Planet
navi homePPSaboutscreenshotsdownloaddevelopmentforum

source: downloads/boost_1_34_1/boost/numeric/ublas/lu.hpp @ 33

Last change on this file since 33 was 29, checked in by landauf, 16 years ago

updated boost from 1_33_1 to 1_34_1

File size: 13.8 KB
Line 
1//
2//  Copyright (c) 2000-2002
3//  Joerg Walter, Mathias Koch
4//
5//  Permission to use, copy, modify, distribute and sell this software
6//  and its documentation for any purpose is hereby granted without fee,
7//  provided that the above copyright notice appear in all copies and
8//  that both that copyright notice and this permission notice appear
9//  in supporting documentation.  The authors make no representations
10//  about the suitability of this software for any purpose.
11//  It is provided "as is" without express or implied warranty.
12//
13//  The authors gratefully acknowledge the support of
14//  GeNeSys mbH & Co. KG in producing this work.
15//
16
17#ifndef _BOOST_UBLAS_LU_
18#define _BOOST_UBLAS_LU_
19
20#include <boost/numeric/ublas/operation.hpp>
21#include <boost/numeric/ublas/vector_proxy.hpp>
22#include <boost/numeric/ublas/matrix_proxy.hpp>
23#include <boost/numeric/ublas/vector.hpp>
24#include <boost/numeric/ublas/triangular.hpp>
25
26// LU factorizations in the spirit of LAPACK and Golub & van Loan
27
28namespace boost { namespace numeric { namespace ublas {
29
30    template<class T = std::size_t, class A = unbounded_array<T> >
31    class permutation_matrix:
32        public vector<T, A> {
33    public:
34        typedef vector<T, A> vector_type;
35        typedef typename vector_type::size_type size_type;
36
37        // Construction and destruction
38        BOOST_UBLAS_INLINE
39        permutation_matrix (size_type size):
40            vector<T, A> (size) {
41            for (size_type i = 0; i < size; ++ i)
42                (*this) (i) = i;
43        }
44        BOOST_UBLAS_INLINE
45        ~permutation_matrix () {}
46
47        // Assignment
48        BOOST_UBLAS_INLINE
49        permutation_matrix &operator = (const permutation_matrix &m) {
50            vector_type::operator = (m);
51            return *this;
52        }
53    };
54
55    template<class PM, class MV>
56    BOOST_UBLAS_INLINE
57    void swap_rows (const PM &pm, MV &mv, vector_tag) {
58        typedef typename PM::size_type size_type;
59        typedef typename MV::value_type value_type;
60
61        size_type size = pm.size ();
62        for (size_type i = 0; i < size; ++ i) {
63            if (i != pm (i))
64                std::swap (mv (i), mv (pm (i)));
65        }
66    }
67    template<class PM, class MV>
68    BOOST_UBLAS_INLINE
69    void swap_rows (const PM &pm, MV &mv, matrix_tag) {
70        typedef typename PM::size_type size_type;
71        typedef typename MV::value_type value_type;
72
73        size_type size = pm.size ();
74        for (size_type i = 0; i < size; ++ i) {
75            if (i != pm (i))
76                row (mv, i).swap (row (mv, pm (i)));
77        }
78    }
79    // Dispatcher
80    template<class PM, class MV>
81    BOOST_UBLAS_INLINE
82    void swap_rows (const PM &pm, MV &mv) {
83        swap_rows (pm, mv, typename MV::type_category ());
84    }
85
86    // LU factorization without pivoting
87    template<class M>
88    typename M::size_type lu_factorize (M &m) {
89        typedef M matrix_type;
90        typedef typename M::size_type size_type;
91        typedef typename M::value_type value_type;
92
93#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
94        matrix_type cm (m);
95#endif
96        int singular = 0;
97        size_type size1 = m.size1 ();
98        size_type size2 = m.size2 ();
99        size_type size = (std::min) (size1, size2);
100        for (size_type i = 0; i < size; ++ i) {
101            matrix_column<M> mci (column (m, i));
102            matrix_row<M> mri (row (m, i));
103            if (m (i, i) != value_type/*zero*/()) {
104                project (mci, range (i + 1, size1)) *= value_type (1) / m (i, i);
105            } else if (singular == 0) {
106                singular = i + 1;
107            }
108            project (m, range (i + 1, size1), range (i + 1, size2)).minus_assign (
109                outer_prod (project (mci, range (i + 1, size1)),
110                            project (mri, range (i + 1, size2))));
111        }
112#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
113        BOOST_UBLAS_CHECK (singular != 0 ||
114                           detail::expression_type_check (prod (triangular_adaptor<matrix_type, unit_lower> (m),
115                                                                triangular_adaptor<matrix_type, upper> (m)), 
116                                                          cm), internal_logic ());
117#endif
118        return singular;
119    }
120
121    // LU factorization with partial pivoting
122    template<class M, class PM>
123    typename M::size_type lu_factorize (M &m, PM &pm) {
124        typedef M matrix_type;
125        typedef typename M::size_type size_type;
126        typedef typename M::value_type value_type;
127
128#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
129        matrix_type cm (m);
130#endif
131        int singular = 0;
132        size_type size1 = m.size1 ();
133        size_type size2 = m.size2 ();
134        size_type size = (std::min) (size1, size2);
135        for (size_type i = 0; i < size; ++ i) {
136            matrix_column<M> mci (column (m, i));
137            matrix_row<M> mri (row (m, i));
138            size_type i_norm_inf = i + index_norm_inf (project (mci, range (i, size1)));
139            BOOST_UBLAS_CHECK (i_norm_inf < size1, external_logic ());
140            if (m (i_norm_inf, i) != value_type/*zero*/()) {
141                if (i_norm_inf != i) {
142                    pm (i) = i_norm_inf;
143                    row (m, i_norm_inf).swap (mri);
144                } else {
145                    BOOST_UBLAS_CHECK (pm (i) == i_norm_inf, external_logic ());
146                }
147                project (mci, range (i + 1, size1)) *= value_type (1) / m (i, i);
148            } else if (singular == 0) {
149                singular = i + 1;
150            }
151            project (m, range (i + 1, size1), range (i + 1, size2)).minus_assign (
152                outer_prod (project (mci, range (i + 1, size1)),
153                            project (mri, range (i + 1, size2))));
154        }
155#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
156        swap_rows (pm, cm);
157        BOOST_UBLAS_CHECK (singular != 0 ||
158                           detail::expression_type_check (prod (triangular_adaptor<matrix_type, unit_lower> (m),
159                                                                triangular_adaptor<matrix_type, upper> (m)), cm), internal_logic ());
160#endif
161        return singular;
162    }
163
164    template<class M, class PM>
165    typename M::size_type axpy_lu_factorize (M &m, PM &pm) {
166        typedef M matrix_type;
167        typedef typename M::size_type size_type;
168        typedef typename M::value_type value_type;
169        typedef vector<value_type> vector_type;
170
171#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
172        matrix_type cm (m);
173#endif
174        int singular = 0;
175        size_type size1 = m.size1 ();
176        size_type size2 = m.size2 ();
177        size_type size = (std::min) (size1, size2);
178#ifndef BOOST_UBLAS_LU_WITH_INPLACE_SOLVE
179        matrix_type mr (m);
180        mr.assign (zero_matrix<value_type> (size1, size2));
181        vector_type v (size1);
182        for (size_type i = 0; i < size; ++ i) {
183            matrix_range<matrix_type> lrr (project (mr, range (0, i), range (0, i)));
184            vector_range<matrix_column<matrix_type> > urr (project (column (mr, i), range (0, i)));
185            urr.assign (solve (lrr, project (column (m, i), range (0, i)), unit_lower_tag ()));
186            project (v, range (i, size1)).assign (
187                project (column (m, i), range (i, size1)) -
188                axpy_prod<vector_type> (project (mr, range (i, size1), range (0, i)), urr));
189            size_type i_norm_inf = i + index_norm_inf (project (v, range (i, size1)));
190            BOOST_UBLAS_CHECK (i_norm_inf < size1, external_logic ());
191            if (v (i_norm_inf) != value_type/*zero*/()) {
192                if (i_norm_inf != i) {
193                    pm (i) = i_norm_inf;
194                    std::swap (v (i_norm_inf), v (i));
195                    project (row (m, i_norm_inf), range (i + 1, size2)).swap (project (row (m, i), range (i + 1, size2)));
196                } else {
197                    BOOST_UBLAS_CHECK (pm (i) == i_norm_inf, external_logic ());
198                }
199                project (column (mr, i), range (i + 1, size1)).assign (
200                    project (v, range (i + 1, size1)) / v (i));
201                if (i_norm_inf != i) {
202                    project (row (mr, i_norm_inf), range (0, i)).swap (project (row (mr, i), range (0, i)));
203                }
204            } else if (singular == 0) {
205                singular = i + 1;
206            }
207            mr (i, i) = v (i);
208        }
209        m.assign (mr);
210#else
211        matrix_type lr (m);
212        matrix_type ur (m);
213        lr.assign (identity_matrix<value_type> (size1, size2));
214        ur.assign (zero_matrix<value_type> (size1, size2));
215        vector_type v (size1);
216        for (size_type i = 0; i < size; ++ i) {
217            matrix_range<matrix_type> lrr (project (lr, range (0, i), range (0, i)));
218            vector_range<matrix_column<matrix_type> > urr (project (column (ur, i), range (0, i)));
219            urr.assign (project (column (m, i), range (0, i)));
220            inplace_solve (lrr, urr, unit_lower_tag ());
221            project (v, range (i, size1)).assign (
222                project (column (m, i), range (i, size1)) -
223                axpy_prod<vector_type> (project (lr, range (i, size1), range (0, i)), urr));
224            size_type i_norm_inf = i + index_norm_inf (project (v, range (i, size1)));
225            BOOST_UBLAS_CHECK (i_norm_inf < size1, external_logic ());
226            if (v (i_norm_inf) != value_type/*zero*/()) {
227                if (i_norm_inf != i) {
228                    pm (i) = i_norm_inf;
229                    std::swap (v (i_norm_inf), v (i));
230                    project (row (m, i_norm_inf), range (i + 1, size2)).swap (project (row (m, i), range (i + 1, size2)));
231                } else {
232                    BOOST_UBLAS_CHECK (pm (i) == i_norm_inf, external_logic ());
233                }
234                project (column (lr, i), range (i + 1, size1)).assign (
235                    project (v, range (i + 1, size1)) / v (i));
236                if (i_norm_inf != i) {
237                    project (row (lr, i_norm_inf), range (0, i)).swap (project (row (lr, i), range (0, i)));
238                }
239            } else if (singular == 0) {
240                singular = i + 1;
241            }
242            ur (i, i) = v (i);
243        }
244        m.assign (triangular_adaptor<matrix_type, strict_lower> (lr) +
245                  triangular_adaptor<matrix_type, upper> (ur));
246#endif
247#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
248        swap_rows (pm, cm);
249        BOOST_UBLAS_CHECK (singular != 0 ||
250                           detail::expression_type_check (prod (triangular_adaptor<matrix_type, unit_lower> (m),
251                                                                triangular_adaptor<matrix_type, upper> (m)), cm), internal_logic ());
252#endif
253        return singular;
254    }
255
256    // LU substitution
257    template<class M, class E>
258    void lu_substitute (const M &m, vector_expression<E> &e) {
259        typedef const M const_matrix_type;
260        typedef vector<typename E::value_type> vector_type;
261
262#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
263        vector_type cv1 (e);
264#endif
265        inplace_solve (m, e, unit_lower_tag ());
266#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
267        BOOST_UBLAS_CHECK (detail::expression_type_check (prod (triangular_adaptor<const_matrix_type, unit_lower> (m), e), cv1), internal_logic ());
268        vector_type cv2 (e);
269#endif
270        inplace_solve (m, e, upper_tag ());
271#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
272        BOOST_UBLAS_CHECK (detail::expression_type_check (prod (triangular_adaptor<const_matrix_type, upper> (m), e), cv2), internal_logic ());
273#endif
274    }
275    template<class M, class E>
276    void lu_substitute (const M &m, matrix_expression<E> &e) {
277        typedef const M const_matrix_type;
278        typedef matrix<typename E::value_type> matrix_type;
279
280#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
281        matrix_type cm1 (e);
282#endif
283        inplace_solve (m, e, unit_lower_tag ());
284#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
285        BOOST_UBLAS_CHECK (detail::expression_type_check (prod (triangular_adaptor<const_matrix_type, unit_lower> (m), e), cm1), internal_logic ());
286        matrix_type cm2 (e);
287#endif
288        inplace_solve (m, e, upper_tag ());
289#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
290        BOOST_UBLAS_CHECK (detail::expression_type_check (prod (triangular_adaptor<const_matrix_type, upper> (m), e), cm2), internal_logic ());
291#endif
292    }
293    template<class M, class PMT, class PMA, class MV>
294    void lu_substitute (const M &m, const permutation_matrix<PMT, PMA> &pm, MV &mv) {
295        swap_rows (pm, mv);
296        lu_substitute (m, mv);
297    }
298    template<class E, class M>
299    void lu_substitute (vector_expression<E> &e, const M &m) {
300        typedef const M const_matrix_type;
301        typedef vector<typename E::value_type> vector_type;
302
303#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
304        vector_type cv1 (e);
305#endif
306        inplace_solve (e, m, upper_tag ());
307#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
308        BOOST_UBLAS_CHECK (detail::expression_type_check (prod (e, triangular_adaptor<const_matrix_type, upper> (m)), cv1), internal_logic ());
309        vector_type cv2 (e);
310#endif
311        inplace_solve (e, m, unit_lower_tag ());
312#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
313        BOOST_UBLAS_CHECK (detail::expression_type_check (prod (e, triangular_adaptor<const_matrix_type, unit_lower> (m)), cv2), internal_logic ());
314#endif
315    }
316    template<class E, class M>
317    void lu_substitute (matrix_expression<E> &e, const M &m) {
318        typedef const M const_matrix_type;
319        typedef matrix<typename E::value_type> matrix_type;
320
321#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
322        matrix_type cm1 (e);
323#endif
324        inplace_solve (e, m, upper_tag ());
325#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
326        BOOST_UBLAS_CHECK (detail::expression_type_check (prod (e, triangular_adaptor<const_matrix_type, upper> (m)), cm1), internal_logic ());
327        matrix_type cm2 (e);
328#endif
329        inplace_solve (e, m, unit_lower_tag ());
330#if BOOST_UBLAS_TYPE_CHECK
331        BOOST_UBLAS_CHECK (detail::expression_type_check (prod (e, triangular_adaptor<const_matrix_type, unit_lower> (m)), cm2), internal_logic ());
332#endif
333    }
334    template<class MV, class M, class PMT, class PMA>
335    void lu_substitute (MV &mv, const M &m, const permutation_matrix<PMT, PMA> &pm) {
336        swap_rows (pm, mv);
337        lu_substitute (mv, m);
338    }
339
340}}}
341
342#endif
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.