git.gag.com Git - fw/altos/blob - altoslib/AltosTimeSeries.java

   1 /*
   2  * Copyright © 2017 Keith Packard <keithp@keithp.com>
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6  * the Free Software Foundation, either version 2 of the License, or
   7  * (at your option) any later version.
   8  *
   9  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  10  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  12  * General Public License for more details.
  13  */
  14
  15 package org.altusmetrum.altoslib_11;
  16
  17 import java.util.*;
  18
  19 public class AltosTimeSeries implements Iterable<AltosTimeValue> {
  20         public String                   label;
  21         public AltosUnits               units;
  22         ArrayList<AltosTimeValue>       values;
  23
  24         public void add(AltosTimeValue tv) {
  25                 values.add(tv);
  26         }
  27
  28         public void add(double time, double value) {
  29                 add(new AltosTimeValue(time, value));
  30         }
  31
  32         public AltosTimeValue get(int i) {
  33                 return values.get(i);
  34         }
  35
  36         private double lerp(AltosTimeValue v0, AltosTimeValue v1, double t) {
  37                 /* degenerate case */
  38                 if (v0.time == v1.time)
  39                         return (v0.value + v1.value) / 2;
  40
  41                 return (v0.value * (v1.time - t) + v1.value * (t - v0.time)) / v1.time - v0.time;
  42         }
  43
  44         private int after_index(double time) {
  45                 int     lo = 0;
  46                 int     hi = values.size() - 1;
  47
  48                 while (lo <= hi) {
  49                         int mid = (lo + hi) / 2;
  50
  51                         if (values.get(mid).time < time)
  52                                 lo = mid + 1;
  53                         else
  54                                 hi = mid - 1;
  55                 }
  56                 return lo;
  57         }
  58
  59         /* Compute a value for an arbitrary time */
  60         public double value(double time) {
  61                 int after = after_index(time);
  62                 if (after == 0)
  63                         return values.get(0).value;
  64                 if (after == values.size())
  65                         return values.get(after - 1).value;
  66
  67                 return lerp(values.get(after-1), values.get(after), time);
  68         }
  69
  70         /* Find the value just before an arbitrary time */
  71         public double value_before(double time) {
  72                 int after = after_index(time);
  73
  74                 if (after == 0)
  75                         return values.get(0).value;
  76                 return values.get(after-1).value;
  77         }
  78
  79         /* Find the value just after an arbitrary time */
  80         public double value_after(double time) {
  81                 int after = after_index(time);
  82
  83                 if (after == values.size())
  84                         return values.get(after-1).value;
  85                 return values.get(after).value;
  86         }
  87
  88         public double time_of(double value) {
  89                 double  last = AltosLib.MISSING;
  90                 for (AltosTimeValue v : values) {
  91                         if (v.value >= value)
  92                                 return v.time;
  93                         last = v.time;
  94                 }
  95                 return last;
  96         }
  97
  98         public int size() {
  99                 return values.size();
 100         }
 101
 102         public Iterator<AltosTimeValue> iterator() {
 103                 return values.iterator();
 104         }
 105
 106         public double max() {
 107                 double max = AltosLib.MISSING;
 108                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 109                         if (max == AltosLib.MISSING || tv.value > max)
 110                                 max = tv.value;
 111                 }
 112                 return max;
 113         }
 114
 115         public double max(double start_time, double end_time) {
 116                 double max = AltosLib.MISSING;
 117                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 118                         if (start_time <= tv.time && tv.time <= end_time)
 119                                 if (max == AltosLib.MISSING || tv.value > max)
 120                                         max = tv.value;
 121                 }
 122                 return max;
 123         }
 124
 125         public double min() {
 126                 double min = AltosLib.MISSING;
 127                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 128                         if (min == AltosLib.MISSING || tv.value < min)
 129                                 min = tv.value;
 130                 }
 131                 return min;
 132         }
 133
 134         public double min(double start_time, double end_time) {
 135                 double min = AltosLib.MISSING;
 136                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 137                         if (start_time <= tv.time && tv.time <= end_time)
 138                                 if (min == AltosLib.MISSING || tv.value < min)
 139                                         min = tv.value;
 140                 }
 141                 return min;
 142         }
 143
 144         public double average() {
 145                 double total = 0;
 146                 int count = 0;
 147                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 148                         total += tv.value;
 149                         count++;
 150                 }
 151                 if (count == 0)
 152                         return AltosLib.MISSING;
 153                 return total / count;
 154         }
 155
 156         public double average(double start_time, double end_time) {
 157                 double total = 0;
 158                 int count = 0;
 159                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 160                         if (start_time <= tv.time && tv.time <= end_time) {
 161                                 total += tv.value;
 162                                 count++;
 163                         }
 164                 }
 165                 if (count == 0)
 166                         return AltosLib.MISSING;
 167                 return total / count;
 168         }
 169
 170         public AltosTimeSeries integrate(AltosTimeSeries integral) {
 171                 double  value = 0.0;
 172                 double  pvalue = 0.0;
 173                 double  time = 0.0;
 174                 boolean start = true;
 175
 176                 for (AltosTimeValue v : values) {
 177                         if (start) {
 178                                 value = 0.0;
 179                                 start = false;
 180                         } else {
 181                                 value += (pvalue + v.value) / 2.0 * (v.time - time);
 182                         }
 183                         pvalue = v.value;
 184                         time = v.time;
 185 //                      System.out.printf("%g %g %g\n", time, v.value, value);
 186                         integral.add(time, value);
 187
 188                 }
 189                 return integral;
 190         }
 191
 192         public AltosTimeSeries differentiate(AltosTimeSeries diff) {
 193                 double value = 0.0;
 194                 double time = 0.0;
 195                 boolean start = true;
 196
 197                 for (AltosTimeValue v: values) {
 198                         if (start) {
 199                                 value = v.value;
 200                                 time = v.time;
 201                                 start = false;
 202                         } else {
 203                                 double  dx = v.time - time;
 204                                 double  dy = v.value - value;
 205
 206                                 if (dx != 0)
 207                                         diff.add(time, dy/dx);
 208
 209                                 time = v.time;
 210                                 value = v.value;
 211                         }
 212                 }
 213                 return diff;
 214         }
 215
 216         private int find_left(int i, double dt) {
 217                 int j;
 218                 double t = values.get(i).time - dt;
 219                 for (j = i; j >= 0; j--)        {
 220                         if (values.get(j).time < t)
 221                                 break;
 222                 }
 223                 return j + 1;
 224
 225         }
 226
 227         private int find_right(int i, double dt) {
 228                 int j;
 229                 double t = values.get(i).time + dt;
 230                 for (j = i; j < values.size(); j++) {
 231                         if (values.get(j).time > t)
 232                                 break;
 233                 }
 234                 return j - 1;
 235
 236         }
 237
 238         private double filter_coeff(double dist, double width) {
 239                 double ratio = dist / (width / 2);
 240
 241                 return Math.cos(ratio * Math.PI / 2);
 242         }
 243
 244         public AltosTimeSeries filter(AltosTimeSeries f, double width) {
 245                 double  half_width = width/2;
 246                 for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
 247                         double  center_time = values.get(i).time;
 248                         double  left_time = center_time - half_width;
 249                         double  right_time = center_time + half_width;
 250                         double  total_coeff = 0.0;
 251                         double  total_value = 0.0;
 252
 253                         int     left = find_left(i, half_width);
 254                         int     right = find_right(i, half_width);
 255
 256                         for (int j = left; j <= right; j++) {
 257                                 double  j_time = values.get(j).time;
 258
 259                                 if (left_time <= j_time && j_time <= right_time) {
 260                                         double  j_left = j == left ? left_time : values.get(j-1).time;
 261                                         double  j_right = j == right ? right_time : values.get(j+1).time;
 262                                         double  interval = (j_right - j_left) / 2.0;
 263                                         double  coeff = filter_coeff(j_time - center_time, width) * interval;
 264
 265                                         total_coeff += coeff;
 266                                         total_value += coeff * values.get(j).value;
 267                                 }
 268                         }
 269                         if (total_coeff != 0.0)
 270                                 f.add(center_time, total_value / total_coeff);
 271                 }
 272                 return f;
 273         }
 274
 275         public AltosTimeSeries(String label, AltosUnits units) {
 276                 this.label = label;
 277                 this.units = units;
 278                 this.values = new ArrayList<AltosTimeValue>();
 279         }
 280 }