]> git.sesse.net Git - foosball/blobdiff - foosrank.cpp
Make a common function for the Simpson integration stuff.
[foosball] / foosrank.cpp
index 3ad0bb1ea725203b402c3ee8fd438e084c7bcb0e..ba24d0254e69fc32a58f7deca9c08856dc5d6b39 100644 (file)
@@ -14,16 +14,36 @@ static const double rating_constant = 455.0;
 
 using namespace std;
 
-double prob_score(double a, double rd);
-double prob_score_real(double a, double prodai, double rd_norm);
-double prodai(double a);
+double prob_score(int k, double a, double rd);
+double prob_score_real(int k, double a, double prodai, double kfac, double rd_norm);
+double prodai(int k, double a);
+double fac(int x);
+
+// Numerical integration using Simpson's rule
+template<class T>
+double simpson_integrate(const T &evaluator, double from, double to, double step)
+{
+       int n = int((to - from) / step + 0.5);
+       double h = (to - from) / n;
+       double sum = evaluator(from);
 
-// probability of match ending 10-a when winnerR - loserR = RD
+       for (int i = 1; i < n; i += 2) {
+               sum += 4.0 * evaluator(from + i * h);
+       }
+       for (int i = 2; i < n; i += 2) {
+               sum += 2.0 * evaluator(from + i * h);
+       }
+       sum += evaluator(to);
+
+       return (h/3.0) * sum;
+}
+
+// probability of match ending k-a (k>a) when winnerR - loserR = RD
 //
 //   +inf  
 //     / 
 //    |
-//    | Poisson[lambda1, t](a) * Erlang[lambda2, 10](t) dt
+//    | Poisson[lambda1, t](a) * Erlang[lambda2, k](t) dt
 //    |
 //   /
 // -inf
@@ -34,26 +54,36 @@ double prodai(double a);
 // Glicko/Bradley-Terry assumption that a player rated 400 points over
 // his/her opponent will win with a probability of 10/11 =~ 0.90909. 
 //
-double prob_score(double a, double rd)
+double prob_score(int k, double a, double rd)
 {
-       return prob_score_real(a, prodai(a), rd/rating_constant);
+       return prob_score_real(k, a, prodai(k, a), fac(k-1), rd/rating_constant);
 }
 
-// Same, but takes in Product(a+i, i=1..9) as an argument in addition to a. Faster
-// if you already have that precomputed, and assumes rd is already divided by 455.
-double prob_score_real(double a, double prodai, double rd_norm)
+// Same, but takes in Product(a+i, i=1..k-1) and (k-1)! as an argument in
+// addition to a. Faster if you already have that precomputed, and assumes rd
+// is already divided by 455.
+double prob_score_real(int k, double a, double prodai, double kfac, double rd_norm)
 {
-       double nom =
-               pow(2.0, -a*rd_norm) * pow(2.0, 10.0*rd_norm) * pow(pow(2.0, -rd_norm) + 1.0, -a)
-               * prodai;
-       double denom = 362880 * pow(1.0 + pow(2.0, rd_norm), 10.0);
+       double nom = prodai * pow(2.0, rd_norm * a); 
+       double denom = kfac * pow(1.0 + pow(2.0, rd_norm), k+a);
        return nom/denom;
 }
 
-// Calculates Product(a+i, i=1..9) (see above).
-double prodai(double a)
+// Calculates Product(a+i, i=1..k-1) (see above).
+double prodai(int k, double a)
+{
+       double prod = 1.0;
+       for (int i = 1; i < k; ++i)
+               prod *= (a+i);
+       return prod;
+}
+
+double fac(int x)
 {
-       return (a+1)*(a+2)*(a+3)*(a+4)*(a+5)*(a+6)*(a+7)*(a+8)*(a+9);
+       double prod = 1.0;
+       for (int i = 2; i <= x; ++i)
+               prod *= i;
+       return prod;
 }
 
 // 
@@ -75,34 +105,31 @@ double prodai(double a)
 // Set the last parameter to 1.0 if player 1 won, or -1.0 if player 2 won.
 // In the latter case, ProbScore will be given (r1-r2) instead of (r2-r1).
 //
-static inline double evaluate_int_point(double a, double prodai_precompute, double r1, double mu2, double sigma2, double winfac, double x);
+class ProbScoreEvaluator {
+private:
+       int k;
+       double a;
+       double prodai_precompute, kfac_precompute, r1, mu2, sigma2, winfac;
+
+public:
+       ProbScoreEvaluator(int k, double a, double prodai_precompute, double kfac_precompute, double r1, double mu2, double sigma2, double winfac)
+               : k(k), a(a), prodai_precompute(prodai_precompute), kfac_precompute(kfac_precompute), r1(r1), mu2(mu2), sigma2(sigma2), winfac(winfac) {}
+       inline double operator() (double x) const
+       {
+               double probscore = prob_score_real(k, a, prodai_precompute, kfac_precompute, (x - r1)*winfac);
+               double z = (x - mu2)/sigma2;
+               double gaussian = exp(-(z*z/2.0));
+               return probscore * gaussian;
+       }
+};
 
-double opponent_rating_pdf(double a, double r1, double mu2, double sigma2, double winfac)
+double opponent_rating_pdf(int k, double a, double r1, double mu2, double sigma2, double winfac)
 {
-       double prodai_precompute = prodai(a);
+       double prodai_precompute = prodai(k, a);
+       double kfac_precompute = fac(k-1);
        winfac /= rating_constant;
 
-       int n = int(3000.0 / int_step_size + 0.5);
-       double h = 3000.0 / double(n);
-       double sum = evaluate_int_point(a, prodai_precompute, r1, mu2, sigma2, winfac, 0.0);
-
-       for (int i = 1; i < n; i += 2) {
-               sum += 4.0 * evaluate_int_point(a, prodai_precompute, r1, mu2, sigma2, winfac, i * h);
-       }
-       for (int i = 2; i < n; i += 2) {
-               sum += 2.0 * evaluate_int_point(a, prodai_precompute, r1, mu2, sigma2, winfac, i * h);
-       }
-       sum += evaluate_int_point(a, prodai_precompute, r1, mu2, sigma2, winfac, 3000.0);
-
-       return (h/3.0) * sum;
-}
-
-static inline double evaluate_int_point(double a, double prodai_precompute, double r1, double mu2, double sigma2, double winfac, double x)
-{
-       double probscore = prob_score_real(a, prodai_precompute, (r1 - x)*winfac);
-       double z = (x - mu2)/sigma2;
-       double gaussian = exp(-(z*z/2.0));
-       return  probscore * gaussian;
+       return simpson_integrate(ProbScoreEvaluator(k, a, prodai_precompute, kfac_precompute, r1, mu2, sigma2, winfac), 0.0, 3000.0, int_step_size);
 }
 
 // normalize the curve so we know that A ~= 1
@@ -347,17 +374,17 @@ void compute_new_rating(double mu1, double sigma1, double mu2, double sigma2, in
 {
        vector<pair<double, double> > curve;
 
-       if (score1 == 10) {
+       if (score1 > score2) {
                for (double r1 = 0.0; r1 < 3000.0; r1 += pdf_step_size) {
                        double z = (r1 - mu1) / sigma1;
                        double gaussian = exp(-(z*z/2.0));
-                       curve.push_back(make_pair(r1, gaussian * opponent_rating_pdf(score2, r1, mu2, sigma2, 1.0)));
+                       curve.push_back(make_pair(r1, gaussian * opponent_rating_pdf(score1, score2, r1, mu2, sigma2, 1.0)));
                }
        } else {
                for (double r1 = 0.0; r1 < 3000.0; r1 += pdf_step_size) {
                        double z = (r1 - mu1) / sigma1;
                        double gaussian = exp(-(z*z/2.0));
-                       curve.push_back(make_pair(r1, gaussian * opponent_rating_pdf(score1, r1, mu2, sigma2, -1.0)));
+                       curve.push_back(make_pair(r1, gaussian * opponent_rating_pdf(score2, score1, r1, mu2, sigma2, -1.0)));
                }
        }
 
@@ -374,27 +401,29 @@ int main(int argc, char **argv)
        double mu2 = atof(argv[3]);
        double sigma2 = atof(argv[4]);
 
-       if (argc > 5) {
+       if (argc > 6) {
                int score1 = atoi(argv[5]);
                int score2 = atoi(argv[6]);
                double mu, sigma;
                compute_new_rating(mu1, sigma1, mu2, sigma2, score1, score2, mu, sigma);
                printf("%f %f\n", mu, sigma);
        } else {
+               int k = atoi(argv[5]);
+
                // assess all possible scores
-               for (int i = 0; i <= 9; ++i) {
+               for (int i = 0; i < k; ++i) {
                        double newmu1, newmu2, newsigma1, newsigma2;
-                       compute_new_rating(mu1, sigma1, mu2, sigma2, 10, i, newmu1, newsigma1);
-                       compute_new_rating(mu2, sigma2, mu1, sigma1, i, 10, newmu2, newsigma2);
-                       printf("10-%u,%f,%+f,%+f\n",
-                               i, prob_score(i, mu1-mu2), newmu1-mu1, newmu2-mu2);
+                       compute_new_rating(mu1, sigma1, mu2, sigma2, k, i, newmu1, newsigma1);
+                       compute_new_rating(mu2, sigma2, mu1, sigma1, i, k, newmu2, newsigma2);
+                       printf("%u-%u,%f,%+f,%+f\n",
+                               k, i, prob_score(k, i, mu2-mu1), newmu1-mu1, newmu2-mu2);
                }
-               for (int i = 10; i --> 0; ) {
+               for (int i = k; i --> 0; ) {
                        double newmu1, newmu2, newsigma1, newsigma2;
-                       compute_new_rating(mu1, sigma1, mu2, sigma2, i, 10, newmu1, newsigma1);
-                       compute_new_rating(mu2, sigma2, mu1, sigma1, 10, i, newmu2, newsigma2);
-                       printf("%u-10,%f,%+f,%+f\n",
-                               i, prob_score(i, mu2-mu1), newmu1-mu1, newmu2-mu2);
+                       compute_new_rating(mu1, sigma1, mu2, sigma2, i, k, newmu1, newsigma1);
+                       compute_new_rating(mu2, sigma2, mu1, sigma1, k, i, newmu2, newsigma2);
+                       printf("%u-%u,%f,%+f,%+f\n",
+                               i, k, prob_score(k, i, mu1-mu2), newmu1-mu1, newmu2-mu2);
                }
        }
 }