source: nanovis/trunk/newmat11/evalue.cpp @ 6307

Last change on this file since 6307 was 2096, checked in by ldelgass, 13 years ago

Normalize line endings, set eol-style to native on *.cpp, *.h files

  • Property svn:eol-style set to native
File size: 9.0 KB
Line 
1/// \ingroup newmat
2///@{
3
4/// \file evalue.cpp
5/// Eigen-value decomposition (Householder method).
6
7// Copyright (C) 1991,2,3,4: R B Davies
8
9#define WANT_MATH
10
11#include "include.h"
12#include "newmatap.h"
13#include "newmatrm.h"
14#include "precisio.h"
15
16#ifdef use_namespace
17namespace NEWMAT {
18#endif
19
20#ifdef DO_REPORT
21#define REPORT { static ExeCounter ExeCount(__LINE__,17); ++ExeCount; }
22#else
23#define REPORT {}
24#endif
25
26
27
28static void tred2(const SymmetricMatrix& A, DiagonalMatrix& D,
29   DiagonalMatrix& E, Matrix& Z)
30{
31   Tracer et("Evalue(tred2)");
32   REPORT
33   Real tol =
34      FloatingPointPrecision::Minimum()/FloatingPointPrecision::Epsilon();
35   int n = A.Nrows(); Z.resize(n,n); Z.Inject(A);
36   D.resize(n); E.resize(n);
37   Real* z = Z.Store(); int i;
38
39   for (i=n-1; i > 0; i--)                   // i=0 is excluded
40   {
41      Real f = Z.element(i,i-1); Real g = 0.0;
42      int k = i-1; Real* zik = z + i*n;
43      while (k--) g += square(*zik++);
44      Real h = g + square(f);
45      if (g <= tol) { REPORT E.element(i) = f; h = 0.0; }
46      else
47      {
48         REPORT
49         g = sign(-sqrt(h), f); E.element(i) = g; h -= f*g;
50         Z.element(i,i-1) = f-g; f = 0.0;
51         Real* zji = z + i; Real* zij = z + i*n; Real* ej = E.Store();
52         int j;
53         for (j=0; j<i; j++)
54         {
55            *zji = (*zij++)/h; g = 0.0;
56            Real* zjk = z + j*n; zik = z + i*n;
57            k = j; while (k--) g += *zjk++ * (*zik++);
58            k = i-j;
59            if (k) for(;;)
60               { g += *zjk * (*zik++); if (!(--k)) break; zjk += n; }
61            *ej++ = g/h; f += g * (*zji); zji += n;
62         }
63         Real hh = f / (h + h); zij = z + i*n; ej = E.Store();
64         for (j=0; j<i; j++)
65         {
66            f = *zij++; g = *ej - hh * f; *ej++ = g;
67            Real* zjk = z + j*n; Real* zik = z + i*n;
68            Real* ek = E.Store(); k = j+1;
69            while (k--)  *zjk++ -= ( f*(*ek++) + g*(*zik++) );
70         }
71      }
72      D.element(i) = h;
73   }
74
75   D.element(0) = 0.0; E.element(0) = 0.0;
76   for (i=0; i<n; i++)
77   {
78      if (D.element(i) != 0.0)
79      {
80         REPORT
81         for (int j=0; j<i; j++)
82         {
83            Real g = 0.0;
84            Real* zik = z + i*n; Real* zkj = z + j;
85            int k = i;
86            if (k) for (;;)
87               { g += *zik++ * (*zkj); if (!(--k)) break; zkj += n; }
88            Real* zki = z + i; zkj = z + j;
89            k = i;
90            if (k) for (;;)
91               { *zkj -= g * (*zki); if (!(--k)) break; zkj += n; zki += n; }
92         }
93      }
94      Real* zij = z + i*n; Real* zji = z + i;
95      int j = i;
96      if (j) for (;;)
97         { *zij++ = 0.0; *zji = 0.0; if (!(--j)) break; zji += n; }
98      D.element(i) = *zij; *zij = 1.0;
99   }
100}
101
102static void tql2(DiagonalMatrix& D, DiagonalMatrix& E, Matrix& Z)
103{
104   Tracer et("Evalue(tql2)");
105   REPORT
106   Real eps = FloatingPointPrecision::Epsilon();
107   int n = D.Nrows(); Real* z = Z.Store(); int l;
108   for (l=1; l<n; l++) E.element(l-1) = E.element(l);
109   Real b = 0.0; Real f = 0.0; E.element(n-1) = 0.0;
110   for (l=0; l<n; l++)
111   {
112      int i,j;
113      Real& dl = D.element(l); Real& el = E.element(l);
114      Real h = eps * ( fabs(dl) + fabs(el) );
115      if (b < h) { REPORT b = h; }
116      int m;
117      for (m=l; m<n; m++) if (fabs(E.element(m)) <= b) break;
118      bool test = false;
119      for (j=0; j<30; j++)
120      {
121         if (m==l) { REPORT test = true; break; }
122         Real& dl1 = D.element(l+1);
123         Real g = dl; Real p = (dl1-g) / (2.0*el); Real r = sqrt(p*p + 1.0);
124         dl = el / (p < 0.0 ? p-r : p+r); Real h = g - dl; f += h;
125         Real* dlx = &dl1; i = n-l-1; while (i--) *dlx++ -= h;
126
127         p = D.element(m); Real c = 1.0; Real s = 0.0;
128         for (i=m-1; i>=l; i--)
129         {
130            Real ei = E.element(i); Real di = D.element(i);
131            Real& ei1 = E.element(i+1);
132            g = c * ei; h = c * p;
133            if ( fabs(p) >= fabs(ei))
134            {
135               REPORT
136               c = ei / p; r = sqrt(c*c + 1.0);
137               ei1 = s*p*r; s = c/r; c = 1.0/r;
138            }
139            else
140            {
141               REPORT
142               c = p / ei; r = sqrt(c*c + 1.0);
143               ei1 = s * ei * r; s = 1.0/r; c /= r;
144            }
145            p = c * di - s*g; D.element(i+1) = h + s * (c*g + s*di);
146
147            Real* zki = z + i; Real* zki1 = zki + 1; int k = n;
148            if (k) for (;;)
149            {
150               REPORT
151               h = *zki1; *zki1 = s*(*zki) + c*h; *zki = c*(*zki) - s*h;
152               if (!(--k)) break;
153               zki += n; zki1 += n;
154            }
155         }
156         el = s*p; dl = c*p;
157         if (fabs(el) <= b) { REPORT; test = true; break; }
158      }
159      if (!test) Throw ( ConvergenceException(D) );
160      dl += f;
161   }
162/*
163   for (int i=0; i<n; i++)
164   {
165      int k = i; Real p = D.element(i);
166      for (int j=i+1; j<n; j++)
167         { if (D.element(j) < p) { k = j; p = D.element(j); } }
168      if (k != i)
169      {
170         D.element(k) = D.element(i); D.element(i) = p; int j = n;
171         Real* zji = z + i; Real* zjk = z + k;
172         if (j) for(;;)
173         {
174            p = *zji; *zji = *zjk; *zjk = p;
175            if (!(--j)) break;
176            zji += n; zjk += n;
177         }
178      }
179   }
180*/
181}
182
183static void tred3(const SymmetricMatrix& X, DiagonalMatrix& D,
184   DiagonalMatrix& E, SymmetricMatrix& A)
185{
186   Tracer et("Evalue(tred3)");
187   REPORT
188   Real tol =
189      FloatingPointPrecision::Minimum()/FloatingPointPrecision::Epsilon();
190   int n = X.Nrows(); A = X; D.resize(n); E.resize(n);
191   Real* ei = E.Store() + n;
192   for (int i = n-1; i >= 0; i--)
193   {
194      Real h = 0.0; Real f = - FloatingPointPrecision::Maximum();
195      Real* d = D.Store(); Real* a = A.Store() + (i*(i+1))/2; int k = i;
196      while (k--) { f = *a++; *d++ = f; h += square(f); }
197      if (h <= tol) { REPORT *(--ei) = 0.0; h = 0.0; }
198      else
199      {
200         REPORT
201         Real g = sign(-sqrt(h), f); *(--ei) = g; h -= f*g;
202         f -= g; *(d-1) = f; *(a-1) = f; f = 0.0;
203         Real* dj = D.Store(); Real* ej = E.Store(); int j;
204         for (j = 0; j < i; j++)
205         {
206            Real* dk = D.Store(); Real* ak = A.Store()+(j*(j+1))/2;
207            Real g = 0.0; k = j;
208            while (k--)  g += *ak++ * *dk++;
209            k = i-j; int l = j;
210            if (k) for (;;) { g += *ak * *dk++; if (!(--k)) break; ak += ++l; }
211            g /= h; *ej++ = g; f += g * *dj++;
212         } 
213         Real hh = f / (2 * h); Real* ak = A.Store();
214         dj = D.Store(); ej = E.Store();
215         for (j = 0; j < i; j++)
216         {
217            f = *dj++; g = *ej - hh * f; *ej++ = g;
218            Real* dk = D.Store(); Real* ek = E.Store(); k = j+1;
219            while (k--) { *ak++ -= (f * *ek++ + g * *dk++); }
220         }
221      }
222      *d = *a; *a = h;
223   }
224}
225
226static void tql1(DiagonalMatrix& D, DiagonalMatrix& E)
227{
228   Tracer et("Evalue(tql1)");
229   REPORT
230   Real eps = FloatingPointPrecision::Epsilon();
231   int n = D.Nrows(); int l;
232   for (l=1; l<n; l++) E.element(l-1) = E.element(l);
233   Real b = 0.0; Real f = 0.0; E.element(n-1) = 0.0;
234   for (l=0; l<n; l++)
235   {
236      int i,j;
237      Real& dl = D.element(l); Real& el = E.element(l);
238      Real h = eps * ( fabs(dl) + fabs(el) );
239      if (b < h) b = h;
240      int m;
241      for (m=l; m<n; m++) if (fabs(E.element(m)) <= b) break;
242      bool test = false;
243      for (j=0; j<30; j++)
244      {
245         if (m==l) { REPORT test = true; break; }
246         Real& dl1 = D.element(l+1);
247         Real g = dl; Real p = (dl1-g) / (2.0*el); Real r = sqrt(p*p + 1.0);
248         dl = el / (p < 0.0 ? p-r : p+r); Real h = g - dl; f += h;
249         Real* dlx = &dl1; i = n-l-1; while (i--) *dlx++ -= h;
250
251         p = D.element(m); Real c = 1.0; Real s = 0.0;
252         for (i=m-1; i>=l; i--)
253         {
254            Real ei = E.element(i); Real di = D.element(i);
255            Real& ei1 = E.element(i+1);
256            g = c * ei; h = c * p;
257            if ( fabs(p) >= fabs(ei))
258            {
259               REPORT
260               c = ei / p; r = sqrt(c*c + 1.0);
261               ei1 = s*p*r; s = c/r; c = 1.0/r;
262            }
263            else
264            {
265               REPORT
266               c = p / ei; r = sqrt(c*c + 1.0);
267               ei1 = s * ei * r; s = 1.0/r; c /= r;
268            }
269            p = c * di - s*g; D.element(i+1) = h + s * (c*g + s*di);
270         }
271         el = s*p; dl = c*p;
272         if (fabs(el) <= b) { REPORT test = true; break; }
273      }
274      if (!test) Throw ( ConvergenceException(D) );
275      Real p = dl + f;
276      test = false;
277      for (i=l; i>0; i--)
278      {
279         if (p < D.element(i-1)) { REPORT D.element(i) = D.element(i-1); }
280         else { REPORT test = true; break; }
281      }
282      if (!test) i=0;
283      D.element(i) = p;
284   }
285}
286
287void eigenvalues(const SymmetricMatrix& A, DiagonalMatrix& D, Matrix& Z)
288{ REPORT DiagonalMatrix E; tred2(A, D, E, Z); tql2(D, E, Z); SortSV(D,Z,true); }
289
290void eigenvalues(const SymmetricMatrix& X, DiagonalMatrix& D)
291{ REPORT DiagonalMatrix E; SymmetricMatrix A; tred3(X,D,E,A); tql1(D,E); }
292
293void eigenvalues(const SymmetricMatrix& X, DiagonalMatrix& D,
294   SymmetricMatrix& A)
295{ REPORT DiagonalMatrix E; tred3(X,D,E,A); tql1(D,E); }
296
297
298#ifdef use_namespace
299}
300#endif
301
302///@}
303
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.