  *                      expected to be an instantiation of the Matrix class template.
  * \tparam  ResultType  type of \p result, where result is to be stored.
  * \param[in]  arg      argument of matrix square root.
  * \param[out] result   matrix square root of upper triangular part of \p arg.
  *
  * Only the upper triangular part (including the diagonal) of \p result is updated, the rest is not
  * touched.  See MatrixBase::sqrt() for details on how this computation is implemented.
  *
  * \sa MatrixSquareRoot, MatrixSquareRootQuasiTriangular
  */

template <typename MatrixType, typename ResultType> 
void matrix_sqrt_triangular(const MatrixType &arg, ResultType &result)
{
  using std::sqrt;
  typedef typename MatrixType::Scalar Scalar;

  eigen_assert(arg.rows() == arg.cols());

  // Compute square root of arg and store it in upper triangular part of result
  // This uses that the square root of triangular matrices can be computed directly.
  result.resize(arg.rows(), arg.cols());
  for (Index i = 0; i < arg.rows(); i++) {
    result.coeffRef(i,i) = sqrt(arg.coeff(i,i));
  }
  for (Index j = 1; j < arg.cols(); j++) {
    for (Index i = j-1; i >= 0; i--) {
      // if i = j-1, then segment has length 0 so tmp = 0
      Scalar tmp = (result.row(i).segment(i+1,j-i-1) * result.col(j).segment(i+1,j-i-1)).value();
      // denominator may be zero if original matrix is singular
      result.coeffRef(i,j) = (arg.coeff(i,j) - tmp) / (result.coeff(i,i) + result.coeff(j,j));
    }
  }
}


namespace internal {

/** \ingroup MatrixFunctions_Module
  * \brief Helper struct for computing matrix square roots of general matrices.
  * \tparam  MatrixType  type of the argument of the matrix square root,
  *                      expected to be an instantiation of the Matrix class template.
  *
  * \sa MatrixSquareRootTriangular, MatrixSquareRootQuasiTriangular, MatrixBase::sqrt()
  */

template <typename MatrixType, int IsComplex = NumTraits<typename internal::traits<MatrixType>::Scalar>::IsComplex>
struct matrix_sqrt_compute
{
  /** \brief Compute the matrix square root
    *
    * \param[in]  arg     matrix whose square root is to be computed.
    * \param[out] result  square root of \p arg.
    *
    * See MatrixBase::sqrt() for details on how this computation is implemented.
    */

  template <typename ResultType> static void run(const MatrixType &arg, ResultType &result);    
};


// ********** Partial specialization for real matrices **********

template <typename MatrixType>
struct matrix_sqrt_compute<MatrixType, 0>
{
  typedef typename MatrixType::PlainObject PlainType;
  template <typename ResultType>
  static void run(const MatrixType &arg, ResultType &result)
  {
    eigen_assert(arg.rows() == arg.cols());

    // Compute Schur decomposition of arg
    const RealSchur<PlainType> schurOfA(arg);
    const PlainType& T = schurOfA.matrixT();
    const PlainType& U = schurOfA.matrixU();
    
    // Compute square root of T
    PlainType sqrtT = PlainType::Zero(arg.rows(), arg.cols());
    matrix_sqrt_quasi_triangular(T, sqrtT);
    
    // Compute square root of arg
    result = U * sqrtT * U.adjoint();
  }
};


// ********** Partial specialization for complex matrices **********

template <typename MatrixType>
struct matrix_sqrt_compute<MatrixType, 1>
{
  typedef typename MatrixType::PlainObject PlainType;
  template <typename ResultType>
  static void run(const MatrixType &arg, ResultType &result)
  {
    eigen_assert(arg.rows() == arg.cols());

    // Compute Schur decomposition of arg
    const ComplexSchur<PlainType> schurOfA(arg);
    const PlainType& T = schurOfA.matrixT();
    const PlainType& U = schurOfA.matrixU();
    
    // Compute square root of T
    PlainType sqrtT;
    matrix_sqrt_triangular(T, sqrtT);
    
    // Compute square root of arg
    result = U * (sqrtT.template triangularView<Upper>() * U.adjoint());
  }
};

// end namespace internal

/** \ingroup MatrixFunctions_Module
  *
  * \brief Proxy for the matrix square root of some matrix (expression).
  *
  * \tparam Derived  Type of the argument to the matrix square root.
  *
  * This class holds the argument to the matrix square root until it
  * is assigned or evaluated for some other reason (so the argument
  * should not be changed in the meantime). It is the return type of
  * MatrixBase::sqrt() and most of the time this is the only way it is
  * used.
  */

template<typename Derived> class MatrixSquareRootReturnValue
public ReturnByValue<MatrixSquareRootReturnValue<Derived> >
{
  protected:
    typedef typename internal::ref_selector<Derived>::type DerivedNested;

  public:
    /** \brief Constructor.
      *
      * \param[in]  src  %Matrix (expression) forming the argument of the
      * matrix square root.
      */

    explicit MatrixSquareRootReturnValue(const Derived& src) : m_src(src) { }

    /** \brief Compute the matrix square root.
      *
      * \param[out]  result  the matrix square root of \p src in the
      * constructor.
      */

    template <typename ResultType>
    inline void evalTo(ResultType& result) const
    {
      typedef typename internal::nested_eval<Derived, 10>::type DerivedEvalType;
      typedef typename internal::remove_all<DerivedEvalType>::type DerivedEvalTypeClean;
      DerivedEvalType tmp(m_src);
      internal::matrix_sqrt_compute<DerivedEvalTypeClean>::run(tmp, result);
    }

    Index rows() const { return m_src.rows(); }
    Index cols() const { return m_src.cols(); }

  protected:
    const DerivedNested m_src;
};

namespace internal {
template<typename Derived>
struct traits<MatrixSquareRootReturnValue<Derived> >
{
  typedef typename Derived::PlainObject ReturnType;
};
}

template <typename Derived>
const MatrixSquareRootReturnValue<Derived> MatrixBase<Derived>::sqrt() const
{
  eigen_assert(rows() == cols());
  return MatrixSquareRootReturnValue<Derived>(derived());
}

// end namespace Eigen

#endif // EIGEN_MATRIX_FUNCTION

94%


¤ Dauer der Verarbeitung: 0.14 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.