git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavutil/lls.c

   1 /*
   2  * linear least squares model
   3  *
   4  * Copyright (c) 2006 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 /**
  24  * @file
  25  * linear least squares model
  26  */
  27
  28 #include <math.h>
  29 #include <string.h>
  30
  31 #include "version.h"
  32 #include "lls.h"
  33
  34 void avpriv_init_lls(LLSModel *m, int indep_count)
  35 {
  36     memset(m, 0, sizeof(LLSModel));
  37     m->indep_count = indep_count;
  38 }
  39
  40 void avpriv_update_lls(LLSModel *m, double *var, double decay)
  41 {
  42     int i, j;
  43
  44     for (i = 0; i <= m->indep_count; i++) {
  45         for (j = i; j <= m->indep_count; j++) {
  46             m->covariance[i][j] *= decay;
  47             m->covariance[i][j] += var[i] * var[j];
  48         }
  49     }
  50 }
  51
  52 void avpriv_solve_lls(LLSModel *m, double threshold, unsigned short min_order)
  53 {
  54     int i, j, k;
  55     double (*factor)[MAX_VARS + 1] = (void *) &m->covariance[1][0];
  56     double (*covar) [MAX_VARS + 1] = (void *) &m->covariance[1][1];
  57     double *covar_y                = m->covariance[0];
  58     int count                      = m->indep_count;
  59
  60     for (i = 0; i < count; i++) {
  61         for (j = i; j < count; j++) {
  62             double sum = covar[i][j];
  63
  64             for (k = i - 1; k >= 0; k--)
  65                 sum -= factor[i][k] * factor[j][k];
  66
  67             if (i == j) {
  68                 if (sum < threshold)
  69                     sum = 1.0;
  70                 factor[i][i] = sqrt(sum);
  71             } else {
  72                 factor[j][i] = sum / factor[i][i];
  73             }
  74         }
  75     }
  76
  77     for (i = 0; i < count; i++) {
  78         double sum = covar_y[i + 1];
  79
  80         for (k = i - 1; k >= 0; k--)
  81             sum -= factor[i][k] * m->coeff[0][k];
  82
  83         m->coeff[0][i] = sum / factor[i][i];
  84     }
  85
  86     for (j = count - 1; j >= min_order; j--) {
  87         for (i = j; i >= 0; i--) {
  88             double sum = m->coeff[0][i];
  89
  90             for (k = i + 1; k <= j; k++)
  91                 sum -= factor[k][i] * m->coeff[j][k];
  92
  93             m->coeff[j][i] = sum / factor[i][i];
  94         }
  95
  96         m->variance[j] = covar_y[0];
  97
  98         for (i = 0; i <= j; i++) {
  99             double sum = m->coeff[j][i] * covar[i][i] - 2 * covar_y[i + 1];
 100
 101             for (k = 0; k < i; k++)
 102                 sum += 2 * m->coeff[j][k] * covar[k][i];
 103
 104             m->variance[j] += m->coeff[j][i] * sum;
 105         }
 106     }
 107 }
 108
 109 double avpriv_evaluate_lls(LLSModel *m, double *param, int order)
 110 {
 111     int i;
 112     double out = 0;
 113
 114     for (i = 0; i <= order; i++)
 115         out += param[i] * m->coeff[order][i];
 116
 117     return out;
 118 }
 119
 120 #if FF_API_LLS_PRIVATE
 121 void av_init_lls(LLSModel *m, int indep_count)
 122 {
 123     avpriv_init_lls(m, indep_count);
 124 }
 125 void av_update_lls(LLSModel *m, double *param, double decay)
 126 {
 127     avpriv_update_lls(m, param, decay);
 128 }
 129 void av_solve_lls(LLSModel *m, double threshold, int min_order)
 130 {
 131     avpriv_solve_lls(m, threshold, min_order);
 132 }
 133 double av_evaluate_lls(LLSModel *m, double *param, int order)
 134 {
 135     return avpriv_evaluate_lls(m, param, order);
 136 }
 137 #endif /* FF_API_LLS_PRIVATE */
 138
 139 #ifdef TEST
 140
 141 #include <stdio.h>
 142 #include <limits.h>
 143 #include "lfg.h"
 144
 145 int main(void)
 146 {
 147     LLSModel m;
 148     int i, order;
 149     AVLFG lfg;
 150
 151     av_lfg_init(&lfg, 1);
 152     avpriv_init_lls(&m, 3);
 153
 154     for (i = 0; i < 100; i++) {
 155         double var[4];
 156         double eval;
 157
 158         var[0] = (av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5) * 2;
 159         var[1] = var[0] + av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5;
 160         var[2] = var[1] + av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5;
 161         var[3] = var[2] + av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5;
 162         avpriv_update_lls(&m, var, 0.99);
 163         avpriv_solve_lls(&m, 0.001, 0);
 164         for (order = 0; order < 3; order++) {
 165             eval = avpriv_evaluate_lls(&m, var + 1, order);
 166             printf("real:%9f order:%d pred:%9f var:%f coeffs:%f %9f %9f\n",
 167                    var[0], order, eval, sqrt(m.variance[order] / (i + 1)),
 168                    m.coeff[order][0], m.coeff[order][1],
 169                    m.coeff[order][2]);
 170         }
 171     }
 172     return 0;
 173 }
 174
 175 #endif