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_12;
  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
  24         public int compareTo(AltosTimeSeries other) {
  25                 return label.compareTo(other.label);
  26         }
  27
  28         public void add(AltosTimeValue tv) {
  29                 values.add(tv);
  30         }
  31
  32         public void add(double time, double value) {
  33                 add(new AltosTimeValue(time, value));
  34         }
  35
  36         public AltosTimeValue get(int i) {
  37                 return values.get(i);
  38         }
  39
  40         private double lerp(AltosTimeValue v0, AltosTimeValue v1, double t) {
  41                 /* degenerate case */
  42                 if (v0.time == v1.time)
  43                         return (v0.value + v1.value) / 2;
  44
  45                 return (v0.value * (v1.time - t) + v1.value * (t - v0.time)) / (v1.time - v0.time);
  46         }
  47
  48         private int after_index(double time) {
  49                 int     lo = 0;
  50                 int     hi = values.size() - 1;
  51
  52                 while (lo <= hi) {
  53                         int mid = (lo + hi) / 2;
  54
  55                         if (values.get(mid).time < time)
  56                                 lo = mid + 1;
  57                         else
  58                                 hi = mid - 1;
  59                 }
  60                 return lo;
  61         }
  62
  63         /* Compute a value for an arbitrary time */
  64         public double value(double time) {
  65                 int after = after_index(time);
  66                 double ret;
  67
  68                 if (after == 0)
  69                         ret = values.get(0).value;
  70                 else if (after == values.size())
  71                         ret = values.get(after - 1).value;
  72                 else {
  73                         AltosTimeValue b = values.get(after-1);
  74                         AltosTimeValue a = values.get(after);
  75                         ret = lerp(b, a, time);
  76                 }
  77                 return ret;
  78         }
  79
  80         /* Find the value just before an arbitrary time */
  81         public double value_before(double time) {
  82                 int after = after_index(time);
  83
  84                 if (after == 0)
  85                         return values.get(0).value;
  86                 return values.get(after-1).value;
  87         }
  88
  89         /* Find the value just after an arbitrary time */
  90         public double value_after(double time) {
  91                 int after = after_index(time);
  92
  93                 if (after == values.size())
  94                         return values.get(after-1).value;
  95                 return values.get(after).value;
  96         }
  97
  98         public double time_of(double value) {
  99                 double  last = AltosLib.MISSING;
 100                 for (AltosTimeValue v : values) {
 101                         if (v.value >= value)
 102                                 return v.time;
 103                         last = v.time;
 104                 }
 105                 return last;
 106         }
 107
 108         public int size() {
 109                 return values.size();
 110         }
 111
 112         public Iterator<AltosTimeValue> iterator() {
 113                 return values.iterator();
 114         }
 115
 116         public AltosTimeValue max() {
 117                 AltosTimeValue max = null;
 118                 for (AltosTimeValue tv : values)
 119                         if (max == null || tv.value > max.value)
 120                                 max = tv;
 121                 return max;
 122         }
 123
 124         public AltosTimeValue max(double start_time, double end_time) {
 125                 AltosTimeValue max = null;
 126                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 127                         if (start_time <= tv.time && tv.time <= end_time)
 128                                 if (max == null || tv.value > max.value)
 129                                         max = tv;
 130                 }
 131                 return max;
 132         }
 133
 134         public AltosTimeValue min() {
 135                 AltosTimeValue min = null;
 136                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 137                         if (min == null || tv.value < min.value)
 138                                 min = tv;
 139                 }
 140                 return min;
 141         }
 142
 143         public AltosTimeValue min(double start_time, double end_time) {
 144                 AltosTimeValue min = null;
 145                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 146                         if (start_time <= tv.time && tv.time <= end_time)
 147                                 if (min == null || tv.value < min.value)
 148                                         min = tv;
 149                 }
 150                 return min;
 151         }
 152
 153         public AltosTimeValue first() {
 154                 return values.get(0);
 155         }
 156
 157         public AltosTimeValue last() {
 158                 return values.get(values.size() - 1);
 159         }
 160
 161         public double average() {
 162                 double total_value = 0;
 163                 double total_time = 0;
 164                 AltosTimeValue prev = null;
 165                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 166                         if (prev != null) {
 167                                 total_value += (tv.value + prev.value) / 2 * (tv.time - prev.time);
 168                                 total_time += (tv.time - prev.time);
 169                         }
 170                         prev = tv;
 171                 }
 172                 if (total_time == 0)
 173                         return AltosLib.MISSING;
 174                 return total_value / total_time;
 175         }
 176
 177         public double average(double start_time, double end_time) {
 178                 double total_value = 0;
 179                 double total_time = 0;
 180                 AltosTimeValue prev = null;
 181                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 182                         if (start_time <= tv.time && tv.time <= end_time) {
 183                                 if (prev != null) {
 184                                         total_value += (tv.value + prev.value) / 2 * (tv.time - start_time);
 185                                         total_time += (tv.time - start_time);
 186                                 }
 187                                 start_time = tv.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 AltosTimeSeries integrate(AltosTimeSeries integral) {
 197                 double  value = 0.0;
 198                 double  pvalue = 0.0;
 199                 double  time = 0.0;
 200                 boolean start = true;
 201
 202                 for (AltosTimeValue v : values) {
 203                         if (start) {
 204                                 value = 0.0;
 205                                 start = false;
 206                         } else {
 207                                 value += (pvalue + v.value) / 2.0 * (v.time - time);
 208                         }
 209                         pvalue = v.value;
 210                         time = v.time;
 211                         integral.add(time, value);
 212
 213                 }
 214                 return integral;
 215         }
 216
 217         public AltosTimeSeries differentiate(AltosTimeSeries diff) {
 218                 double value = 0.0;
 219                 double time = 0.0;
 220                 boolean start = true;
 221
 222                 for (AltosTimeValue v: values) {
 223                         if (start) {
 224                                 value = v.value;
 225                                 time = v.time;
 226                                 start = false;
 227                         } else {
 228                                 double  dx = v.time - time;
 229                                 double  dy = v.value - value;
 230
 231                                 if (dx != 0)
 232                                         diff.add(time, dy/dx);
 233
 234                                 time = v.time;
 235                                 value = v.value;
 236                         }
 237                 }
 238                 return diff;
 239         }
 240
 241         private int find_left(int i, double dt) {
 242                 int j;
 243                 double t = values.get(i).time - dt;
 244                 for (j = i; j >= 0; j--)        {
 245                         if (values.get(j).time < t)
 246                                 break;
 247                 }
 248                 return j + 1;
 249
 250         }
 251
 252         private int find_right(int i, double dt) {
 253                 int j;
 254                 double t = values.get(i).time + dt;
 255                 for (j = i; j < values.size(); j++) {
 256                         if (values.get(j).time > t)
 257                                 break;
 258                 }
 259                 return j - 1;
 260
 261         }
 262
 263         private double filter_coeff(double dist, double width) {
 264                 double ratio = dist / (width / 2);
 265
 266                 return Math.cos(ratio * Math.PI / 2);
 267         }
 268
 269         public AltosTimeSeries filter(AltosTimeSeries f, double width) {
 270                 double  half_width = width/2;
 271                 for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
 272                         double  center_time = values.get(i).time;
 273                         double  left_time = center_time - half_width;
 274                         double  right_time = center_time + half_width;
 275                         double  total_coeff = 0.0;
 276                         double  total_value = 0.0;
 277
 278                         int     left = find_left(i, half_width);
 279                         int     right = find_right(i, half_width);
 280
 281                         for (int j = left; j <= right; j++) {
 282                                 double  j_time = values.get(j).time;
 283
 284                                 if (left_time <= j_time && j_time <= right_time) {
 285                                         double  j_left = j == left ? left_time : values.get(j-1).time;
 286                                         double  j_right = j == right ? right_time : values.get(j+1).time;
 287                                         double  interval = (j_right - j_left) / 2.0;
 288                                         double  coeff = filter_coeff(j_time - center_time, width) * interval;
 289                                         double  value = values.get(j).value;
 290                                         double  partial = value * coeff;
 291
 292                                         total_coeff += coeff;
 293                                         total_value += partial;
 294                                 }
 295                         }
 296                         if (total_coeff != 0.0)
 297                                 f.add(center_time, total_value / total_coeff);
 298                 }
 299                 return f;
 300         }
 301
 302         public AltosTimeSeries(String label, AltosUnits units) {
 303                 this.label = label;
 304                 this.units = units;
 305                 this.values = new ArrayList<AltosTimeValue>();
 306         }
 307 }