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 Libav.
   7  *
   8  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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 "attributes.h"
  32 #include "version.h"
  33 #include "lls.h"
  34
  35 av_cold void avpriv_init_lls(LLSModel *m, int indep_count)
  36 {
  37     memset(m, 0, sizeof(LLSModel));
  38     m->indep_count = indep_count;
  39 }
  40
  41 void avpriv_update_lls(LLSModel *m, double *var, double decay)
  42 {
  43     int i, j;
  44
  45     for (i = 0; i <= m->indep_count; i++) {
  46         for (j = i; j <= m->indep_count; j++) {
  47             m->covariance[i][j] *= decay;
  48             m->covariance[i][j] += var[i] * var[j];
  49         }
  50     }
  51 }
  52
  53 void avpriv_solve_lls(LLSModel *m, double threshold, unsigned short min_order)
  54 {
  55     int i, j, k;
  56     double (*factor)[MAX_VARS + 1] = (void *) &m->covariance[1][0];
  57     double (*covar) [MAX_VARS + 1] = (void *) &m->covariance[1][1];
  58     double *covar_y                = m->covariance[0];
  59     int count                      = m->indep_count;
  60
  61     for (i = 0; i < count; i++) {
  62         for (j = i; j < count; j++) {
  63             double sum = covar[i][j];
  64
  65             for (k = i - 1; k >= 0; k--)
  66                 sum -= factor[i][k] * factor[j][k];
  67
  68             if (i == j) {
  69                 if (sum < threshold)
  70                     sum = 1.0;
  71                 factor[i][i] = sqrt(sum);
  72             } else {
  73                 factor[j][i] = sum / factor[i][i];
  74             }
  75         }
  76     }
  77
  78     for (i = 0; i < count; i++) {
  79         double sum = covar_y[i + 1];
  80
  81         for (k = i - 1; k >= 0; k--)
  82             sum -= factor[i][k] * m->coeff[0][k];
  83
  84         m->coeff[0][i] = sum / factor[i][i];
  85     }
  86
  87     for (j = count - 1; j >= min_order; j--) {
  88         for (i = j; i >= 0; i--) {
  89             double sum = m->coeff[0][i];
  90
  91             for (k = i + 1; k <= j; k++)
  92                 sum -= factor[k][i] * m->coeff[j][k];
  93
  94             m->coeff[j][i] = sum / factor[i][i];
  95         }
  96
  97         m->variance[j] = covar_y[0];
  98
  99         for (i = 0; i <= j; i++) {
 100             double sum = m->coeff[j][i] * covar[i][i] - 2 * covar_y[i + 1];
 101
 102             for (k = 0; k < i; k++)
 103                 sum += 2 * m->coeff[j][k] * covar[k][i];
 104
 105             m->variance[j] += m->coeff[j][i] * sum;
 106         }
 107     }
 108 }
 109
 110 double avpriv_evaluate_lls(LLSModel *m, double *param, int order)
 111 {
 112     int i;
 113     double out = 0;
 114
 115     for (i = 0; i <= order; i++)
 116         out += param[i] * m->coeff[order][i];
 117
 118     return out;
 119 }
 120
 121 #if FF_API_LLS_PRIVATE
 122 av_cold void av_init_lls(LLSModel *m, int indep_count)
 123 {
 124     avpriv_init_lls(m, indep_count);
 125 }
 126 void av_update_lls(LLSModel *m, double *param, double decay)
 127 {
 128     avpriv_update_lls(m, param, decay);
 129 }
 130 void av_solve_lls(LLSModel *m, double threshold, int min_order)
 131 {
 132     avpriv_solve_lls(m, threshold, min_order);
 133 }
 134 double av_evaluate_lls(LLSModel *m, double *param, int order)
 135 {
 136     return avpriv_evaluate_lls(m, param, order);
 137 }
 138 #endif /* FF_API_LLS_PRIVATE */
 139
 140 #ifdef TEST
 141
 142 #include <stdio.h>
 143 #include <limits.h>
 144 #include "lfg.h"
 145
 146 int main(void)
 147 {
 148     LLSModel m;
 149     int i, order;
 150     AVLFG lfg;
 151
 152     av_lfg_init(&lfg, 1);
 153     avpriv_init_lls(&m, 3);
 154
 155     for (i = 0; i < 100; i++) {
 156         double var[4];
 157         double eval;
 158
 159         var[0] = (av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5) * 2;
 160         var[1] = var[0] + av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5;
 161         var[2] = var[1] + av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5;
 162         var[3] = var[2] + av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5;
 163         avpriv_update_lls(&m, var, 0.99);
 164         avpriv_solve_lls(&m, 0.001, 0);
 165         for (order = 0; order < 3; order++) {
 166             eval = avpriv_evaluate_lls(&m, var + 1, order);
 167             printf("real:%9f order:%d pred:%9f var:%f coeffs:%f %9f %9f\n",
 168                    var[0], order, eval, sqrt(m.variance[order] / (i + 1)),
 169                    m.coeff[order][0], m.coeff[order][1],
 170                    m.coeff[order][2]);
 171         }
 172     }
 173     return 0;
 174 }
 175
 176 #endif