]> git.sesse.net Git - foosball/blobdiff - foosrank.cpp
Adjusted initial parameters for maximum prediction power; in particular,
[foosball] / foosrank.cpp
index b8070846a14d944eba3ae856e13d1bdb5e618250..03edcb5b4c1047572a644aa4122af70e288c32f7 100644 (file)
@@ -1,43 +1,37 @@
-#include <stdio.h>
-#include <math.h>
-#include <assert.h>
+#include <cstdio>
+#include <cmath>
+#include <cassert>
 
 #include <vector>
 #include <algorithm>
 
+#include <complex>
+#include <fftw3.h>
+
+#define USE_LOGISTIC_DISTRIBUTION 0
+
 // 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;
 
 using namespace std;
 
-double prob_score(int k, double a, double rd);
-double prob_score_real(int k, double a, double binomial, double rd_norm);
-double prodai(int k, double a);
-double fac(int x);
+static double prob_score_real(int k, int a, double binomial, double rd_norm);
+static double prodai(int k, int a);
+static 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)
+#if USE_LOGISTIC_DISTRIBUTION
+// sech²(x)
+static double sech2(double x)
 {
-       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;
+       double e = exp(2.0 * x);
+       return 4.0 * e / ((e+1.0) * (e+1.0));
 }
+#endif
 
+#if 0
 // probability of match ending k-a (k>a) when winnerR - loserR = RD
 //
 //   +inf  
@@ -54,23 +48,41 @@ double simpson_integrate(const T &evaluator, double from, double to, double step
 // 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(int k, double a, double rd)
+static double prob_score(int k, int a, double rd)
 {
        return prob_score_real(k, a, prodai(k, a) / fac(k-1), rd/rating_constant);
 }
+#endif
+
+// computes x^a, probably more efficiently than pow(x, a) (but requires that a
+// is n unsigned integer)
+static double intpow(double x, unsigned a)
+{
+       double result = 1.0;
+
+       while (a > 0) {
+               if (a & 1) {
+                       result *= x;
+               }
+               a >>= 1;
+               x *= x;
+       }
+
+       return result;
+}
 
 // Same, but takes in binomial(a+k-1, 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 binomial, double rd_norm)
+static double prob_score_real(int k, int a, double binomial, double rd_norm)
 {
-       double nom = binomial * pow(2.0, rd_norm * a); 
-       double denom = pow(1.0 + pow(2.0, rd_norm), k+a);
+       double nom = binomial * intpow(pow(2.0, rd_norm), a); 
+       double denom = intpow(1.0 + pow(2.0, rd_norm), k+a);
        return nom/denom;
 }
 
 // Calculates Product(a+i, i=1..k-1) (see above).
-double prodai(int k, double a)
+static double prodai(int k, int a)
 {
        double prod = 1.0;
        for (int i = 1; i < k; ++i)
@@ -78,7 +90,7 @@ double prodai(int k, double a)
        return prod;
 }
 
-double fac(int x)
+static double fac(int x)
 {
        double prod = 1.0;
        for (int i = 2; i <= x; ++i)
@@ -86,86 +98,101 @@ double fac(int x)
        return prod;
 }
 
-// 
-// Computes the integral
-//
-//   +inf
-//    /
-//    |
-//    | ProbScore[a] (r1-r2) Gaussian[mu2, sigma2] (r2) dr2
-//    |
-//   /
-// -inf
-//
-// For practical reasons, -inf and +inf are replaced by 0 and 3000, which
-// is reasonable in the this context.
-//
-// 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).
-//
-class ProbScoreEvaluator {
-private:
-       int k;
-       double a;
-       double binomial_precompute, r1, mu2, sigma2, winfac;
-
-public:
-       ProbScoreEvaluator(int k, double a, double binomial_precompute, double r1, double mu2, double sigma2, double winfac)
-               : k(k), a(a), binomial_precompute(binomial_precompute), r1(r1), mu2(mu2), sigma2(sigma2), winfac(winfac) {}
-       inline double operator() (double x) const
-       {
-               double probscore = prob_score_real(k, a, binomial_precompute, (r1 - x)*winfac);
-               double z = (x - mu2)/sigma2;
-               double gaussian = exp(-(z*z/2.0));
-               return probscore * gaussian;
-       }
-};
-
-double opponent_rating_pdf(int k, double a, double r1, double mu2, double sigma2, double winfac)
+static void compute_opponent_rating_pdf(int k, int 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;
+
+       static bool inited = false;
+       static fftw_plan f1, f2, b;
+       static complex<double> *func1, *func2, *res;
+
+       if (!inited) {
+               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);
+               inited = true;
+       }
+       
+       // 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;
+       }
+
+#if USE_LOGISTIC_DISTRIBUTION
+       double invsigma2 = 1.0 / sigma2;
+#else
+       double invsq2sigma2 = 1.0 / (sqrt(2.0) * sigma2);
+#endif
+       for (int i = 0; i < sz; ++i) {
+               double x1 = 0.0 + h*i;
+
+               // opponent's pdf
+#if USE_LOGISTIC_DISTRIBUTION
+               double z = (x1 - mu2) * invsigma2;
+               func1[i].real() = sech2(0.5 * z);
+#else
+               double z = (x1 - mu2) * invsq2sigma2;
+               func1[i].real() = exp(-z*z);
+#endif
+
+               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);
+
+       result->reserve(sz);
+       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
-void normalize(vector<pair<double, double> > &curve)
+static void normalize(vector<pair<double, double> > *curve)
 {
        double peak = 0.0;
-       for (vector<pair<double, double> >::const_iterator i = curve.begin(); i != curve.end(); ++i) {
+       for (vector<pair<double, double> >::const_iterator i = curve->begin(); i != curve->end(); ++i) {
                peak = max(peak, i->second);
        }
 
        double invpeak = 1.0 / peak;
-       for (vector<pair<double, double> >::iterator i = curve.begin(); i != curve.end(); ++i) {
+       for (vector<pair<double, double> >::iterator i = curve->begin(); i != curve->end(); ++i) {
                i->second *= invpeak;
        }
 }
 
-// computes matA * matB
-void mat_mul(double *matA, unsigned ah, unsigned aw,
-             double *matB, unsigned bh, unsigned bw,
-            double *result)
-{
-       assert(aw == bh);
-       for (unsigned y = 0; y < bw; ++y) {
-               for (unsigned x = 0; x < ah; ++x) {
-                       double sum = 0.0;
-                       for (unsigned c = 0; c < aw; ++c) {
-                               sum += matA[c*ah + x] * matB[y*bh + c];
-                       }
-                       result[y*bw + x] = sum;
-               }
-       }
-}
-               
 // computes matA^T * matB
-void mat_mul_trans(double *matA, unsigned ah, unsigned aw,
-                   double *matB, unsigned bh, unsigned bw,
-                  double *result)
+static void mat_mul_trans(double *matA, unsigned ah, unsigned aw,
+                          double *matB, unsigned bh, unsigned bw,
+                         double *result)
 {
        assert(ah == bh);
        for (unsigned y = 0; y < bw; ++y) {
@@ -179,89 +206,46 @@ void mat_mul_trans(double *matA, unsigned ah, unsigned aw,
        }
 }
 
-void print3x3(double *M)
-{
-       printf("%f %f %f\n", M[0], M[3], M[6]);
-       printf("%f %f %f\n", M[1], M[4], M[7]);
-       printf("%f %f %f\n", M[2], M[5], M[8]);
-}
-
-void print3x1(double *M)
-{
-       printf("%f\n", M[0]);
-       printf("%f\n", M[1]);
-       printf("%f\n", M[2]);
-}
-
-// solves Ax = B by Gauss-Jordan elimination, where A is a 3x3 matrix,
-// x is a column vector of length 3 and B is a row vector of length 3.
+// solves Ax = B by Gauss-Jordan elimination, where A is an NxN matrix,
+// x is a column vector of length N and B is a row vector of length N.
 // Destroys its input in the process.
-void solve3x3(double *A, double *x, double *B)
+template<int N>
+static void solve_matrix(double *A, double *x, double *B)
 {
-       // row 1 -= row 0 * (a1/a0)
-       {
-               double f = A[1] / A[0];
-               A[1] = 0.0;
-               A[4] -= A[3] * f;
-               A[7] -= A[6] * f;
-
-               B[1] -= B[0] * f;
-       }
-
-       // row 2 -= row 0 * (a2/a0)
-       {
-               double f = A[2] / A[0];
-               A[2] = 0.0;
-               A[5] -= A[3] * f;
-               A[8] -= A[6] * f;
-
-               B[2] -= B[0] * f;
-       }
-
-       // row 2 -= row 1 * (a5/a4)
-       {
-               double f = A[5] / A[4];
-               A[5] = 0.0;
-               A[8] -= A[7] * f;
-               
-               B[2] -= B[1] * f;
-       }
-
-       // back substitute:
-
-       // row 1 -= row 2 * (a7/a8)
-       {
-               double f = A[7] / A[8];
-               A[7] = 0.0;
-
-               B[1] -= B[2] * f;
-       }
-
-       // row 0 -= row 2 * (a6/a8)
-       {
-               double f = A[6] / A[8];
-               A[6] = 0.0;
+       for (int i = 0; i < N; ++i) {
+               for (int j = i+1; j < N; ++j) {
+                       // row j -= row i * (a[i,j] / a[i,i])
+                       double f = A[j+i*N] / A[i+i*N];
+
+                       A[j+i*N] = 0.0;
+                       for (int k = i+1; k < N; ++k) {
+                               A[j+k*N] -= A[i+k*N] * f;
+                       }
 
-               B[0] -= B[2] * f;
+                       B[j] -= B[i] * f;
+               }
        }
 
-       // row 0 -= row 1 * (a3/a4)
-       {
-               double f = A[3] / A[4];
-               A[3] = 0.0;
-
-               B[0] -= B[1] * f;
+       // back-substitute
+       for (int i = N; i --> 0; ) {
+               for (int j = i; j --> 0; ) {
+                       // row j -= row i * (a[j,j] / a[j,i])
+                       double f = A[i+j*N] / A[j+j*N];
+                       
+                       // A[j+i*N] = 0.0;
+                       B[j] -= B[i] * f;
+               }
        }
 
        // normalize
-       x[0] = B[0] / A[0];
-       x[1] = B[1] / A[4];
-       x[2] = B[2] / A[8];
+       for (int i = 0; i < N; ++i) {
+               x[i] = B[i] / A[i+i*N];
+       }
 }
 
 // Give an OK starting estimate for the least squares, by numerical integration
 // of statistical moments.
-void estimate_musigma(vector<pair<double, double> > &curve, double &mu_result, double &sigma_result)
+static void estimate_musigma(const vector<pair<double, double> > &curve, double *mu_result, double *sigma_result)
 {
        double h = (curve.back().first - curve.front().first) / (curve.size() - 1);
 
@@ -292,8 +276,8 @@ void estimate_musigma(vector<pair<double, double> > &curve, double &mu_result, d
        ex = (h/3.0) * ex / area;
        ex2 = (h/3.0) * ex2 / area;
 
-       mu_result = ex;
-       sigma_result = sqrt(ex2 - ex * ex);
+       *mu_result = ex;
+       *sigma_result = sqrt(ex2 - ex * ex);
 }
        
 // Find best fit of the data in curves to a Gaussian pdf, based on the
@@ -303,7 +287,7 @@ void estimate_musigma(vector<pair<double, double> > &curve, double &mu_result, d
 // Note that the algorithm blows up quite hard if the initial estimate is
 // not good enough. Use estimate_musigma to get a reasonable starting
 // estimate.
-void least_squares(vector<pair<double, double> > &curve, double mu1, double sigma1, double &mu_result, double &sigma_result)
+static void least_squares(const vector<pair<double, double> > &curve, double mu1, double sigma1, double *mu_result, double *sigma_result)
 {
        double A = 1.0;
        double mu = mu1;
@@ -328,17 +312,30 @@ void least_squares(vector<pair<double, double> > &curve, double mu1, double sigm
                for (unsigned i = 0; i < curve.size(); ++i) {
                        double x = curve[i].first;
 
+#if USE_LOGISTIC_DISTRIBUTION
+                       // df/dA(x_i)
+                       matA[i + 0 * curve.size()] = sech2(0.5 * (x-mu)/sigma);
+
+                       // df/dµ(x_i)
+                       matA[i + 1 * curve.size()] = A * matA[i + 0 * curve.size()]
+                               * tanh(0.5 * (x-mu)/sigma) / sigma;
+
+                       // df/dσ(x_i)
+                       matA[i + 2 * curve.size()] = 
+                               matA[i + 1 * curve.size()] * (x-mu)/sigma;
+#else
                        // df/dA(x_i)
                        matA[i + 0 * curve.size()] = 
                                exp(-(x-mu)*(x-mu)/(2.0*sigma*sigma));
 
                        // df/dµ(x_i)
-                       matA[i + 1 * curve.size()] = 
+                       matA[i + 1 * curve.size()] =
                                A * (x-mu)/(sigma*sigma) * matA[i + 0 * curve.size()];
 
                        // df/dσ(x_i)
                        matA[i + 2 * curve.size()] = 
                                matA[i + 1 * curve.size()] * (x-mu)/sigma;
+#endif
                }
 
                // find dβ
@@ -346,7 +343,11 @@ void least_squares(vector<pair<double, double> > &curve, double mu1, double sigm
                        double x = curve[i].first;
                        double y = curve[i].second;
 
+#if USE_LOGISTIC_DISTRIBUTION
+                       dbeta[i] = y - A * sech2(0.5 * (x-mu)/sigma);
+#else
                        dbeta[i] = y - A * exp(- (x-mu)*(x-mu)/(2.0*sigma*sigma));
+#endif
                }
 
                // compute a and b
@@ -354,7 +355,7 @@ void least_squares(vector<pair<double, double> > &curve, double mu1, double sigm
                mat_mul_trans(matA, curve.size(), 3, dbeta, curve.size(), 1, matATdb);
 
                // solve
-               solve3x3(matATA, dlambda, matATdb);
+               solve_matrix<3>(matATA, dlambda, matATdb);
 
                A += dlambda[0];
                mu += dlambda[1];
@@ -365,119 +366,252 @@ void least_squares(vector<pair<double, double> > &curve, double mu1, double sigm
                        break;
        }
 
-       mu_result = mu;
-       sigma_result = sigma;
+       *mu_result = mu;
+       *sigma_result = sigma;
 }
 
-void compute_new_rating(double mu1, double sigma1, double mu2, double sigma2, int score1, int score2, double &mu, double &sigma)
+void compute_new_rating(double mu1, double sigma1, double mu2, double sigma2, int score1, int score2, double *mu, double *sigma, double *probability)
 {
        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;
+
+               // my pdf
+               double z = (r1 - mu1) / sigma1;
+#if USE_LOGISTIC_DISTRIBUTION
+               curve[i].second *= sech2(0.5 * z);
+#else
+               double gaussian = exp(-(z*z/2.0));
+               curve[i].second *= gaussian;
+#endif
+       }
+       
+       // Compute the overall probability of the given result, by integrating
+       // the entire resulting pdf. Note that since we're actually evaluating
+       // a double integral, we'll need to multiply by h² instead of h.
+       {
+               double h = (curve.back().first - curve.front().first) / (curve.size() - 1);
+               double sum = curve.front().second;
+               for (unsigned i = 1; i < curve.size() - 1; i += 2) {
+                       sum += 4.0 * curve[i].second;
+               }
+               for (unsigned i = 2; i < curve.size() - 1; i += 2) {
+                       sum += 2.0 * curve[i].second;
                }
+               sum += curve.back().second;
+               sum *= h * h / 3.0;
+       
+               // FFT convolution multiplication factor (FFTW computes unnormalized
+               // transforms)
+               sum /= (curve.size() * 2);      
+
+               // pdf normalization factors
+#if USE_LOGISTIC_DISTRIBUTION
+               sum /= (sigma1 * 4.0);
+               sum /= (sigma2 * 4.0);
+#else
+               sum /= (sigma1 * sqrt(2.0 * M_PI));
+               sum /= (sigma2 * sqrt(2.0 * M_PI));
+#endif
+
+               *probability = sum;
        }
 
        double mu_est, sigma_est;
-       normalize(curve);
-       estimate_musigma(curve, mu_est, sigma_est);
+       normalize(&curve);
+       estimate_musigma(curve, &mu_est, &sigma_est);
        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;
+static 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, double *probability)
+{
+       vector<pair<double, double> > curve, newcurve;
+       double mu_t = mu3 + mu4;
+       double sigma_t = sqrt(sigma3*sigma3 + sigma4*sigma4);
+                       
+       if (score1 > score2) {
+               compute_opponent_rating_pdf(score1, score2, mu_t, sigma_t, -1.0, &curve);
+       } else {
+               compute_opponent_rating_pdf(score2, score1, mu_t, sigma_t, 1.0, &curve);
+       }
 
-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) {}
+       newcurve.reserve(curve.size());
+
+       // 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
+#if USE_LOGISTIC_DISTRIBUTION
+               double invsigma2 = 1.0 / sigma2;
+#else
+               double invsq2sigma2 = 1.0 / (sqrt(2.0) * sigma2);
+#endif
+               for (unsigned j = 0; j < curve.size(); ++j) {
+                       double r1plusr2 = curve[j].first;
+                       double r2 = r1plusr2 - r1;
+
+#if USE_LOGISTIC_DISTRIBUTION
+                       double z = (r2 - mu2) * invsigma2;
+                       double gaussian = sech2(0.5 * z);
+#else  
+                       double z = (r2 - mu2) * invsq2sigma2;
+                       double gaussian = exp(-z*z);
+#endif
+                       sum += curve[j].second * gaussian;
+               }
 
-       double operator() (double theta2) const
-       {
-               double z = (theta2 - mu2) / sigma2;
+#if USE_LOGISTIC_DISTRIBUTION
+               double z = (r1 - mu1) / sigma1;
+               double gaussian = sech2(0.5 * z);
+#else
+               double z = (r1 - mu1) / sigma1;
                double gaussian = exp(-(z*z/2.0));
-               double r1 = theta1 + theta2;
-               return gaussian * opponent_rating_pdf(score1, score2, r1, mu_t, sigma_t, winfac);
+#endif
+               newcurve.push_back(make_pair(r1, gaussian * sum));
        }
-};
 
-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;
-
-       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,-0.5), 0.0, 3000.0, int_step_size)));
+       // Compute the overall probability of the given result, by integrating
+       // the entire resulting pdf. Note that since we're actually evaluating
+       // a triple integral, we'll need to multiply by 4h³ (no idea where the
+       // 4 factor comes from, probably from the 0..6000 range somehow) instead
+       // of h.
+       {
+               double h = (newcurve.back().first - newcurve.front().first) / (newcurve.size() - 1);
+               double sum = newcurve.front().second;
+               for (unsigned i = 1; i < newcurve.size() - 1; i += 2) {
+                       sum += 4.0 * newcurve[i].second;
                }
-       } 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 * simpson_integrate(OuterIntegralEvaluator(r1,mu2,sigma2,mu3,sigma3,mu4,sigma4,score2,score1,0.5), 0.0, 3000.0, int_step_size)));
+               for (unsigned i = 2; i < newcurve.size() - 1; i += 2) {
+                       sum += 2.0 * newcurve[i].second;
                }
+               sum += newcurve.back().second;
+
+               sum *= 4.0 * h * h * h / 3.0;
+       
+               // FFT convolution multiplication factor (FFTW computes unnormalized
+               // transforms)
+               sum /= (newcurve.size() * 2);   
+
+               // pdf normalization factors
+#if USE_LOGISTIC_DISTRIBUTION
+               sum /= (sigma1 * 4.0);
+               sum /= (sigma2 * 4.0);
+               sum /= (sigma_t * 4.0);
+#else
+               sum /= (sigma1 * sqrt(2.0 * M_PI));
+               sum /= (sigma2 * sqrt(2.0 * M_PI));
+               sum /= (sigma_t * sqrt(2.0 * M_PI));
+#endif
+
+               *probability = 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]);
        double sigma2 = atof(argv[4]);
 
-       if (argc > 8) {
+       if (argc > 10) {
                double mu3 = atof(argv[5]);
                double sigma3 = atof(argv[6]);
                double mu4 = atof(argv[7]);
                double sigma4 = atof(argv[8]);
                int score1 = atoi(argv[9]);
                int score2 = atoi(argv[10]);
-               double mu, sigma;
-               compute_new_double_rating(mu1, sigma1, mu2, sigma2, mu3, sigma3, mu4, sigma4, score1, score2, mu, sigma);
-               printf("%f %f\n", mu, sigma);
+               double mu, sigma, probability;
+               compute_new_double_rating(mu1, sigma1, mu2, sigma2, mu3, sigma3, mu4, sigma4, score1, score2, &mu, &sigma, &probability);
+               printf("%f %f %f\n", mu, sigma, probability);
+       } else if (argc > 8) {
+               double mu3 = atof(argv[5]);
+               double sigma3 = atof(argv[6]);
+               double mu4 = atof(argv[7]);
+               double sigma4 = atof(argv[8]);
+               int k = atoi(argv[9]);
+
+               // assess all possible scores
+               for (int i = 0; i < k; ++i) {
+                       double newmu1_1, newmu1_2, newmu2_1, newmu2_2;
+                       double newsigma1_1, newsigma1_2, newsigma2_1, newsigma2_2;
+                       double probability;
+                       compute_new_double_rating(mu1, sigma1, mu2, sigma2, mu3, sigma3, mu4, sigma4, k, i, &newmu1_1, &newsigma1_1, &probability);
+                       compute_new_double_rating(mu2, sigma2, mu1, sigma1, mu3, sigma3, mu4, sigma4, k, i, &newmu1_2, &newsigma1_2, &probability);
+                       compute_new_double_rating(mu3, sigma3, mu4, sigma4, mu1, sigma1, mu2, sigma2, i, k, &newmu2_1, &newsigma2_1, &probability);
+                       compute_new_double_rating(mu4, sigma4, mu3, sigma3, mu1, sigma1, mu2, sigma2, i, k, &newmu2_2, &newsigma2_2, &probability);
+                       printf("%u-%u,%f,%+f,%+f,%+f,%+f\n",
+                               k, i, probability, newmu1_1-mu1, newmu1_2-mu2,
+                               newmu2_1-mu3, newmu2_2-mu4);
+               }
+               for (int i = k; i --> 0; ) {
+                       double newmu1_1, newmu1_2, newmu2_1, newmu2_2;
+                       double newsigma1_1, newsigma1_2, newsigma2_1, newsigma2_2;
+                       double probability;
+                       compute_new_double_rating(mu1, sigma1, mu2, sigma2, mu3, sigma3, mu4, sigma4, i, k, &newmu1_1, &newsigma1_1, &probability);
+                       compute_new_double_rating(mu2, sigma2, mu1, sigma1, mu3, sigma3, mu4, sigma4, i, k, &newmu1_2, &newsigma1_2, &probability);
+                       compute_new_double_rating(mu3, sigma3, mu4, sigma4, mu1, sigma1, mu2, sigma2, k, i, &newmu2_1, &newsigma2_1, &probability);
+                       compute_new_double_rating(mu4, sigma4, mu3, sigma3, mu1, sigma1, mu2, sigma2, k, i, &newmu2_2, &newsigma2_2, &probability);
+                       printf("%u-%u,%f,%+f,%+f,%+f,%+f\n",
+                               i, k, probability, newmu1_1-mu1, newmu1_2-mu2,
+                               newmu2_1-mu3, newmu2_2-mu4);
+               }
        } else 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);
+               double mu, sigma, probability;
+               compute_new_rating(mu1, sigma1, mu2, sigma2, score1, score2, &mu, &sigma, &probability);
+
+               printf("%f %f %f\n", mu, sigma, probability);
        } else {
                int k = atoi(argv[5]);
 
                // assess all possible scores
                for (int i = 0; i < k; ++i) {
-                       double newmu1, newmu2, newsigma1, newsigma2;
-                       compute_new_rating(mu1, sigma1, mu2, sigma2, k, i, newmu1, newsigma1);
-                       compute_new_rating(mu2, sigma2, mu1, sigma1, i, k, newmu2, newsigma2);
+                       double newmu1, newmu2, newsigma1, newsigma2, probability;
+                       compute_new_rating(mu1, sigma1, mu2, sigma2, k, i, &newmu1, &newsigma1, &probability);
+                       compute_new_rating(mu2, sigma2, mu1, sigma1, i, k, &newmu2, &newsigma2, &probability);
                        printf("%u-%u,%f,%+f,%+f\n",
-                               k, i, prob_score(k, i, mu2-mu1), newmu1-mu1, newmu2-mu2);
+                               k, i, probability, newmu1-mu1, newmu2-mu2);
                }
                for (int i = k; i --> 0; ) {
-                       double newmu1, newmu2, newsigma1, newsigma2;
-                       compute_new_rating(mu1, sigma1, mu2, sigma2, i, k, newmu1, newsigma1);
-                       compute_new_rating(mu2, sigma2, mu1, sigma1, k, i, newmu2, newsigma2);
+                       double newmu1, newmu2, newsigma1, newsigma2, probability;
+                       compute_new_rating(mu1, sigma1, mu2, sigma2, i, k, &newmu1, &newsigma1, &probability);
+                       compute_new_rating(mu2, sigma2, mu1, sigma1, k, i, &newmu2, &newsigma2, &probability);
                        printf("%u-%u,%f,%+f,%+f\n",
-                               i, k, prob_score(k, i, mu1-mu2), newmu1-mu1, newmu2-mu2);
+                               i, k, probability, newmu1-mu1, newmu2-mu2);
                }
        }
+       
+       fp = fopen("fftw-wisdom", "wb");
+       if (fp != NULL) {
+               fftw_export_wisdom_to_file(fp);
+               fclose(fp);
+       }
 }