Planet
navi homePPSaboutscreenshotsdownloaddevelopmentforum

source: orxonox.OLD/orxonox/trunk/src/lib/newmat/bandmat.cpp @ 4617

Last change on this file since 4617 was 4565, checked in by patrick, 19 years ago

orxonox/trunk: added the newmat library to the project. needs some translation in directory, temp under util/newmat. is needed by the collision detection engine to perform lin alg operations such as eigenvector decomposition. perhaps we will make our own library to do that later.

File size: 15.5 KB
Line 
1//$$ bandmat.cpp                     Band matrix definitions
2
3// Copyright (C) 1991,2,3,4,9: R B Davies
4
5#define WANT_MATH                    // include.h will get math fns
6
7//#define WANT_STREAM
8
9#include "include.h"
10
11#include "newmat.h"
12#include "newmatrc.h"
13
14#ifdef use_namespace
15namespace NEWMAT {
16#endif
17
18
19
20#ifdef DO_REPORT
21#define REPORT { static ExeCounter ExeCount(__LINE__,10); ++ExeCount; }
22#else
23#define REPORT {}
24#endif
25
26static inline int my_min(int x, int y) { return x < y ? x : y; }
27static inline int my_max(int x, int y) { return x > y ? x : y; }
28
29
30BandMatrix::BandMatrix(const BaseMatrix& M)
31{
32   REPORT // CheckConversion(M);
33   // MatrixConversionCheck mcc;
34   GeneralMatrix* gmx=((BaseMatrix&)M).Evaluate(MatrixType::BM);
35   GetMatrix(gmx); CornerClear();
36}
37
38void BandMatrix::SetParameters(const GeneralMatrix* gmx)
39{
40   REPORT
41   MatrixBandWidth bw = gmx->BandWidth();
42   lower = bw.lower; upper = bw.upper;
43}
44
45void BandMatrix::ReSize(int n, int lb, int ub)
46{
47   REPORT
48   Tracer tr("BandMatrix::ReSize");
49   if (lb<0 || ub<0) Throw(ProgramException("Undefined bandwidth"));
50   lower = (lb<=n) ? lb : n-1; upper = (ub<=n) ? ub : n-1;
51   GeneralMatrix::ReSize(n,n,n*(lower+1+upper)); CornerClear();
52}
53
54// SimpleAddOK shows when we can add etc two matrices by a simple vector add
55// and when we can add one matrix into another
56// *gm must be the same type as *this
57// return 0 if simple add is OK
58// return 1 if we can add into *gm only
59// return 2 if we can add into *this only
60// return 3 if we can't add either way
61// For SP this will still be valid if we swap 1 and 2
62
63short BandMatrix::SimpleAddOK(const GeneralMatrix* gm)
64{
65   const BandMatrix* bm = (const BandMatrix*)gm;
66   if (bm->lower == lower && bm->upper == upper) { REPORT return 0; }
67   else if (bm->lower >= lower && bm->upper >= upper) { REPORT return 1; }
68   else if (bm->lower <= lower && bm->upper <= upper) { REPORT return 2; }
69   else { REPORT return 3; }
70}
71
72short SymmetricBandMatrix::SimpleAddOK(const GeneralMatrix* gm)
73{
74   const SymmetricBandMatrix* bm = (const SymmetricBandMatrix*)gm;
75   if (bm->lower == lower) { REPORT return 0; }
76   else if (bm->lower > lower) { REPORT return 1; }
77   else { REPORT return 2; }
78}
79
80void UpperBandMatrix::ReSize(int n, int lb, int ub)
81{
82   REPORT
83   if (lb != 0)
84   {
85      Tracer tr("UpperBandMatrix::ReSize");
86      Throw(ProgramException("UpperBandMatrix with non-zero lower band" ));
87   }
88   BandMatrix::ReSize(n, lb, ub);
89}
90
91void LowerBandMatrix::ReSize(int n, int lb, int ub)
92{
93   REPORT
94   if (ub != 0)
95   {
96      Tracer tr("LowerBandMatrix::ReSize");
97      Throw(ProgramException("LowerBandMatrix with non-zero upper band" ));
98   }
99   BandMatrix::ReSize(n, lb, ub);
100}
101
102void BandMatrix::ReSize(const GeneralMatrix& A)
103{
104   REPORT
105   int n = A.Nrows();
106   if (n != A.Ncols())
107   {
108      Tracer tr("BandMatrix::ReSize(GM)");
109      Throw(NotSquareException(*this));
110   }
111   MatrixBandWidth mbw = A.BandWidth();
112   ReSize(n, mbw.Lower(), mbw.Upper());
113}
114
115bool BandMatrix::SameStorageType(const GeneralMatrix& A) const
116{
117   if (Type() != A.Type()) { REPORT return false; }
118   REPORT
119   return BandWidth() == A.BandWidth();
120}
121
122void BandMatrix::ReSizeForAdd(const GeneralMatrix& A, const GeneralMatrix& B)
123{
124   REPORT
125   Tracer tr("BandMatrix::ReSizeForAdd");
126   MatrixBandWidth A_BW = A.BandWidth(); MatrixBandWidth B_BW = B.BandWidth();
127   if ((A_BW.Lower() < 0) | (A_BW.Upper() < 0) | (B_BW.Lower() < 0)
128      | (A_BW.Upper() < 0))
129         Throw(ProgramException("Can't ReSize to BandMatrix" ));
130   // already know A and B are square
131   ReSize(A.Nrows(), my_max(A_BW.Lower(), B_BW.Lower()),
132      my_max(A_BW.Upper(), B_BW.Upper()));
133}
134
135void BandMatrix::ReSizeForSP(const GeneralMatrix& A, const GeneralMatrix& B)
136{
137   REPORT
138   Tracer tr("BandMatrix::ReSizeForSP");
139   MatrixBandWidth A_BW = A.BandWidth(); MatrixBandWidth B_BW = B.BandWidth();
140   if ((A_BW.Lower() < 0) | (A_BW.Upper() < 0) | (B_BW.Lower() < 0)
141      | (A_BW.Upper() < 0))
142         Throw(ProgramException("Can't ReSize to BandMatrix" ));
143   // already know A and B are square
144   ReSize(A.Nrows(), my_min(A_BW.Lower(), B_BW.Lower()),
145      my_min(A_BW.Upper(), B_BW.Upper()));
146}
147
148
149void BandMatrix::operator=(const BaseMatrix& X)
150{
151   REPORT // CheckConversion(X);
152   // MatrixConversionCheck mcc;
153   Eq(X,MatrixType::BM); CornerClear();
154}
155
156void BandMatrix::CornerClear() const
157{
158   // set unused parts of BandMatrix to zero
159   REPORT
160   int i = lower; Real* s = store; int bw = lower + 1 + upper;
161   while (i)
162      { int j = i--; Real* sj = s; s += bw; while (j--) *sj++ = 0.0; }
163   i = upper; s = store + storage;
164   while (i)
165      { int j = i--; Real* sj = s; s -= bw; while (j--) *(--sj) = 0.0; }
166}
167
168MatrixBandWidth MatrixBandWidth::operator+(const MatrixBandWidth& bw) const
169{
170   REPORT
171   int l = bw.lower; int u = bw.upper;
172   l = (lower < 0 || l < 0) ? -1 : (lower > l) ? lower : l;
173   u = (upper < 0 || u < 0) ? -1 : (upper > u) ? upper : u;
174   return MatrixBandWidth(l,u);
175}
176
177MatrixBandWidth MatrixBandWidth::operator*(const MatrixBandWidth& bw) const
178{
179   REPORT
180   int l = bw.lower; int u = bw.upper;
181   l = (lower < 0 || l < 0) ? -1 : lower+l;
182   u = (upper < 0 || u < 0) ? -1 : upper+u;
183   return MatrixBandWidth(l,u);
184}
185
186MatrixBandWidth MatrixBandWidth::minimum(const MatrixBandWidth& bw) const
187{
188   REPORT
189   int l = bw.lower; int u = bw.upper;
190   if ((lower >= 0) && ( (l < 0) || (l > lower) )) l = lower;
191   if ((upper >= 0) && ( (u < 0) || (u > upper) )) u = upper;
192   return MatrixBandWidth(l,u);
193}
194
195UpperBandMatrix::UpperBandMatrix(const BaseMatrix& M)
196{
197   REPORT // CheckConversion(M);
198   // MatrixConversionCheck mcc;
199   GeneralMatrix* gmx=((BaseMatrix&)M).Evaluate(MatrixType::UB);
200   GetMatrix(gmx); CornerClear();
201}
202
203void UpperBandMatrix::operator=(const BaseMatrix& X)
204{
205   REPORT // CheckConversion(X);
206   // MatrixConversionCheck mcc;
207   Eq(X,MatrixType::UB); CornerClear();
208}
209
210LowerBandMatrix::LowerBandMatrix(const BaseMatrix& M)
211{
212   REPORT // CheckConversion(M);
213   // MatrixConversionCheck mcc;
214   GeneralMatrix* gmx=((BaseMatrix&)M).Evaluate(MatrixType::LB);
215   GetMatrix(gmx); CornerClear();
216}
217
218void LowerBandMatrix::operator=(const BaseMatrix& X)
219{
220   REPORT // CheckConversion(X);
221   // MatrixConversionCheck mcc;
222   Eq(X,MatrixType::LB); CornerClear();
223}
224
225BandLUMatrix::BandLUMatrix(const BaseMatrix& m)
226{
227   REPORT
228   Tracer tr("BandLUMatrix");
229   storage2 = 0; store2 = 0;  // in event of exception during build
230   GeneralMatrix* gm = ((BaseMatrix&)m).Evaluate(MatrixType::BM);
231   m1 = ((BandMatrix*)gm)->lower; m2 = ((BandMatrix*)gm)->upper;
232   GetMatrix(gm);
233   if (nrows!=ncols) Throw(NotSquareException(*this));
234   d = true; sing = false;
235   indx = new int [nrows]; MatrixErrorNoSpace(indx);
236   MONITOR_INT_NEW("Index (BndLUMat)",nrows,indx)
237   storage2 = nrows * m1;
238   store2 = new Real [storage2]; MatrixErrorNoSpace(store2);
239   MONITOR_REAL_NEW("Make (BandLUMat)",storage2,store2)
240   ludcmp();
241}
242
243BandLUMatrix::~BandLUMatrix()
244{
245   REPORT
246   MONITOR_INT_DELETE("Index (BndLUMat)",nrows,indx)
247   MONITOR_REAL_DELETE("Delete (BndLUMt)",storage2,store2)
248   delete [] indx; delete [] store2;
249}
250
251MatrixType BandLUMatrix::Type() const { REPORT return MatrixType::BC; }
252
253
254LogAndSign BandLUMatrix::LogDeterminant() const
255{
256   REPORT
257   if (sing) return 0.0;
258   Real* a = store; int w = m1+1+m2; LogAndSign sum; int i = nrows;
259   // while (i--) { sum *= *a; a += w; }
260   if (i) for (;;) { sum *= *a; if (!(--i)) break; a += w; }
261   if (!d) sum.ChangeSign(); return sum;
262}
263
264GeneralMatrix* BandMatrix::MakeSolver()
265{
266   REPORT
267   GeneralMatrix* gm = new BandLUMatrix(*this);
268   MatrixErrorNoSpace(gm); gm->ReleaseAndDelete(); return gm;
269}
270
271
272void BandLUMatrix::ludcmp()
273{
274   REPORT
275   Real* a = store2; int i = storage2;
276   // clear store2 - so unused locations are always zero -
277   // required by operator==
278   while (i--) *a++ = 0.0;
279   a = store;
280   i = m1; int j = m2; int k; int n = nrows; int w = m1 + 1 + m2;
281   while (i)
282   {
283      Real* ai = a + i;
284      k = ++j; while (k--) *a++ = *ai++;
285      k = i--; while (k--) *a++ = 0.0;
286   }
287
288   a = store; int l = m1;
289   for (k=0; k<n; k++)
290   {
291      Real x = *a; i = k; Real* aj = a;
292      if (l < n) l++;
293      for (j=k+1; j<l; j++)
294         { aj += w; if (fabs(x) < fabs(*aj)) { x = *aj; i = j; } }
295      indx[k] = i;
296      if (x==0) { sing = true; return; }
297      if (i!=k)
298      {
299         d = !d; Real* ak = a; Real* ai = store + i * w; j = w;
300         while (j--) { x = *ak; *ak++ = *ai; *ai++ = x; }
301      }
302      aj = a + w; Real* m = store2 + m1 * k;
303      for (j=k+1; j<l; j++)
304      {
305         *m++ = x = *aj / *a; i = w; Real* ak = a;
306         while (--i) { Real* aj1 = aj++; *aj1 = *aj - x * *(++ak); }
307         *aj++ = 0.0;
308      }
309      a += w;
310   }
311}
312
313void BandLUMatrix::lubksb(Real* B, int mini)
314{
315   REPORT
316   Tracer tr("BandLUMatrix::lubksb");
317   if (sing) Throw(SingularException(*this));
318   int n = nrows; int l = m1; int w = m1 + 1 + m2;
319
320   for (int k=0; k<n; k++)
321   {
322      int i = indx[k];
323      if (i!=k) { Real x=B[k]; B[k]=B[i]; B[i]=x; }
324      if (l<n) l++;
325      Real* m = store2 + k*m1; Real* b = B+k; Real* bi = b;
326      for (i=k+1; i<l; i++)  *(++bi) -= *m++ * *b;
327   }
328
329   l = -m1;
330   for (int i = n-1; i>=mini; i--)
331   {
332      Real* b = B + i; Real* bk = b; Real x = *bk;
333      Real* a = store + w*i; Real y = *a;
334      int k = l+m1; while (k--) x -=  *(++a) * *(++bk);
335      *b = x / y;
336      if (l < m2) l++;
337   }
338}
339
340void BandLUMatrix::Solver(MatrixColX& mcout, const MatrixColX& mcin)
341{
342   REPORT
343   int i = mcin.skip; Real* el = mcin.data-i; Real* el1=el;
344   while (i--) *el++ = 0.0;
345   el += mcin.storage; i = nrows - mcin.skip - mcin.storage;
346   while (i--) *el++ = 0.0;
347   lubksb(el1, mcout.skip);
348}
349
350// Do we need check for entirely zero output?
351
352
353void UpperBandMatrix::Solver(MatrixColX& mcout,
354   const MatrixColX& mcin)
355{
356   REPORT
357   int i = mcin.skip-mcout.skip; Real* elx = mcin.data-i;
358   while (i-- > 0) *elx++ = 0.0;
359   int nr = mcin.skip+mcin.storage;
360   elx = mcin.data+mcin.storage; Real* el = elx;
361   int j = mcout.skip+mcout.storage-nr; i = nr-mcout.skip;
362   while (j-- > 0) *elx++ = 0.0;
363
364   Real* Ael = store + (upper+1)*(i-1)+1; j = 0;
365   if (i > 0) for(;;)
366   {
367      elx = el; Real sum = 0.0; int jx = j;
368      while (jx--) sum += *(--Ael) * *(--elx);
369      elx--; *elx = (*elx - sum) / *(--Ael);
370      if (--i <= 0) break;
371      if (j<upper) Ael -= upper - (++j); else el--;
372   }
373}
374
375void LowerBandMatrix::Solver(MatrixColX& mcout,
376   const MatrixColX& mcin)
377{
378   REPORT
379   int i = mcin.skip-mcout.skip; Real* elx = mcin.data-i;
380   while (i-- > 0) *elx++ = 0.0;
381   int nc = mcin.skip; i = nc+mcin.storage; elx = mcin.data+mcin.storage;
382   int nr = mcout.skip+mcout.storage; int j = nr-i; i = nr-nc;
383   while (j-- > 0) *elx++ = 0.0;
384
385   Real* el = mcin.data; Real* Ael = store + (lower+1)*nc + lower; j = 0;
386   if (i > 0) for(;;)
387   {
388      elx = el; Real sum = 0.0; int jx = j;
389      while (jx--) sum += *Ael++ * *elx++;
390      *elx = (*elx - sum) / *Ael++;
391      if (--i <= 0) break;
392      if (j<lower) Ael += lower - (++j); else el++;
393   }
394}
395
396
397LogAndSign BandMatrix::LogDeterminant() const
398{
399   REPORT
400   BandLUMatrix C(*this); return C.LogDeterminant();
401}
402
403LogAndSign LowerBandMatrix::LogDeterminant() const
404{
405   REPORT
406   int i = nrows; LogAndSign sum; Real* s = store + lower; int j = lower + 1;
407//   while (i--) { sum *= *s; s += j; }
408   if (i) for (;;) { sum *= *s; if (!(--i)) break; s += j; }
409   ((GeneralMatrix&)*this).tDelete(); return sum;
410}
411
412LogAndSign UpperBandMatrix::LogDeterminant() const
413{
414   REPORT
415   int i = nrows; LogAndSign sum; Real* s = store; int j = upper + 1;
416//   while (i--) { sum *= *s; s += j; }
417   if (i) for (;;) { sum *= *s; if (!(--i)) break; s += j; }
418   ((GeneralMatrix&)*this).tDelete(); return sum;
419}
420
421GeneralMatrix* SymmetricBandMatrix::MakeSolver()
422{
423   REPORT
424   GeneralMatrix* gm = new BandLUMatrix(*this);
425   MatrixErrorNoSpace(gm); gm->ReleaseAndDelete(); return gm;
426}
427
428SymmetricBandMatrix::SymmetricBandMatrix(const BaseMatrix& M)
429{
430   REPORT  // CheckConversion(M);
431   // MatrixConversionCheck mcc;
432   GeneralMatrix* gmx=((BaseMatrix&)M).Evaluate(MatrixType::SB);
433   GetMatrix(gmx);
434}
435
436GeneralMatrix* SymmetricBandMatrix::Transpose(TransposedMatrix*, MatrixType mt)
437{ REPORT  return Evaluate(mt); }
438
439LogAndSign SymmetricBandMatrix::LogDeterminant() const
440{
441   REPORT
442   BandLUMatrix C(*this); return C.LogDeterminant();
443}
444
445void SymmetricBandMatrix::SetParameters(const GeneralMatrix* gmx)
446{ REPORT lower = gmx->BandWidth().lower; }
447
448void SymmetricBandMatrix::ReSize(int n, int lb)
449{
450   REPORT
451   Tracer tr("SymmetricBandMatrix::ReSize");
452   if (lb<0) Throw(ProgramException("Undefined bandwidth"));
453   lower = (lb<=n) ? lb : n-1;
454   GeneralMatrix::ReSize(n,n,n*(lower+1));
455}
456
457void SymmetricBandMatrix::ReSize(const GeneralMatrix& A)
458{
459   REPORT
460   int n = A.Nrows();
461   if (n != A.Ncols())
462   {
463      Tracer tr("SymmetricBandMatrix::ReSize(GM)");
464      Throw(NotSquareException(*this));
465   }
466   MatrixBandWidth mbw = A.BandWidth(); int b = mbw.Lower();
467   if (b != mbw.Upper())
468   {
469      Tracer tr("SymmetricBandMatrix::ReSize(GM)");
470      Throw(ProgramException("Upper and lower band-widths not equal"));
471   }
472   ReSize(n, b);
473}
474
475bool SymmetricBandMatrix::SameStorageType(const GeneralMatrix& A) const
476{
477   if (Type() != A.Type()) { REPORT return false; }
478   REPORT
479   return BandWidth() == A.BandWidth();
480}
481
482void SymmetricBandMatrix::ReSizeForAdd(const GeneralMatrix& A,
483   const GeneralMatrix& B)
484{
485   REPORT
486   Tracer tr("SymmetricBandMatrix::ReSizeForAdd");
487   MatrixBandWidth A_BW = A.BandWidth(); MatrixBandWidth B_BW = B.BandWidth();
488   if ((A_BW.Lower() < 0) | (B_BW.Lower() < 0))
489         Throw(ProgramException("Can't ReSize to SymmetricBandMatrix" ));
490   // already know A and B are square
491   ReSize(A.Nrows(), my_max(A_BW.Lower(), B_BW.Lower()));
492}
493
494void SymmetricBandMatrix::ReSizeForSP(const GeneralMatrix& A,
495   const GeneralMatrix& B)
496{
497   REPORT
498   Tracer tr("SymmetricBandMatrix::ReSizeForSP");
499   MatrixBandWidth A_BW = A.BandWidth(); MatrixBandWidth B_BW = B.BandWidth();
500   if ((A_BW.Lower() < 0) | (B_BW.Lower() < 0))
501         Throw(ProgramException("Can't ReSize to SymmetricBandMatrix" ));
502   // already know A and B are square
503   ReSize(A.Nrows(), my_min(A_BW.Lower(), B_BW.Lower()));
504}
505
506
507void SymmetricBandMatrix::operator=(const BaseMatrix& X)
508{
509   REPORT // CheckConversion(X);
510   // MatrixConversionCheck mcc;
511   Eq(X,MatrixType::SB);
512}
513
514void SymmetricBandMatrix::CornerClear() const
515{
516   // set unused parts of BandMatrix to zero
517   REPORT
518   int i = lower; Real* s = store; int bw = lower + 1;
519   if (i) for(;;)
520   {
521      int j = i;
522      Real* sj = s;
523      while (j--) *sj++ = 0.0;
524      if (!(--i)) break;
525      s += bw;
526   }
527}
528
529MatrixBandWidth SymmetricBandMatrix::BandWidth() const
530   { REPORT return MatrixBandWidth(lower,lower); }
531
532inline Real square(Real x) { return x*x; }
533
534
535Real SymmetricBandMatrix::SumSquare() const
536{
537   REPORT
538   CornerClear();
539   Real sum1=0.0; Real sum2=0.0; Real* s=store; int i=nrows; int l=lower;
540   while (i--)
541      { int j = l; while (j--) sum2 += square(*s++); sum1 += square(*s++); }
542   ((GeneralMatrix&)*this).tDelete(); return sum1 + 2.0 * sum2;
543}
544
545Real SymmetricBandMatrix::SumAbsoluteValue() const
546{
547   REPORT
548   CornerClear();
549   Real sum1=0.0; Real sum2=0.0; Real* s=store; int i=nrows; int l=lower;
550   while (i--)
551      { int j = l; while (j--) sum2 += fabs(*s++); sum1 += fabs(*s++); }
552   ((GeneralMatrix&)*this).tDelete(); return sum1 + 2.0 * sum2;
553}
554
555Real SymmetricBandMatrix::Sum() const
556{
557   REPORT
558   CornerClear();
559   Real sum1=0.0; Real sum2=0.0; Real* s=store; int i=nrows; int l=lower;
560   while (i--)
561      { int j = l; while (j--) sum2 += *s++; sum1 += *s++; }
562   ((GeneralMatrix&)*this).tDelete(); return sum1 + 2.0 * sum2;
563}
564
565
566#ifdef use_namespace
567}
568#endif
569
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.