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authorSteinar H. Gunderson <sesse@debian.org>
Wed, 17 Oct 2007 16:39:27 +0000 (18:39 +0200)
committerSteinar H. Gunderson <sesse@debian.org>
Wed, 17 Oct 2007 16:39:27 +0000 (18:39 +0200)
foosrank.cpp

index b3eef1eca712f6dc5887cdf3c5f76c3856387baa..cae1dc39382c7fabfb554753204146a7d440c422 100644 (file)
@@ -5,9 +5,11 @@
 #include <vector>
 #include <algorithm>
 
+#include <complex>
+#include <fftw3.h>
+
 // step sizes
 static const double int_step_size = 75.0;
-static const double pdf_step_size = 15.0;
 
 // rating constant (see below)
 static const double rating_constant = 455.0;
@@ -19,24 +21,6 @@ double prob_score_real(int k, double a, double binomial, 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);
-
-       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
 //
@@ -103,7 +87,7 @@ double fac(int x)
 // The Gaussian is not normalized.
 //
 // 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).
+// In the latter case, ProbScore will be given (r2-r1) instead of (r1-r2).
 //
 class ProbScoreEvaluator {
 private:
@@ -123,12 +107,67 @@ public:
        }
 };
 
-double opponent_rating_pdf(int k, double a, double r1, double mu2, double sigma2, double winfac)
+void convolve(int size)
+{
+}
+
+void compute_opponent_rating_pdf(int k, double a, double mu2, double sigma2, double winfac, vector<pair<double, double> > &result)
 {
        double binomial_precompute = prodai(k, a) / fac(k-1);
        winfac /= rating_constant;
 
-       return simpson_integrate(ProbScoreEvaluator(k, a, binomial_precompute, r1, mu2, sigma2, winfac), 0.0, 6000.0, int_step_size);
+       int sz = (6000.0 - 0.0) / int_step_size;
+       double h = (6000.0 - 0.0) / sz;
+
+       fftw_plan f1, f2, b;
+       complex<double> *func1, *func2, *res;
+
+       func1 = reinterpret_cast<complex<double> *>(fftw_malloc(sz*2*sizeof(complex<double>)));
+       func2 = reinterpret_cast<complex<double> *>(fftw_malloc(sz*2*sizeof(complex<double>)));
+       res = reinterpret_cast<complex<double> *>(fftw_malloc(sz*2*sizeof(complex<double>)));
+       f1 = fftw_plan_dft_1d(sz*2,
+               reinterpret_cast<fftw_complex*>(func1),
+               reinterpret_cast<fftw_complex*>(func1),
+               FFTW_FORWARD,
+               FFTW_MEASURE);
+       f2 = fftw_plan_dft_1d(sz*2,
+               reinterpret_cast<fftw_complex*>(func2),
+               reinterpret_cast<fftw_complex*>(func2),
+               FFTW_FORWARD,
+               FFTW_MEASURE);
+       b = fftw_plan_dft_1d(sz*2,
+               reinterpret_cast<fftw_complex*>(res),
+               reinterpret_cast<fftw_complex*>(res),
+               FFTW_BACKWARD,
+               FFTW_MEASURE);
+       
+       // start off by zero
+       for (int i = 0; i < sz*2; ++i) {
+               func1[i].real() = func1[i].imag() = func2[i].real() = func2[i].imag() = 0.0;
+       }
+
+       for (int i = 0; i < sz; ++i) {
+               double x1 = 0.0 + h*i;
+               double z = (x1 - mu2)/sigma2;
+               func1[i].real() = exp(-(z*z/2.0));
+
+               double x2 = -3000.0 + h*i;
+               func2[(i - sz/2 + sz*2)%(sz*2)].real() = prob_score_real(k, a, binomial_precompute, x2*winfac);
+       }
+
+       result.reserve(sz*2);
+
+       // convolve
+       fftw_execute(f1);
+       fftw_execute(f2);
+       for (int i = 0; i < sz*2; ++i) {
+               res[i] = func1[i] * func2[i];
+       }
+       fftw_execute(b);
+       for (int i = 0; i < sz; ++i) {
+               double r1 = i*h;
+               result.push_back(make_pair(r1, abs(res[i])));
+       }
 }
 
 // normalize the curve so we know that A ~= 1
@@ -374,17 +413,17 @@ void compute_new_rating(double mu1, double sigma1, double mu2, double sigma2, in
        vector<pair<double, double> > curve;
 
        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(score1, score2, r1, mu2, sigma2, -1.0)));
-               }
+               compute_opponent_rating_pdf(score1, score2, mu2, sigma2, -1.0, curve);
        } 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(score2, score1, r1, mu2, sigma2, 1.0)));
-               }
+               compute_opponent_rating_pdf(score2, score1, mu2, sigma2, 1.0, curve);
+       }
+
+       // multiply in the gaussian
+       for (unsigned i = 0; i < curve.size(); ++i) {
+               double r1 = curve[i].first;
+               double z = (r1 - mu1) / sigma1;
+               double gaussian = exp(-(z*z/2.0));
+               curve[i].second *= gaussian;
        }
 
        double mu_est, sigma_est;
@@ -393,52 +432,57 @@ void compute_new_rating(double mu1, double sigma1, double mu2, double sigma2, in
        least_squares(curve, mu_est, sigma_est, mu, sigma);
 }
 
-// int(normpdf[mu2, sigma2](t2) * ..., t2=0..3000);
-class OuterIntegralEvaluator {
-private:
-       double theta1, mu2, sigma2, mu_t, sigma_t;
-       int score1, score2;
-       double winfac;
-
-public:
-       OuterIntegralEvaluator(double theta1, double mu2, double sigma2, double mu3, double sigma3, double mu4, double sigma4, int score1, int score2, double winfac)
-               : theta1(theta1), mu2(mu2), sigma2(sigma2), mu_t(mu3 + mu4), sigma_t(sqrt(sigma3*sigma3 + sigma4*sigma4)), score1(score1), score2(score2), winfac(winfac) {}
-
-       double operator() (double theta2) const
-       {
-               double z = (theta2 - mu2) / sigma2;
-               double gaussian = exp(-(z*z/2.0));
-               double r1 = theta1 + theta2;
-               return gaussian * opponent_rating_pdf(score1, score2, r1, mu_t, sigma_t, winfac);
-       }
-};
-
 void compute_new_double_rating(double mu1, double sigma1, double mu2, double sigma2, double mu3, double sigma3, double mu4, double sigma4, int score1, int score2, double &mu, double &sigma)
 {
-       vector<pair<double, double> > curve;
-
+       vector<pair<double, double> > curve, newcurve;
+       double mu_t = mu3 + mu4;
+       double sigma_t = sqrt(sigma3*sigma3 + sigma4*sigma4);
+                       
        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 * simpson_integrate(OuterIntegralEvaluator(r1,mu2,sigma2,mu3,sigma3,mu4,sigma4,score1,score2,-1.0), 0.0, 3000.0, int_step_size)));
-               }
+               compute_opponent_rating_pdf(score1, score2, mu_t, sigma_t, -1.0, curve);
        } else {
-               for (double r1 = 0.0; r1 < 3000.0; r1 += pdf_step_size) {
-                       double z = (r1 - mu1) / sigma1;
+               compute_opponent_rating_pdf(score2, score1, mu_t, sigma_t, 1.0, curve);
+       }
+
+       // iterate over r1
+       double h = 3000.0 / curve.size();
+       for (unsigned i = 0; i < curve.size(); ++i) {
+               double sum = 0.0;
+
+               // could be anything, but this is a nice start
+               //double r1 = curve[i].first;
+               double r1 = i * h;
+
+               // iterate over r2
+               for (unsigned j = 0; j < curve.size(); ++j) {
+                       double r1plusr2 = curve[j].first;
+                       double r2 = r1plusr2 - r1;
+
+                       double z = (r2 - mu2) / sigma2;
                        double gaussian = exp(-(z*z/2.0));
-                       curve.push_back(make_pair(r1, gaussian * simpson_integrate(OuterIntegralEvaluator(r1,mu2,sigma2,mu3,sigma3,mu4,sigma4,score2,score1,1.0), 0.0, 3000.0, int_step_size)));
+                       sum += curve[j].second * gaussian;
                }
+
+               double z = (r1 - mu1) / sigma1;
+               double gaussian = exp(-(z*z/2.0));
+               newcurve.push_back(make_pair(r1, gaussian * sum));
        }
 
+
        double mu_est, sigma_est;
-       normalize(curve);
-       estimate_musigma(curve, mu_est, sigma_est);
-       least_squares(curve, mu_est, sigma_est, mu, sigma);
+       normalize(newcurve);
+       estimate_musigma(newcurve, mu_est, sigma_est);
+       least_squares(newcurve, mu_est, sigma_est, mu, sigma);
 }
 
 int main(int argc, char **argv)
 {
+       FILE *fp = fopen("fftw-wisdom", "rb");
+       if (fp != NULL) {
+               fftw_import_wisdom_from_file(fp);
+               fclose(fp);
+       }
+
        double mu1 = atof(argv[1]);
        double sigma1 = atof(argv[2]);
        double mu2 = atof(argv[3]);
@@ -479,5 +523,11 @@ int main(int argc, char **argv)
                                i, k, prob_score(k, i, mu1-mu2), newmu1-mu1, newmu2-mu2);
                }
        }
+       
+       fp = fopen("fftw-wisdom", "wb");
+       if (fp != NULL) {
+               fftw_export_wisdom_to_file(fp);
+               fclose(fp);
+       }
 }