Quellcodebibliothek Statistik Leitseite products/Sources/formale Sprachen/C/MySQL/unsupported/Eigen/src/MatrixFunctions/   (MySQL Server Version 8.1-8.4©)  Datei vom 12.11.2025 mit Größe 17 kB image not shown  

Quelle  MatrixLogarithm.h   Sprache: C

 
// This file is part of Eigen, a lightweight C++ template library
// for linear algebra.
//
// Copyright (C) 2011, 2013 Jitse Niesen <jitse@maths.leeds.ac.uk>
// Copyright (C) 2011 Chen-Pang He <jdh8@ms63.hinet.net>
//
// This Source Code Form is subject to the terms of the Mozilla
// Public License v. 2.0. If a copy of the MPL was not distributed
// with this file, You can obtain one at http://mozilla.org/MPL/2.0/.

#ifndef EIGEN_MATRIX_LOGARITHM
#define EIGEN_MATRIX_LOGARITHM

namespace Eigen { 

namespace internal { 

template <typename Scalar>
struct matrix_log_min_pade_degree 
{
  static const int value = 3;
};

template <typename Scalar>
struct matrix_log_max_pade_degree 
{
  typedef typename NumTraits<Scalar>::Real RealScalar;
  static const int value = std::numeric_limits<RealScalar>::digits<= 24?  5:  // single precision
                           std::numeric_limits<RealScalar>::digits<= 53?  7:  // double precision
                           std::numeric_limits<RealScalar>::digits<= 64?  8:  // extended precision
                           std::numeric_limits<RealScalar>::digits<=106? 10:  // double-double
                                                                         11;  // quadruple precision
};

/** \brief Compute logarithm of 2x2 triangular matrix. */
template <typename MatrixType>
void matrix_log_compute_2x2(const MatrixType& A, MatrixType& result)
{
  typedef typename MatrixType::Scalar Scalar;
  typedef typename MatrixType::RealScalar RealScalar;
  using std::abs;
  using std::ceil;
  using std::imag;
  using std::log;

  Scalar logA00 = log(A(0,0));
  Scalar logA11 = log(A(1,1));

  result(0,0) = logA00;
  result(1,0) = Scalar(0);
  result(1,1) = logA11;

  Scalar y = A(1,1) - A(0,0);
  if (y==Scalar(0))
  {
    result(0,1) = A(0,1) / A(0,0);
  }
  else if ((abs(A(0,0)) < RealScalar(0.5)*abs(A(1,1))) || (abs(A(0,0)) > 2*abs(A(1,1))))
  {
    result(0,1) = A(0,1) * (logA11 - logA00) / y;
  }
  else
  {
    // computation in previous branch is inaccurate if A(1,1) \approx A(0,0)
    RealScalar unwindingNumber = ceil((imag(logA11 - logA00) - RealScalar(EIGEN_PI)) / RealScalar(2*EIGEN_PI));
    result(0,1) = A(0,1) * (numext::log1p(y/A(0,0)) + Scalar(0,RealScalar(2*EIGEN_PI)*unwindingNumber)) / y;
  }
}

/* \brief Get suitable degree for Pade approximation. (specialized for RealScalar = float) */
inline int matrix_log_get_pade_degree(float normTminusI)
{
  const float maxNormForPade[] = { 2.5111573934555054e-1 /* degree = 3 */ , 4.0535837411880493e-1,
            5.3149729967117310e-1 };
  const int minPadeDegree = matrix_log_min_pade_degree<float>::value;
  const int maxPadeDegree = matrix_log_max_pade_degree<float>::value;
  int degree = minPadeDegree;
  for (; degree <= maxPadeDegree; ++degree) 
    if (normTminusI <= maxNormForPade[degree - minPadeDegree])
      break;
  return degree;
}

/* \brief Get suitable degree for Pade approximation. (specialized for RealScalar = double) */
inline int matrix_log_get_pade_degree(double normTminusI)
{
  const double maxNormForPade[] = { 1.6206284795015624e-2 /* degree = 3 */ , 5.3873532631381171e-2,
            1.1352802267628681e-1, 1.8662860613541288e-1, 2.642960831111435e-1 };
  const int minPadeDegree = matrix_log_min_pade_degree<double>::value;
  const int maxPadeDegree = matrix_log_max_pade_degree<double>::value;
  int degree = minPadeDegree;
  for (; degree <= maxPadeDegree; ++degree)
    if (normTminusI <= maxNormForPade[degree - minPadeDegree])
      break;
  return degree;
}

/* \brief Get suitable degree for Pade approximation. (specialized for RealScalar = long double) */
inline int matrix_log_get_pade_degree(long double normTminusI)
{
#if   LDBL_MANT_DIG == 53         // double precision
  const long double maxNormForPade[] = { 1.6206284795015624e-2L /* degree = 3 */ , 5.3873532631381171e-2L,
            1.1352802267628681e-1L, 1.8662860613541288e-1L, 2.642960831111435e-1L };
#elif LDBL_MANT_DIG <= 64         // extended precision
  const long double maxNormForPade[] = { 5.48256690357782863103e-3L /* degree = 3 */, 2.34559162387971167321e-2L,
            5.84603923897347449857e-2L, 1.08486423756725170223e-1L, 1.68385767881294446649e-1L,
            2.32777776523703892094e-1L };
#elif LDBL_MANT_DIG <= 106        // double-double
  const long double maxNormForPade[] = { 8.58970550342939562202529664318890e-5L /* degree = 3 */,
            9.34074328446359654039446552677759e-4L, 4.26117194647672175773064114582860e-3L,
            1.21546224740281848743149666560464e-2L, 2.61100544998339436713088248557444e-2L,
            4.66170074627052749243018566390567e-2L, 7.32585144444135027565872014932387e-2L,
            1.05026503471351080481093652651105e-1L };
#else                             // quadruple precision
  const long double maxNormForPade[] = { 4.7419931187193005048501568167858103e-5L /* degree = 3 */,
            5.8853168473544560470387769480192666e-4L, 2.9216120366601315391789493628113520e-3L,
            8.8415758124319434347116734705174308e-3L, 1.9850836029449446668518049562565291e-2L,
            3.6688019729653446926585242192447447e-2L, 5.9290962294020186998954055264528393e-2L,
            8.6998436081634343903250580992127677e-2L, 1.1880960220216759245467951592883642e-1L };
#endif
  const int minPadeDegree = matrix_log_min_pade_degree<long double>::value;
  const int maxPadeDegree = matrix_log_max_pade_degree<long double>::value;
  int degree = minPadeDegree;
  for (; degree <= maxPadeDegree; ++degree)
    if (normTminusI <= maxNormForPade[degree - minPadeDegree])
      break;
  return degree;
}

/* \brief Compute Pade approximation to matrix logarithm */
template <typename MatrixType>
void matrix_log_compute_pade(MatrixType& result, const MatrixType& T, int degree)
{
  typedef typename NumTraits<typename MatrixType::Scalar>::Real RealScalar;
  const int minPadeDegree = 3;
  const int maxPadeDegree = 11;
  assert(degree >= minPadeDegree && degree <= maxPadeDegree);
  // FIXME this creates float-conversion-warnings if these are enabled.
  // Either manually convert each value, or disable the warning locally
  const RealScalar nodes[][maxPadeDegree] = { 
    { 0.1127016653792583114820734600217600L, 0.5000000000000000000000000000000000L,  // degree 3
      0.8872983346207416885179265399782400L }, 
    { 0.0694318442029737123880267555535953L, 0.3300094782075718675986671204483777L,  // degree 4
      0.6699905217924281324013328795516223L, 0.9305681557970262876119732444464048L },
    { 0.0469100770306680036011865608503035L, 0.2307653449471584544818427896498956L,  // degree 5
      0.5000000000000000000000000000000000L, 0.7692346550528415455181572103501044L,
      0.9530899229693319963988134391496965L },
    { 0.0337652428984239860938492227530027L, 0.1693953067668677431693002024900473L,  // degree 6
      0.3806904069584015456847491391596440L, 0.6193095930415984543152508608403560L,
      0.8306046932331322568306997975099527L, 0.9662347571015760139061507772469973L },
    { 0.0254460438286207377369051579760744L, 0.1292344072003027800680676133596058L,  // degree 7
      0.2970774243113014165466967939615193L, 0.5000000000000000000000000000000000L,
      0.7029225756886985834533032060384807L, 0.8707655927996972199319323866403942L,
      0.9745539561713792622630948420239256L },
    { 0.0198550717512318841582195657152635L, 0.1016667612931866302042230317620848L,  // degree 8
      0.2372337950418355070911304754053768L, 0.4082826787521750975302619288199080L,
      0.5917173212478249024697380711800920L, 0.7627662049581644929088695245946232L,
      0.8983332387068133697957769682379152L, 0.9801449282487681158417804342847365L },
    { 0.0159198802461869550822118985481636L, 0.0819844463366821028502851059651326L,  // degree 9
      0.1933142836497048013456489803292629L, 0.3378732882980955354807309926783317L,
      0.5000000000000000000000000000000000L, 0.6621267117019044645192690073216683L,
      0.8066857163502951986543510196707371L, 0.9180155536633178971497148940348674L,
      0.9840801197538130449177881014518364L },
    { 0.0130467357414141399610179939577740L, 0.0674683166555077446339516557882535L,  // degree 10
      0.1602952158504877968828363174425632L, 0.2833023029353764046003670284171079L,
      0.4255628305091843945575869994351400L, 0.5744371694908156054424130005648600L,
      0.7166976970646235953996329715828921L, 0.8397047841495122031171636825574368L,
      0.9325316833444922553660483442117465L, 0.9869532642585858600389820060422260L },
    { 0.0108856709269715035980309994385713L, 0.0564687001159523504624211153480364L,  // degree 11
      0.1349239972129753379532918739844233L, 0.2404519353965940920371371652706952L,
      0.3652284220238275138342340072995692L, 0.5000000000000000000000000000000000L,
      0.6347715779761724861657659927004308L, 0.7595480646034059079628628347293048L,
      0.8650760027870246620467081260155767L, 0.9435312998840476495375788846519636L,
      0.9891143290730284964019690005614287L } };

  const RealScalar weights[][maxPadeDegree] = { 
    { 0.2777777777777777777777777777777778L, 0.4444444444444444444444444444444444L,  // degree 3
      0.2777777777777777777777777777777778L },
    { 0.1739274225687269286865319746109997L, 0.3260725774312730713134680253890003L,  // degree 4
      0.3260725774312730713134680253890003L, 0.1739274225687269286865319746109997L },
    { 0.1184634425280945437571320203599587L, 0.2393143352496832340206457574178191L,  // degree 5
      0.2844444444444444444444444444444444L, 0.2393143352496832340206457574178191L,
      0.1184634425280945437571320203599587L },
    { 0.0856622461895851725201480710863665L, 0.1803807865240693037849167569188581L,  // degree 6
      0.2339569672863455236949351719947755L, 0.2339569672863455236949351719947755L,
      0.1803807865240693037849167569188581L, 0.0856622461895851725201480710863665L },
    { 0.0647424830844348466353057163395410L, 0.1398526957446383339507338857118898L,  // degree 7
      0.1909150252525594724751848877444876L, 0.2089795918367346938775510204081633L,
      0.1909150252525594724751848877444876L, 0.1398526957446383339507338857118898L,
      0.0647424830844348466353057163395410L },
    { 0.0506142681451881295762656771549811L, 0.1111905172266872352721779972131204L,  // degree 8
      0.1568533229389436436689811009933007L, 0.1813418916891809914825752246385978L,
      0.1813418916891809914825752246385978L, 0.1568533229389436436689811009933007L,
      0.1111905172266872352721779972131204L, 0.0506142681451881295762656771549811L },
    { 0.0406371941807872059859460790552618L, 0.0903240803474287020292360156214564L,  // degree 9
      0.1303053482014677311593714347093164L, 0.1561735385200014200343152032922218L,
      0.1651196775006298815822625346434870L, 0.1561735385200014200343152032922218L,
      0.1303053482014677311593714347093164L, 0.0903240803474287020292360156214564L,
      0.0406371941807872059859460790552618L },
    { 0.0333356721543440687967844049466659L, 0.0747256745752902965728881698288487L,  // degree 10
      0.1095431812579910219977674671140816L, 0.1346333596549981775456134607847347L,
      0.1477621123573764350869464973256692L, 0.1477621123573764350869464973256692L,
      0.1346333596549981775456134607847347L, 0.1095431812579910219977674671140816L,
      0.0747256745752902965728881698288487L, 0.0333356721543440687967844049466659L },
    { 0.0278342835580868332413768602212743L, 0.0627901847324523123173471496119701L,  // degree 11
      0.0931451054638671257130488207158280L, 0.1165968822959952399592618524215876L,
      0.1314022722551233310903444349452546L, 0.1364625433889503153572417641681711L,
      0.1314022722551233310903444349452546L, 0.1165968822959952399592618524215876L,
      0.0931451054638671257130488207158280L, 0.0627901847324523123173471496119701L,
      0.0278342835580868332413768602212743L } };

  MatrixType TminusI = T - MatrixType::Identity(T.rows(), T.rows());
  result.setZero(T.rows(), T.rows());
  for (int k = 0; k < degree; ++k) {
    RealScalar weight = weights[degree-minPadeDegree][k];
    RealScalar node = nodes[degree-minPadeDegree][k];
    result += weight * (MatrixType::Identity(T.rows(), T.rows()) + node * TminusI)
                       .template triangularView<Upper>().solve(TminusI);
  }


/** \brief Compute logarithm of triangular matrices with size > 2. 
  * \details This uses a inverse scale-and-square algorithm. */

template <typename MatrixType>
void matrix_log_compute_big(const MatrixType& A, MatrixType& result)
{
  typedef typename MatrixType::Scalar Scalar;
  typedef typename NumTraits<Scalar>::Real RealScalar;
  using std::pow;

  int numberOfSquareRoots = 0;
  int numberOfExtraSquareRoots = 0;
  int degree;
  MatrixType T = A, sqrtT;

  const int maxPadeDegree = matrix_log_max_pade_degree<Scalar>::value;
  const RealScalar maxNormForPade = RealScalar(
                                    maxPadeDegree<= 5? 5.3149729967117310e-1L:                    // single precision
                                    maxPadeDegree<= 7? 2.6429608311114350e-1L:                    // double precision
                                    maxPadeDegree<= 8? 2.32777776523703892094e-1L:                // extended precision
                                    maxPadeDegree<=10? 1.05026503471351080481093652651105e-1L:    // double-double
                                                       1.1880960220216759245467951592883642e-1L); // quadruple precision

  while (true) {
    RealScalar normTminusI = (T - MatrixType::Identity(T.rows(), T.rows())).cwiseAbs().colwise().sum().maxCoeff();
    if (normTminusI < maxNormForPade) {
      degree = matrix_log_get_pade_degree(normTminusI);
      int degree2 = matrix_log_get_pade_degree(normTminusI / RealScalar(2));
      if ((degree - degree2 <= 1) || (numberOfExtraSquareRoots == 1)) 
        break;
      ++numberOfExtraSquareRoots;
    }
    matrix_sqrt_triangular(T, sqrtT);
    T = sqrtT.template triangularView<Upper>();
    ++numberOfSquareRoots;
  }

  matrix_log_compute_pade(result, T, degree);
  result *= pow(RealScalar(2), RealScalar(numberOfSquareRoots)); // TODO replace by bitshift if possible
}

/** \ingroup MatrixFunctions_Module
  * \class MatrixLogarithmAtomic
  * \brief Helper class for computing matrix logarithm of atomic matrices.
  *
  * Here, an atomic matrix is a triangular matrix whose diagonal entries are close to each other.
  *
  * \sa class MatrixFunctionAtomic, MatrixBase::log()
  */

template <typename MatrixType>
class MatrixLogarithmAtomic
{
public:
  /** \brief Compute matrix logarithm of atomic matrix
    * \param[in]  A  argument of matrix logarithm, should be upper triangular and atomic
    * \returns  The logarithm of \p A.
    */

  MatrixType compute(const MatrixType& A);
};

template <typename MatrixType>
MatrixType MatrixLogarithmAtomic<MatrixType>::compute(const MatrixType& A)
{
  using std::log;
  MatrixType result(A.rows(), A.rows());
  if (A.rows() == 1)
    result(0,0) = log(A(0,0));
  else if (A.rows() == 2)
    matrix_log_compute_2x2(A, result);
  else
    matrix_log_compute_big(A, result);
  return result;
}

// end of namespace internal

/** \ingroup MatrixFunctions_Module
  *
  * \brief Proxy for the matrix logarithm of some matrix (expression).
  *
  * \tparam Derived  Type of the argument to the matrix function.
  *
  * This class holds the argument to the matrix function until it is
  * assigned or evaluated for some other reason (so the argument
  * should not be changed in the meantime). It is the return type of
  * MatrixBase::log() and most of the time this is the only way it
  * is used.
  */

template<typename Derived> class MatrixLogarithmReturnValue
public ReturnByValue<MatrixLogarithmReturnValue<Derived> >
{
public:
  typedef typename Derived::Scalar Scalar;
  typedef typename Derived::Index Index;

protected:
  typedef typename internal::ref_selector<Derived>::type DerivedNested;

public:

  /** \brief Constructor.
    *
    * \param[in]  A  %Matrix (expression) forming the argument of the matrix logarithm.
    */

  explicit MatrixLogarithmReturnValue(const Derived& A) : m_A(A) { }
  
  /** \brief Compute the matrix logarithm.
    *
    * \param[out]  result  Logarithm of \c A, where \c A is as specified in the constructor.
    */

  template <typename ResultType>
  inline void evalTo(ResultType& result) const
  {
    typedef typename internal::nested_eval<Derived, 10>::type DerivedEvalType;
    typedef typename internal::remove_all<DerivedEvalType>::type DerivedEvalTypeClean;
    typedef internal::traits<DerivedEvalTypeClean> Traits;
    typedef std::complex<typename NumTraits<Scalar>::Real> ComplexScalar;
    typedef Matrix<ComplexScalar, Dynamic, Dynamic, 0, Traits::RowsAtCompileTime, Traits::ColsAtCompileTime> DynMatrixType;
    typedef internal::MatrixLogarithmAtomic<DynMatrixType> AtomicType;
    AtomicType atomic;
    
    internal::matrix_function_compute<typename DerivedEvalTypeClean::PlainObject>::run(m_A, atomic, result);
  }

  Index rows() const { return m_A.rows(); }
  Index cols() const { return m_A.cols(); }
  
private:
  const DerivedNested m_A;
};

namespace internal {
  template<typename Derived>
  struct traits<MatrixLogarithmReturnValue<Derived> >
  {
    typedef typename Derived::PlainObject ReturnType;
  };
}


/********** MatrixBase method **********/


template <typename Derived>
const MatrixLogarithmReturnValue<Derived> MatrixBase<Derived>::log() const
{
  eigen_assert(rows() == cols());
  return MatrixLogarithmReturnValue<Derived>(derived());
}

// end namespace Eigen

#endif // EIGEN_MATRIX_LOGARITHM

95%


¤ Dauer der Verarbeitung: 0.3 Sekunden  (vorverarbeitet)  ¤

*© Formatika GbR, Deutschland






Wurzel

Suchen

Beweissystem der NASA

Beweissystem Isabelle

NIST Cobol Testsuite

Cephes Mathematical Library

Wiener Entwicklungsmethode

Haftungshinweis

Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.

Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung ist noch experimentell.