Merge commit 'cc6714bb16b1f0716ba43701d47273dbe9657b8b'
[ffmpeg.git] / 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 "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)
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] += 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 av_cold 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);
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);
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