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                 double ret;
  63
  64                 if (after == 0)
  65                         ret = values.get(0).value;
  66                 else if (after == values.size())
  67                         ret = values.get(after - 1).value;
  68                 else {
  69                         AltosTimeValue b = values.get(after-1);
  70                         AltosTimeValue a = values.get(after);
  71                         ret = lerp(b, a, time);
  72                 }
  73                 return ret;
  74         }
  75
  76         /* Find the value just before an arbitrary time */
  77         public double value_before(double time) {
  78                 int after = after_index(time);
  79
  80                 if (after == 0)
  81                         return values.get(0).value;
  82                 return values.get(after-1).value;
  83         }
  84
  85         /* Find the value just after an arbitrary time */
  86         public double value_after(double time) {
  87                 int after = after_index(time);
  88
  89                 if (after == values.size())
  90                         return values.get(after-1).value;
  91                 return values.get(after).value;
  92         }
  93
  94         public double time_of(double value) {
  95                 double  last = AltosLib.MISSING;
  96                 for (AltosTimeValue v : values) {
  97                         if (v.value >= value)
  98                                 return v.time;
  99                         last = v.time;
 100                 }
 101                 return last;
 102         }
 103
 104         public int size() {
 105                 return values.size();
 106         }
 107
 108         public Iterator<AltosTimeValue> iterator() {
 109                 return values.iterator();
 110         }
 111
 112         public double max() {
 113                 double max = AltosLib.MISSING;
 114                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 115                         if (max == AltosLib.MISSING || tv.value > max)
 116                                 max = tv.value;
 117                 }
 118                 return max;
 119         }
 120
 121         public double max(double start_time, double end_time) {
 122                 double max = AltosLib.MISSING;
 123                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 124                         if (start_time <= tv.time && tv.time <= end_time)
 125                                 if (max == AltosLib.MISSING || tv.value > max)
 126                                         max = tv.value;
 127                 }
 128                 return max;
 129         }
 130
 131         public double min() {
 132                 double min = AltosLib.MISSING;
 133                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 134                         if (min == AltosLib.MISSING || tv.value < min)
 135                                 min = tv.value;
 136                 }
 137                 return min;
 138         }
 139
 140         public double min(double start_time, double end_time) {
 141                 double min = AltosLib.MISSING;
 142                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 143                         if (start_time <= tv.time && tv.time <= end_time)
 144                                 if (min == AltosLib.MISSING || tv.value < min)
 145                                         min = tv.value;
 146                 }
 147                 return min;
 148         }
 149
 150         public double average() {
 151                 double total = 0;
 152                 int count = 0;
 153                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 154                         total += tv.value;
 155                         count++;
 156                 }
 157                 if (count == 0)
 158                         return AltosLib.MISSING;
 159                 return total / count;
 160         }
 161
 162         public double average(double start_time, double end_time) {
 163                 double total = 0;
 164                 int count = 0;
 165                 for (AltosTimeValue tv : values) {
 166                         if (start_time <= tv.time && tv.time <= end_time) {
 167                                 total += tv.value;
 168                                 count++;
 169                         }
 170                 }
 171                 if (count == 0)
 172                         return AltosLib.MISSING;
 173                 return total / count;
 174         }
 175
 176         public AltosTimeSeries integrate(AltosTimeSeries integral) {
 177                 double  value = 0.0;
 178                 double  pvalue = 0.0;
 179                 double  time = 0.0;
 180                 boolean start = true;
 181
 182                 for (AltosTimeValue v : values) {
 183                         if (start) {
 184                                 value = 0.0;
 185                                 start = false;
 186                         } else {
 187                                 value += (pvalue + v.value) / 2.0 * (v.time - time);
 188                         }
 189                         pvalue = v.value;
 190                         time = v.time;
 191                         integral.add(time, value);
 192
 193                 }
 194                 return integral;
 195         }
 196
 197         public AltosTimeSeries differentiate(AltosTimeSeries diff) {
 198                 double value = 0.0;
 199                 double time = 0.0;
 200                 boolean start = true;
 201
 202                 for (AltosTimeValue v: values) {
 203                         if (start) {
 204                                 value = v.value;
 205                                 time = v.time;
 206                                 start = false;
 207                         } else {
 208                                 double  dx = v.time - time;
 209                                 double  dy = v.value - value;
 210
 211                                 if (dx != 0)
 212                                         diff.add(time, dy/dx);
 213
 214                                 time = v.time;
 215                                 value = v.value;
 216                         }
 217                 }
 218                 return diff;
 219         }
 220
 221         private int find_left(int i, double dt) {
 222                 int j;
 223                 double t = values.get(i).time - dt;
 224                 for (j = i; j >= 0; j--)        {
 225                         if (values.get(j).time < t)
 226                                 break;
 227                 }
 228                 return j + 1;
 229
 230         }
 231
 232         private int find_right(int i, double dt) {
 233                 int j;
 234                 double t = values.get(i).time + dt;
 235                 for (j = i; j < values.size(); j++) {
 236                         if (values.get(j).time > t)
 237                                 break;
 238                 }
 239                 return j - 1;
 240
 241         }
 242
 243         private double filter_coeff(double dist, double width) {
 244                 double ratio = dist / (width / 2);
 245
 246                 return Math.cos(ratio * Math.PI / 2);
 247         }
 248
 249         public AltosTimeSeries filter(AltosTimeSeries f, double width) {
 250                 double  half_width = width/2;
 251                 for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
 252                         double  center_time = values.get(i).time;
 253                         double  left_time = center_time - half_width;
 254                         double  right_time = center_time + half_width;
 255                         double  total_coeff = 0.0;
 256                         double  total_value = 0.0;
 257
 258                         int     left = find_left(i, half_width);
 259                         int     right = find_right(i, half_width);
 260
 261                         for (int j = left; j <= right; j++) {
 262                                 double  j_time = values.get(j).time;
 263
 264                                 if (left_time <= j_time && j_time <= right_time) {
 265                                         double  j_left = j == left ? left_time : values.get(j-1).time;
 266                                         double  j_right = j == right ? right_time : values.get(j+1).time;
 267                                         double  interval = (j_right - j_left) / 2.0;
 268                                         double  coeff = filter_coeff(j_time - center_time, width) * interval;
 269
 270                                         total_coeff += coeff;
 271                                         total_value += coeff * values.get(j).value;
 272                                 }
 273                         }
 274                         if (total_coeff != 0.0)
 275                                 f.add(center_time, total_value / total_coeff);
 276                 }
 277                 return f;
 278         }
 279
 280         public AltosTimeSeries(String label, AltosUnits units) {
 281                 this.label = label;
 282                 this.units = units;
 283                 this.values = new ArrayList<AltosTimeValue>();
 284         }
 285 }