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_13;
  16
  17 import java.util.*;
  18
  19 public class AltosTimeSeries implements Iterable<AltosTimeValue>, Comparable<AltosTimeSeries> {
  20         public String                   label;
  21         public AltosUnits               units;
  22         ArrayList<AltosTimeValue>       values;
  23         boolean                         data_changed;
  24
  25         public int compareTo(AltosTimeSeries other) {
  26                 return label.compareTo(other.label);
  27         }
  28
  29         public void add(AltosTimeValue tv) {
  30                 data_changed = true;
  31                 values.add(tv);
  32         }
  33
  34         public void erase_values() {
  35                 data_changed = true;
  36                 this.values = new ArrayList<AltosTimeValue>();
  37         }
  38
  39         public void clear_changed() {
  40                 data_changed = false;
  41         }
  42
  43 //      public boolean changed() {
  44 //              return data_changed;
  45 //      }
  46
  47         public void add(double time, double value) {
  48                 add(new AltosTimeValue(time, value));
  49         }
  50
  51         public AltosTimeValue get(int i) {
  52                 return values.get(i);
  53         }
  54
  55         private double lerp(AltosTimeValue v0, AltosTimeValue v1, double t) {
  56                 /* degenerate case */
  57                 if (v0.time == v1.time)
  58                         return (v0.value + v1.value) / 2;
  59
  60                 return (v0.value * (v1.time - t) + v1.value * (t - v0.time)) / (v1.time - v0.time);
  61         }
  62
  63         private int after_index(double time) {
  64                 int     lo = 0;
  65                 int     hi = values.size() - 1;
  66
  67                 while (lo <= hi) {
  68                         int mid = (lo + hi) / 2;
  69
  70                         if (values.get(mid).time < time)
  71                                 lo = mid + 1;
  72                         else
  73                                 hi = mid - 1;
  74                 }
  75                 return lo;
  76         }
  77
  78         /* Compute a value for an arbitrary time */
  79         public double value(double time) {
  80                 int after = after_index(time);
  81                 double ret;
  82
  83                 if (after == 0)
  84                         ret = values.get(0).value;
  85                 else if (after == values.size())
  86                         ret = values.get(after - 1).value;
  87                 else {
  88                         AltosTimeValue b = values.get(after-1);
  89                         AltosTimeValue a = values.get(after);
  90                         ret = lerp(b, a, time);
  91                 }
  92                 return ret;
  93         }
  94
  95         /* Find the value just before an arbitrary time */
  96         public double value_before(double time) {
  97                 int after = after_index(time);
  98
  99                 if (after == 0)
 100                         return values.get(0).value;
 101                 return values.get(after-1).value;
 102         }
 103
 104         /* Find the value just after an arbitrary time */
 105         public double value_after(double time) {
 106                 int after = after_index(time);
 107
 108                 if (after == values.size())
 109                         return values.get(after-1).value;
 110                 return values.get(after).value;
 111         }
 112
 113         public double time_of(double value) {
 114                 double  last = AltosLib.MISSING;
 115                 for (AltosTimeValue v : values) {
 116                         if (v.value >= value)
 117                                 return v.time;
 118                         last = v.time;
 119                 }
 120                 return last;
 121         }
 122
 123         public int size() {
 124                 return values.size();
 125         }
 126
 127         public Iterator<AltosTimeValue> iterator() {
 128                 return values.iterator();
 129         }
 130
 131         public AltosTimeValue max() {
 132                 AltosTimeValue max = null;
 133                 for (AltosTimeValue tv : values)
 134                         if (max == null || tv.value > max.value)
 135                                 max = tv;
 136                 return max;
 137         }
 138
 139         public AltosTimeValue max(double start_time, double end_time) {
 140                 AltosTimeValue max = null;
 141                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 142                         if (start_time <= tv.time && tv.time <= end_time)
 143                                 if (max == null || tv.value > max.value)
 144                                         max = tv;
 145                 }
 146                 return max;
 147         }
 148
 149         public AltosTimeValue min() {
 150                 AltosTimeValue min = null;
 151                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 152                         if (min == null || tv.value < min.value)
 153                                 min = tv;
 154                 }
 155                 return min;
 156         }
 157
 158         public AltosTimeValue min(double start_time, double end_time) {
 159                 AltosTimeValue min = null;
 160                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 161                         if (start_time <= tv.time && tv.time <= end_time)
 162                                 if (min == null || tv.value < min.value)
 163                                         min = tv;
 164                 }
 165                 return min;
 166         }
 167
 168         public AltosTimeValue first() {
 169                 if (values.size() > 0)
 170                         return values.get(0);
 171                 return null;
 172         }
 173
 174         public AltosTimeValue last() {
 175                 if (values.size() > 0)
 176                         return values.get(values.size() - 1);
 177                 return null;
 178         }
 179
 180         public double average() {
 181                 double total_value = 0;
 182                 double total_time = 0;
 183                 AltosTimeValue prev = null;
 184                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 185                         if (prev != null) {
 186                                 total_value += (tv.value + prev.value) / 2 * (tv.time - prev.time);
 187                                 total_time += (tv.time - prev.time);
 188                         }
 189                         prev = tv;
 190                 }
 191                 if (total_time == 0)
 192                         return AltosLib.MISSING;
 193                 return total_value / total_time;
 194         }
 195
 196         public double average(double start_time, double end_time) {
 197                 double total_value = 0;
 198                 double total_time = 0;
 199                 AltosTimeValue prev = null;
 200                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 201                         if (start_time <= tv.time && tv.time <= end_time) {
 202                                 if (prev != null) {
 203                                         total_value += (tv.value + prev.value) / 2 * (tv.time - start_time);
 204                                         total_time += (tv.time - start_time);
 205                                 }
 206                                 start_time = tv.time;
 207                         }
 208                         prev = tv;
 209                 }
 210                 if (total_time == 0)
 211                         return AltosLib.MISSING;
 212                 return total_value / total_time;
 213         }
 214
 215         public AltosTimeSeries integrate(AltosTimeSeries integral) {
 216                 double  value = 0.0;
 217                 double  pvalue = 0.0;
 218                 double  time = 0.0;
 219                 boolean start = true;
 220
 221                 for (AltosTimeValue v : values) {
 222                         if (start) {
 223                                 value = 0.0;
 224                                 start = false;
 225                         } else {
 226                                 value += (pvalue + v.value) / 2.0 * (v.time - time);
 227                         }
 228                         pvalue = v.value;
 229                         time = v.time;
 230                         integral.add(time, value);
 231
 232                 }
 233                 return integral;
 234         }
 235
 236         public AltosTimeSeries differentiate(AltosTimeSeries diff) {
 237                 double value = 0.0;
 238                 double time = 0.0;
 239                 boolean start = true;
 240
 241                 for (AltosTimeValue v: values) {
 242                         if (start) {
 243                                 value = v.value;
 244                                 time = v.time;
 245                                 start = false;
 246                         } else {
 247                                 double  dx = v.time - time;
 248                                 double  dy = v.value - value;
 249
 250                                 if (dx != 0)
 251                                         diff.add(time, dy/dx);
 252
 253                                 time = v.time;
 254                                 value = v.value;
 255                         }
 256                 }
 257                 return diff;
 258         }
 259
 260         private int find_left(int i, double dt) {
 261                 int j;
 262                 double t = values.get(i).time - dt;
 263                 for (j = i; j >= 0; j--)        {
 264                         if (values.get(j).time < t)
 265                                 break;
 266                 }
 267                 return j + 1;
 268
 269         }
 270
 271         private int find_right(int i, double dt) {
 272                 int j;
 273                 double t = values.get(i).time + dt;
 274                 for (j = i; j < values.size(); j++) {
 275                         if (values.get(j).time > t)
 276                                 break;
 277                 }
 278                 return j - 1;
 279
 280         }
 281
 282         private static double i0(double x) {
 283                 double  ds = 1, d = 0, s = 0;
 284
 285                 do {
 286                         d += 2;
 287                         ds = ds * (x * x) / (d * d);
 288                         s += ds;
 289                 } while (ds - 0.2e-8 * s > 0);
 290                 return s;
 291         }
 292
 293         private static double kaiser(double n, double m, double beta) {
 294                 double alpha = m / 2;
 295                 double t = (n - alpha) / alpha;
 296
 297                 if (t > 1 || t < -1)
 298                         t = 1;
 299                 double k = i0 (beta * Math.sqrt (1 - t*t)) / i0(beta);
 300                 return k;
 301         }
 302
 303         private double filter_coeff(double dist, double width) {
 304                 return kaiser(dist + width/2.0, width, 2 * Math.PI);
 305         }
 306
 307         public AltosTimeSeries filter(AltosTimeSeries f, double width) {
 308
 309                 double  half_width = width/2;
 310                 int half_point = values.size() / 2;
 311                 for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
 312                         double  center_time = values.get(i).time;
 313                         double  left_time = center_time - half_width;
 314                         double  right_time = center_time + half_width;
 315                         double  total_coeff = 0.0;
 316                         double  total_value = 0.0;
 317
 318                         int     left = find_left(i, half_width);
 319                         int     right = find_right(i, half_width);
 320
 321                         for (int j = left; j <= right; j++) {
 322                                 double  j_time = values.get(j).time;
 323
 324                                 if (left_time <= j_time && j_time <= right_time) {
 325                                         double  j_left = j == left ? left_time : values.get(j-1).time;
 326                                         double  j_right = j == right ? right_time : values.get(j+1).time;
 327                                         double  interval = (j_right - j_left) / 2.0;
 328                                         double  coeff = filter_coeff(j_time - center_time, width) * interval;
 329                                         double  value = values.get(j).value;
 330                                         double  partial = value * coeff;
 331
 332                                         total_coeff += coeff;
 333                                         total_value += partial;
 334                                 }
 335                         }
 336                         if (total_coeff != 0.0)
 337                                 f.add(center_time, total_value / total_coeff);
 338                 }
 339                 return f;
 340         }
 341
 342         public AltosTimeSeries(String label, AltosUnits units) {
 343                 this.label = label;
 344                 this.units = units;
 345                 this.values = new ArrayList<AltosTimeValue>();
 346         }
 347 }