git.gag.com Git - fw/altos/blob - src/kalman/matrix.5c

   1 /*
   2  * Copyright © 2011 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; version 2 of the License.
   7  *
   8  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
   9  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  11  * General Public License for more details.
  12  *
  13  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
  14  * with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  15  * 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA.
  16  */
  17
  18 namespace matrix {
  19         public typedef real[*] vec_t;
  20         public typedef real[*,*] mat_t;
  21
  22         public mat_t transpose(mat_t m) {
  23                 int[2] d = dims(m);
  24                 return (real[d[1],d[0]]) { [i,j] = m[j,i] };
  25         }
  26
  27         public void print_mat(string name, mat_t m) {
  28                 int[2]  d = dims(m);
  29                 printf ("%s {\n", name);
  30                 for (int y = 0; y < d[0]; y++) {
  31                         for (int x = 0; x < d[1]; x++)
  32                                 printf (" %14.8f", m[y,x]);
  33                         printf ("\n");
  34                 }
  35                 printf ("}\n");
  36         }
  37
  38         public void print_vec(string name, vec_t v) {
  39                 int d = dim(v);
  40                 printf ("%s {", name);
  41                 for (int x = 0; x < d; x++)
  42                         printf (" %14.8f", v[x]);
  43                 printf (" }\n");
  44         }
  45
  46         public mat_t multiply(mat_t a, mat_t b) {
  47                 int[2] da = dims(a);
  48                 int[2] db = dims(b);
  49
  50                 assert(da[1] == db[0], "invalid matrix dimensions");
  51
  52                 real dot(int rx, int ry) {
  53                         real    r = 0.0;
  54                         for (int i = 0; i < da[1]; i++)
  55                                 r += a[ry, i] * b[i, rx];
  56                         return imprecise(r);
  57                 }
  58
  59                 mat_t r = (real[da[0], db[1]]) { [ry,rx] = dot(rx,ry) };
  60                 return r;
  61         }
  62
  63         public mat_t multiply_mat_val(mat_t m, real value) {
  64                 int[2] d = dims(m);
  65                 for (int j = 0; j < d[1]; j++)
  66                         for (int i = 0; i < d[0]; i++)
  67                                 m[i,j] *= value;
  68                 return m;
  69         }
  70
  71         public mat_t add(mat_t a, mat_t b) {
  72                 int[2]  da = dims(a);
  73                 int[2]  db = dims(b);
  74
  75                 assert(da[0] == db[0] && da[1] == db[1], "mismatching dim in plus");
  76                 return (real[da[0], da[1]]) { [y,x] = a[y,x] + b[y,x] };
  77         }
  78
  79         public mat_t subtract(mat_t a, mat_t b) {
  80                 int[2]  da = dims(a);
  81                 int[2]  db = dims(b);
  82
  83                 assert(da[0] == db[0] && da[1] == db[1], "mismatching dim in minus");
  84                 return (real[da[0], da[1]]) { [y,x] = a[y,x] - b[y,x] };
  85         }
  86
  87         public mat_t inverse(mat_t m) {
  88                 int[2] d = dims(m);
  89
  90                 real[1,1] inverse_1(real[1,1] m) {
  91                         return (real[1,1]) { { 1/m[0,0] } };
  92                 }
  93
  94                 if (d[0] == 1 && d[1] == 1)
  95                         return inverse_1(m);
  96
  97                 real[2,2] inverse_2(real[2,2] m) {
  98                         real    a = m[0,0], b = m[0,1];
  99                         real    c = m[1,0], d = m[1,1];
 100                         real det = a * d - b * c;
 101                         return multiply_mat_val((real[2,2]) {
 102                                         { d, -b }, { -c, a } }, 1/det);
 103                 }
 104
 105                 if (d[0] == 2 && d[1] == 2)
 106                         return inverse_2(m);
 107
 108                 real[3,3] inverse_3(real[3,3] m) {
 109                         real    a = m[0,0], b = m[0,1], c = m[0, 2];
 110                         real    d = m[1,0], e = m[1,1], f = m[1, 2];
 111                         real    g = m[2,0], h = m[2,1], k = m[2, 2];
 112                         real    Z = a*(e*k-f*h) + b*(f*g - d*k) + c*(d*h-e*g);
 113                         real    A = (e*k-f*h), B = (c*h-b*k), C=(b*f-c*e);
 114                         real    D = (f*g-d*k), E = (a*k-c*g), F=(c*d-a*f);
 115                         real    G = (d*h-e*g), H = (b*g-a*h), K=(a*e-b*d);
 116                         return multiply_mat_val((real[3,3]) {
 117                                         { A, B, C }, { D, E, F }, { G, H, K }},
 118                                 1/Z);
 119                 }
 120
 121                 if (d[0] == 3 && d[1] == 3)
 122                         return inverse_3(m);
 123                 assert(false, "cannot invert %v\n", d);
 124                 return m;
 125         }
 126
 127         public mat_t identity(int d) {
 128                 return (real[d,d]) { [i,j] = (i == j) ? 1 : 0 };
 129         }
 130
 131         public vec_t vec_subtract(vec_t a, vec_t b) {
 132                 int     da = dim(a);
 133                 int     db = dim(b);
 134
 135                 assert(da == db, "mismatching dim in minus");
 136                 return (real[da]) { [x] = a[x] - b[x] };
 137         }
 138
 139         public vec_t vec_add(vec_t a, vec_t b) {
 140                 int     da = dim(a);
 141                 int     db = dim(b);
 142
 143                 assert(da == db, "mismatching dim in plus");
 144                 return (real[da]) { [x] = a[x] + b[x] };
 145         }
 146
 147         public vec_t multiply_vec_mat(vec_t v, mat_t m) {
 148                 mat_t r2 = matrix::multiply((real[dim(v),1]) { [y,x] = v[y] }, m);
 149                 return (real[dim(v)]) { [y] = r2[y,0] };
 150         }
 151
 152         public vec_t multiply_mat_vec(mat_t m, vec_t v) {
 153                 mat_t r2 = matrix::multiply(m, (real[dim(v), 1]) { [y,x] = v[y] });
 154                 int[2] d = dims(m);
 155                 return (real[d[0]]) { [y] = r2[y,0] };
 156         }
 157 }