Planet
navi homePPSaboutscreenshotsdownloaddevelopmentforum

source: orxonox.OLD/orxonox/trunk/src/lib/newmat/svd.cpp @ 4578

Last change on this file since 4578 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: 6.5 KB
Line 
1//$$svd.cpp                           singular value decomposition
2
3// Copyright (C) 1991,2,3,4,5: R B Davies
4// Updated 17 July, 1995
5
6#define WANT_MATH
7
8#include "include.h"
9#include "newmatap.h"
10#include "newmatrm.h"
11#include "precisio.h"
12
13#ifdef use_namespace
14namespace NEWMAT {
15#endif
16
17#ifdef DO_REPORT
18#define REPORT { static ExeCounter ExeCount(__LINE__,15); ++ExeCount; }
19#else
20#define REPORT {}
21#endif
22
23
24static Real pythag(Real f, Real g, Real& c, Real& s)
25// return z=sqrt(f*f+g*g), c=f/z, s=g/z
26// set c=1,s=0 if z==0
27// avoid floating point overflow or divide by zero
28{
29   if (f==0 && g==0) { c=1.0; s=0.0; return 0.0; }
30   Real af = f>=0 ? f : -f;
31   Real ag = g>=0 ? g : -g;
32   if (ag<af)
33   {
34      REPORT
35      Real h = g/f; Real sq = sqrt(1.0+h*h);
36      if (f<0) sq = -sq;           // make return value non-negative
37      c = 1.0/sq; s = h/sq; return sq*f;
38   }
39   else
40   {
41      REPORT
42      Real h = f/g; Real sq = sqrt(1.0+h*h);
43      if (g<0) sq = -sq;
44      s = 1.0/sq; c = h/sq; return sq*g;
45   }
46}
47
48
49void SVD(const Matrix& A, DiagonalMatrix& Q, Matrix& U, Matrix& V,
50   bool withU, bool withV)
51// from Wilkinson and Reinsch: "Handbook of Automatic Computation"
52{
53   REPORT
54   Tracer trace("SVD");
55   Real eps = FloatingPointPrecision::Epsilon();
56   Real tol = FloatingPointPrecision::Minimum()/eps;
57
58   int m = A.Nrows(); int n = A.Ncols();
59   if (m<n)
60      Throw(ProgramException("Want no. Rows >= no. Cols", A));
61   if (withV && &U == &V)
62      Throw(ProgramException("Need different matrices for U and V", U, V));
63   U = A; Real g = 0.0; Real f,h; Real x = 0.0; int i;
64   RowVector E(n); RectMatrixRow EI(E,0); Q.ReSize(n);
65   RectMatrixCol UCI(U,0); RectMatrixRow URI(U,0,1,n-1);
66
67   if (n) for (i=0;;)
68   {
69      EI.First() = g; Real ei = g; EI.Right(); Real s = UCI.SumSquare();
70      if (s<tol) { REPORT Q.element(i) = 0.0; }
71      else
72      {
73         REPORT
74         f = UCI.First(); g = -sign(sqrt(s), f); h = f*g-s; UCI.First() = f-g;
75         Q.element(i) = g; RectMatrixCol UCJ = UCI; int j=n-i;
76         while (--j) { UCJ.Right(); UCJ.AddScaled(UCI, (UCI*UCJ)/h); }
77      }
78
79      s = URI.SumSquare();
80      if (s<tol) { REPORT g = 0.0; }
81      else
82      {
83         REPORT
84         f = URI.First(); g = -sign(sqrt(s), f); URI.First() = f-g;
85         EI.Divide(URI,f*g-s); RectMatrixRow URJ = URI; int j=m-i;
86         while (--j) { URJ.Down(); URJ.AddScaled(EI, URI*URJ); }
87      }
88
89      Real y = fabs(Q.element(i)) + fabs(ei); if (x<y) { REPORT x = y; }
90      if (++i == n) { REPORT break; }
91      UCI.DownDiag(); URI.DownDiag();
92   }
93
94   if (withV)
95   {
96      REPORT
97      V.ReSize(n,n); V = 0.0; RectMatrixCol VCI(V,n-1,n-1,1);
98      if (n) { VCI.First() = 1.0; g=E.element(n-1); if (n!=1) URI.UpDiag(); }
99      for (i=n-2; i>=0; i--)
100      {
101         VCI.Left();
102         if (g!=0.0)
103         {
104            VCI.Divide(URI, URI.First()*g); int j = n-i;
105            RectMatrixCol VCJ = VCI;
106            while (--j) { VCJ.Right(); VCJ.AddScaled( VCI, (URI*VCJ) ); }
107         }
108         VCI.Zero(); VCI.Up(); VCI.First() = 1.0; g=E.element(i);
109         if (i==0) break;
110         URI.UpDiag();
111      }
112   }
113
114   if (withU)
115   {
116      REPORT
117      for (i=n-1; i>=0; i--)
118      {
119         g = Q.element(i); URI.Reset(U,i,i+1,n-i-1); URI.Zero();
120         if (g!=0.0)
121         {
122            h=UCI.First()*g; int j=n-i; RectMatrixCol UCJ = UCI;
123            while (--j)
124            {
125               UCJ.Right(); UCI.Down(); UCJ.Down(); Real s = UCI*UCJ;
126               UCI.Up(); UCJ.Up(); UCJ.AddScaled(UCI,s/h);
127            }
128            UCI.Divide(g);
129         }
130         else UCI.Zero();
131         UCI.First() += 1.0;
132         if (i==0) break;
133         UCI.UpDiag();
134      }
135   }
136
137   eps *= x;
138   for (int k=n-1; k>=0; k--)
139   {
140      Real z = -FloatingPointPrecision::Maximum(); // to keep Gnu happy
141      Real y; int limit = 50; int l = 0;
142      while (limit--)
143      {
144         Real c, s; int i; int l1=k; bool tfc=false;
145         for (l=k; l>=0; l--)
146         {
147//          if (fabs(E.element(l))<=eps) goto test_f_convergence;
148            if (fabs(E.element(l))<=eps) { REPORT tfc=true; break; }
149            if (fabs(Q.element(l-1))<=eps) { REPORT l1=l; break; }
150            REPORT
151         }
152         if (!tfc)
153         {
154            REPORT
155            l=l1; l1=l-1; s = -1.0; c = 0.0;
156            for (i=l; i<=k; i++)
157            {
158               f = - s * E.element(i); E.element(i) *= c;
159//             if (fabs(f)<=eps) goto test_f_convergence;
160               if (fabs(f)<=eps) { REPORT break; }
161               g = Q.element(i); h = pythag(g,f,c,s); Q.element(i) = h;
162               if (withU)
163               {
164                  REPORT
165                  RectMatrixCol UCI(U,i); RectMatrixCol UCJ(U,l1);
166                  ComplexScale(UCJ, UCI, c, s);
167               }
168            }
169         }
170//       test_f_convergence: z = Q.element(k); if (l==k) goto convergence;
171         z = Q.element(k);  if (l==k) { REPORT break; }
172
173         x = Q.element(l); y = Q.element(k-1);
174         g = E.element(k-1); h = E.element(k);
175         f = ((y-z)*(y+z) + (g-h)*(g+h)) / (2*h*y);
176         if (f>1)         { REPORT g = f * sqrt(1 + square(1/f)); }
177         else if (f<-1)   { REPORT g = -f * sqrt(1 + square(1/f)); }
178         else             { REPORT g = sqrt(f*f + 1); }
179            { REPORT f = ((x-z)*(x+z) + h*(y / ((f<0.0) ? f-g : f+g)-h)) / x; }
180
181         c = 1.0; s = 1.0;
182         for (i=l+1; i<=k; i++)
183         {
184            g = E.element(i); y = Q.element(i); h = s*g; g *= c;
185            z = pythag(f,h,c,s); E.element(i-1) = z;
186            f = x*c + g*s; g = -x*s + g*c; h = y*s; y *= c;
187            if (withV)
188            {
189               REPORT
190               RectMatrixCol VCI(V,i); RectMatrixCol VCJ(V,i-1);
191               ComplexScale(VCI, VCJ, c, s);
192            }
193            z = pythag(f,h,c,s); Q.element(i-1) = z;
194            f = c*g + s*y; x = -s*g + c*y;
195            if (withU)
196            {
197               REPORT
198               RectMatrixCol UCI(U,i); RectMatrixCol UCJ(U,i-1);
199               ComplexScale(UCI, UCJ, c, s);
200            }
201         }
202         E.element(l) = 0.0; E.element(k) = f; Q.element(k) = x;
203      }
204      if (l!=k) { Throw(ConvergenceException(A)); }
205// convergence:
206      if (z < 0.0)
207      {
208         REPORT
209         Q.element(k) = -z;
210         if (withV) { RectMatrixCol VCI(V,k); VCI.Negate(); }
211      }
212   }
213   if (withU & withV) SortSV(Q, U, V);
214   else if (withU) SortSV(Q, U);
215   else if (withV) SortSV(Q, V);
216   else SortDescending(Q);
217}
218
219void SVD(const Matrix& A, DiagonalMatrix& D)
220{ REPORT Matrix U; SVD(A, D, U, U, false, false); }
221
222
223
224#ifdef use_namespace
225}
226#endif
227
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.