Free cookie consent management tool by TermsFeed Policy Generator

source: branches/HeuristicLab.Hive_Milestone2/sources/LibSVM/Solver.cs @ 5510

Last change on this file since 5510 was 1819, checked in by mkommend, 16 years ago

created new project for LibSVM source files (ticket #619)

File size: 84.9 KB
Line 
1/*
2 * SVM.NET Library
3 * Copyright (C) 2008 Matthew Johnson
4 *
5 * This program is free software: you can redistribute it and/or modify
6 * it under the terms of the GNU General Public License as published by
7 * the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
8 * (at your option) any later version.
9 *
10 * This program is distributed in the hope that it will be useful,
11 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13 * GNU General Public License for more details.
14 *
15 * You should have received a copy of the GNU General Public License
16 * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
17 */
18
19
20using System;
21using System.Collections.Generic;
22using System.Diagnostics;
23
24namespace SVM
25{
26    //
27    // Kernel evaluation
28    //
29    // the static method k_function is for doing single kernel evaluation
30    // the constructor of Kernel prepares to calculate the l*l kernel matrix
31    // the member function get_Q is for getting one column from the Q Matrix
32    //
33    internal abstract class QMatrix
34    {
35        public abstract float[] get_Q(int column, int len);
36        public abstract float[] get_QD();
37        public abstract void swap_index(int i, int j);
38    }
39
40    internal abstract class Kernel : QMatrix
41    {
42        private Node[][] _x;
43        private double[] _x_square;
44
45        // Parameter
46        private KernelType kernel_type;
47        private int degree;
48        private double gamma;
49        private double coef0;
50
51        public override void swap_index(int i, int j)
52        {
53            do { Node[] _ = _x[i]; _x[i] = _x[j]; _x[j] = _; } while (false);
54            if (_x_square != null) do { double _ = _x_square[i]; _x_square[i] = _x_square[j]; _x_square[j] = _; } while (false);
55        }
56
57        private static double powi(double baseValue, int times)
58        {
59            double tmp = baseValue, ret = 1.0;
60
61            for (int t = times; t > 0; t /= 2)
62            {
63                if (t % 2 == 1) ret *= tmp;
64                tmp = tmp * tmp;
65            }
66            return ret;
67        }
68
69        private static double tanh(double x)
70        {
71            double e = Math.Exp(x);
72            return 1.0 - 2.0 / (e * e + 1);
73        }
74
75        public double kernel_function(int i, int j)
76        {
77            switch (kernel_type)
78            {
79                case KernelType.LINEAR:
80                    return dot(_x[i], _x[j]);
81                case KernelType.POLY:
82                    return powi(gamma * dot(_x[i], _x[j]) + coef0, degree);
83                case KernelType.RBF:
84                    return Math.Exp(-gamma * (_x_square[i] + _x_square[j] - 2 * dot(_x[i], _x[j])));
85                case KernelType.SIGMOID:
86                    return tanh(gamma * dot(_x[i], _x[j]) + coef0);
87                case KernelType.PRECOMPUTED:
88                    return _x[i][(int)(_x[j][0].Value)].Value;
89                default:
90                    return 0;
91            }
92        }
93
94        public Kernel(int l, Node[][] x_, Parameter param)
95        {
96            this.kernel_type = param.KernelType;
97            this.degree = param.Degree;
98            this.gamma = param.Gamma;
99            this.coef0 = param.Coefficient0;
100
101            _x = (Node[][])x_.Clone();
102
103            if (kernel_type == KernelType.RBF)
104            {
105                _x_square = new double[l];
106                for (int i = 0; i < l; i++)
107                    _x_square[i] = dot(_x[i], _x[i]);
108            }
109            else _x_square = null;
110        }
111
112        public static double dot(Node[] x, Node[] y)
113        {
114            double sum = 0;
115            int xlen = x.Length;
116            int ylen = y.Length;
117            int i = 0;
118            int j = 0;
119            while (i < xlen && j < ylen)
120            {
121                if (x[i].Index == y[j].Index)
122                    sum += x[i++].Value * y[j++].Value;
123                else
124                {
125                    if (x[i].Index > y[j].Index)
126                        ++j;
127                    else
128                        ++i;
129                }
130            }
131            return sum;
132        }
133
134        public static double k_function(Node[] x, Node[] y, Parameter param)
135        {
136            switch (param.KernelType)
137            {
138                case KernelType.LINEAR:
139                    return dot(x, y);
140                case KernelType.POLY:
141                    return powi(param.Gamma * dot(x, y) + param.Coefficient0, param.Degree);
142                case KernelType.RBF:
143                    {
144                        double sum = 0;
145                        int xlen = x.Length;
146                        int ylen = y.Length;
147                        int i = 0;
148                        int j = 0;
149                        while (i < xlen && j < ylen)
150                        {
151                            if (x[i].Index == y[j].Index)
152                            {
153                                double d = x[i++].Value - y[j++].Value;
154                                sum += d * d;
155                            }
156                            else if (x[i].Index > y[j].Index)
157                            {
158                                sum += y[j].Value * y[j].Value;
159                                ++j;
160                            }
161                            else
162                            {
163                                sum += x[i].Value * x[i].Value;
164                                ++i;
165                            }
166                        }
167
168                        while (i < xlen)
169                        {
170                            sum += x[i].Value * x[i].Value;
171                            ++i;
172                        }
173
174                        while (j < ylen)
175                        {
176                            sum += y[j].Value * y[j].Value;
177                            ++j;
178                        }
179
180                        return Math.Exp(-param.Gamma * sum);
181                    }
182                case KernelType.SIGMOID:
183                    return tanh(param.Gamma * dot(x, y) + param.Coefficient0);
184                case KernelType.PRECOMPUTED:
185                    return x[(int)(y[0].Value)].Value;
186                default:
187                    return 0;
188            }
189        }
190    }
191
192    // An SMO algorithm in Fan et al., JMLR 6(2005), p. 1889--1918
193    // Solves:
194    //
195    //  min 0.5(\alpha^T Q \alpha) + p^T \alpha
196    //
197    //    y^T \alpha = \delta
198    //    y_i = +1 or -1
199    //    0 <= alpha_i <= Cp for y_i = 1
200    //    0 <= alpha_i <= Cn for y_i = -1
201    //
202    // Given:
203    //
204    //  Q, p, y, Cp, Cn, and an initial feasible point \alpha
205    //  l is the size of vectors and matrices
206    //  eps is the stopping tolerance
207    //
208    // solution will be put in \alpha, objective value will be put in obj
209    //
210    internal class Solver
211    {
212        protected int active_size;
213        protected short[] y;
214        protected double[] G;   // gradient of objective function
215        protected const byte LOWER_BOUND = 0;
216        protected const byte UPPER_BOUND = 1;
217        protected const byte FREE = 2;
218        protected byte[] alpha_status;  // LOWER_BOUND, UPPER_BOUND, FREE
219        protected double[] alpha;
220        protected QMatrix Q;
221        protected float[] QD;
222        protected double eps;
223        protected double Cp, Cn;
224        protected double[] p;
225        protected int[] active_set;
226        protected double[] G_bar;   // gradient, if we treat free variables as 0
227        protected int l;
228        protected bool unshrinked;  // XXX
229
230        protected const double INF = double.PositiveInfinity;
231
232        protected double get_C(int i)
233        {
234            return (y[i] > 0) ? Cp : Cn;
235        }
236        protected void update_alpha_status(int i)
237        {
238            if (alpha[i] >= get_C(i))
239                alpha_status[i] = UPPER_BOUND;
240            else if (alpha[i] <= 0)
241                alpha_status[i] = LOWER_BOUND;
242            else alpha_status[i] = FREE;
243        }
244        protected bool is_upper_bound(int i) { return alpha_status[i] == UPPER_BOUND; }
245        protected bool is_lower_bound(int i) { return alpha_status[i] == LOWER_BOUND; }
246        protected bool is_free(int i) { return alpha_status[i] == FREE; }
247
248        // java: information about solution except alpha,
249        // because we cannot return multiple values otherwise...
250        internal class SolutionInfo
251        {
252            public double obj;
253            public double rho;
254            public double upper_bound_p;
255            public double upper_bound_n;
256            public double r;  // for Solver_NU
257        }
258
259        protected void swap_index(int i, int j)
260        {
261            Q.swap_index(i, j);
262            do { short _ = y[i]; y[i] = y[j]; y[j] = _; } while (false);
263            do { double _ = G[i]; G[i] = G[j]; G[j] = _; } while (false);
264            do { byte _ = alpha_status[i]; alpha_status[i] = alpha_status[j]; alpha_status[j] = _; } while (false);
265            do { double _ = alpha[i]; alpha[i] = alpha[j]; alpha[j] = _; } while (false);
266            do { double _ = p[i]; p[i] = p[j]; p[j] = _; } while (false);
267            do { int _ = active_set[i]; active_set[i] = active_set[j]; active_set[j] = _; } while (false);
268            do { double _ = G_bar[i]; G_bar[i] = G_bar[j]; G_bar[j] = _; } while (false);
269        }
270
271        protected void reconstruct_gradient()
272        {
273            // reconstruct inactive elements of G from G_bar and free variables
274
275            if (active_size == l) return;
276
277            int i;
278            for (i = active_size; i < l; i++)
279                G[i] = G_bar[i] + p[i];
280
281            for (i = 0; i < active_size; i++)
282                if (is_free(i))
283                {
284                    float[] Q_i = Q.get_Q(i, l);
285                    double alpha_i = alpha[i];
286                    for (int j = active_size; j < l; j++)
287                        G[j] += alpha_i * Q_i[j];
288                }
289        }
290
291        public virtual void Solve(int l, QMatrix Q, double[] p_, short[] y_,
292               double[] alpha_, double Cp, double Cn, double eps, SolutionInfo si, bool shrinking)
293        {
294            this.l = l;
295            this.Q = Q;
296            QD = Q.get_QD();
297            p = (double[])p_.Clone();
298            y = (short[])y_.Clone();
299            alpha = (double[])alpha_.Clone();
300            this.Cp = Cp;
301            this.Cn = Cn;
302            this.eps = eps;
303            this.unshrinked = false;
304
305            // initialize alpha_status
306            {
307                alpha_status = new byte[l];
308                for (int i = 0; i < l; i++)
309                    update_alpha_status(i);
310            }
311
312            // initialize active set (for shrinking)
313            {
314                active_set = new int[l];
315                for (int i = 0; i < l; i++)
316                    active_set[i] = i;
317                active_size = l;
318            }
319
320            // initialize gradient
321            {
322                G = new double[l];
323                G_bar = new double[l];
324                int i;
325                for (i = 0; i < l; i++)
326                {
327                    G[i] = p[i];
328                    G_bar[i] = 0;
329                }
330                for (i = 0; i < l; i++)
331                    if (!is_lower_bound(i))
332                    {
333                        float[] Q_i = Q.get_Q(i, l);
334                        double alpha_i = alpha[i];
335                        int j;
336                        for (j = 0; j < l; j++)
337                            G[j] += alpha_i * Q_i[j];
338                        if (is_upper_bound(i))
339                            for (j = 0; j < l; j++)
340                                G_bar[j] += get_C(i) * Q_i[j];
341                    }
342            }
343
344            // optimization step
345
346            int iter = 0;
347            int counter = Math.Min(l, 1000) + 1;
348            int[] working_set = new int[2];
349
350            while (true)
351            {
352                // show progress and do shrinking
353
354                if (--counter == 0)
355                {
356                    counter = Math.Min(l, 1000);
357                    if (shrinking) do_shrinking();
358                    Debug.Write(".");
359                }
360
361                if (select_working_set(working_set) != 0)
362                {
363                    // reconstruct the whole gradient
364                    reconstruct_gradient();
365                    // reset active set size and check
366                    active_size = l;
367                    Debug.Write("*");
368                    if (select_working_set(working_set) != 0)
369                        break;
370                    else
371                        counter = 1;  // do shrinking next iteration
372                }
373
374                int i = working_set[0];
375                int j = working_set[1];
376
377                ++iter;
378
379                // update alpha[i] and alpha[j], handle bounds carefully
380
381                float[] Q_i = Q.get_Q(i, active_size);
382                float[] Q_j = Q.get_Q(j, active_size);
383
384                double C_i = get_C(i);
385                double C_j = get_C(j);
386
387                double old_alpha_i = alpha[i];
388                double old_alpha_j = alpha[j];
389
390                if (y[i] != y[j])
391                {
392                    double quad_coef = Q_i[i] + Q_j[j] + 2 * Q_i[j];
393                    if (quad_coef <= 0)
394                        quad_coef = 1e-12;
395                    double delta = (-G[i] - G[j]) / quad_coef;
396                    double diff = alpha[i] - alpha[j];
397                    alpha[i] += delta;
398                    alpha[j] += delta;
399
400                    if (diff > 0)
401                    {
402                        if (alpha[j] < 0)
403                        {
404                            alpha[j] = 0;
405                            alpha[i] = diff;
406                        }
407                    }
408                    else
409                    {
410                        if (alpha[i] < 0)
411                        {
412                            alpha[i] = 0;
413                            alpha[j] = -diff;
414                        }
415                    }
416                    if (diff > C_i - C_j)
417                    {
418                        if (alpha[i] > C_i)
419                        {
420                            alpha[i] = C_i;
421                            alpha[j] = C_i - diff;
422                        }
423                    }
424                    else
425                    {
426                        if (alpha[j] > C_j)
427                        {
428                            alpha[j] = C_j;
429                            alpha[i] = C_j + diff;
430                        }
431                    }
432                }
433                else
434                {
435                    double quad_coef = Q_i[i] + Q_j[j] - 2 * Q_i[j];
436                    if (quad_coef <= 0)
437                        quad_coef = 1e-12;
438                    double delta = (G[i] - G[j]) / quad_coef;
439                    double sum = alpha[i] + alpha[j];
440                    alpha[i] -= delta;
441                    alpha[j] += delta;
442
443                    if (sum > C_i)
444                    {
445                        if (alpha[i] > C_i)
446                        {
447                            alpha[i] = C_i;
448                            alpha[j] = sum - C_i;
449                        }
450                    }
451                    else
452                    {
453                        if (alpha[j] < 0)
454                        {
455                            alpha[j] = 0;
456                            alpha[i] = sum;
457                        }
458                    }
459                    if (sum > C_j)
460                    {
461                        if (alpha[j] > C_j)
462                        {
463                            alpha[j] = C_j;
464                            alpha[i] = sum - C_j;
465                        }
466                    }
467                    else
468                    {
469                        if (alpha[i] < 0)
470                        {
471                            alpha[i] = 0;
472                            alpha[j] = sum;
473                        }
474                    }
475                }
476
477                // update G
478
479                double delta_alpha_i = alpha[i] - old_alpha_i;
480                double delta_alpha_j = alpha[j] - old_alpha_j;
481
482                for (int k = 0; k < active_size; k++)
483                {
484                    G[k] += Q_i[k] * delta_alpha_i + Q_j[k] * delta_alpha_j;
485                }
486
487                // update alpha_status and G_bar
488
489                {
490                    bool ui = is_upper_bound(i);
491                    bool uj = is_upper_bound(j);
492                    update_alpha_status(i);
493                    update_alpha_status(j);
494                    int k;
495                    if (ui != is_upper_bound(i))
496                    {
497                        Q_i = Q.get_Q(i, l);
498                        if (ui)
499                            for (k = 0; k < l; k++)
500                                G_bar[k] -= C_i * Q_i[k];
501                        else
502                            for (k = 0; k < l; k++)
503                                G_bar[k] += C_i * Q_i[k];
504                    }
505
506                    if (uj != is_upper_bound(j))
507                    {
508                        Q_j = Q.get_Q(j, l);
509                        if (uj)
510                            for (k = 0; k < l; k++)
511                                G_bar[k] -= C_j * Q_j[k];
512                        else
513                            for (k = 0; k < l; k++)
514                                G_bar[k] += C_j * Q_j[k];
515                    }
516                }
517
518            }
519
520            // calculate rho
521
522            si.rho = calculate_rho();
523
524            // calculate objective value
525            {
526                double v = 0;
527                int i;
528                for (i = 0; i < l; i++)
529                    v += alpha[i] * (G[i] + p[i]);
530
531                si.obj = v / 2;
532            }
533
534            // put back the solution
535            {
536                for (int i = 0; i < l; i++)
537                    alpha_[active_set[i]] = alpha[i];
538            }
539
540            si.upper_bound_p = Cp;
541            si.upper_bound_n = Cn;
542
543            Debug.Write("\noptimization finished, #iter = " + iter + "\n");
544        }
545
546        // return 1 if already optimal, return 0 otherwise
547        protected virtual int select_working_set(int[] working_set)
548        {
549            // return i,j such that
550            // i: maximizes -y_i * grad(f)_i, i in I_up(\alpha)
551            // j: mimimizes the decrease of obj value
552            //    (if quadratic coefficeint <= 0, replace it with tau)
553            //    -y_j*grad(f)_j < -y_i*grad(f)_i, j in I_low(\alpha)
554
555            double Gmax = -INF;
556            double Gmax2 = -INF;
557            int Gmax_idx = -1;
558            int Gmin_idx = -1;
559            double obj_diff_min = INF;
560
561            for (int t = 0; t < active_size; t++)
562                if (y[t] == +1)
563                {
564                    if (!is_upper_bound(t))
565                        if (-G[t] >= Gmax)
566                        {
567                            Gmax = -G[t];
568                            Gmax_idx = t;
569                        }
570                }
571                else
572                {
573                    if (!is_lower_bound(t))
574                        if (G[t] >= Gmax)
575                        {
576                            Gmax = G[t];
577                            Gmax_idx = t;
578                        }
579                }
580
581            int i = Gmax_idx;
582            float[] Q_i = null;
583            if (i != -1) // null Q_i not accessed: Gmax=-INF if i=-1
584                Q_i = Q.get_Q(i, active_size);
585
586            for (int j = 0; j < active_size; j++)
587            {
588                if (y[j] == +1)
589                {
590                    if (!is_lower_bound(j))
591                    {
592                        double grad_diff = Gmax + G[j];
593                        if (G[j] >= Gmax2)
594                            Gmax2 = G[j];
595                        if (grad_diff > 0)
596                        {
597                            double obj_diff;
598                            double quad_coef = Q_i[i] + QD[j] - 2 * y[i] * Q_i[j];
599                            if (quad_coef > 0)
600                                obj_diff = -(grad_diff * grad_diff) / quad_coef;
601                            else
602                                obj_diff = -(grad_diff * grad_diff) / 1e-12;
603
604                            if (obj_diff <= obj_diff_min)
605                            {
606                                Gmin_idx = j;
607                                obj_diff_min = obj_diff;
608                            }
609                        }
610                    }
611                }
612                else
613                {
614                    if (!is_upper_bound(j))
615                    {
616                        double grad_diff = Gmax - G[j];
617                        if (-G[j] >= Gmax2)
618                            Gmax2 = -G[j];
619                        if (grad_diff > 0)
620                        {
621                            double obj_diff;
622                            double quad_coef = Q_i[i] + QD[j] + 2 * y[i] * Q_i[j];
623                            if (quad_coef > 0)
624                                obj_diff = -(grad_diff * grad_diff) / quad_coef;
625                            else
626                                obj_diff = -(grad_diff * grad_diff) / 1e-12;
627
628                            if (obj_diff <= obj_diff_min)
629                            {
630                                Gmin_idx = j;
631                                obj_diff_min = obj_diff;
632                            }
633                        }
634                    }
635                }
636            }
637
638            if (Gmax + Gmax2 < eps)
639                return 1;
640
641            working_set[0] = Gmax_idx;
642            working_set[1] = Gmin_idx;
643            return 0;
644        }
645
646        private bool be_shrunken(int i, double Gmax1, double Gmax2)
647        {
648            if (is_upper_bound(i))
649            {
650                if (y[i] == +1)
651                    return (-G[i] > Gmax1);
652                else
653                    return (-G[i] > Gmax2);
654            }
655            else if (is_lower_bound(i))
656            {
657                if (y[i] == +1)
658                    return (G[i] > Gmax2);
659                else
660                    return (G[i] > Gmax1);
661            }
662            else
663                return (false);
664        }
665
666        protected virtual void do_shrinking()
667        {
668            int i;
669            double Gmax1 = -INF;    // max { -y_i * grad(f)_i | i in I_up(\alpha) }
670            double Gmax2 = -INF;    // max { y_i * grad(f)_i | i in I_low(\alpha) }
671
672            // find maximal violating pair first
673            for (i = 0; i < active_size; i++)
674            {
675                if (y[i] == +1)
676                {
677                    if (!is_upper_bound(i))
678                    {
679                        if (-G[i] >= Gmax1)
680                            Gmax1 = -G[i];
681                    }
682                    if (!is_lower_bound(i))
683                    {
684                        if (G[i] >= Gmax2)
685                            Gmax2 = G[i];
686                    }
687                }
688                else
689                {
690                    if (!is_upper_bound(i))
691                    {
692                        if (-G[i] >= Gmax2)
693                            Gmax2 = -G[i];
694                    }
695                    if (!is_lower_bound(i))
696                    {
697                        if (G[i] >= Gmax1)
698                            Gmax1 = G[i];
699                    }
700                }
701            }
702
703            // shrink
704
705            for (i = 0; i < active_size; i++)
706                if (be_shrunken(i, Gmax1, Gmax2))
707                {
708                    active_size--;
709                    while (active_size > i)
710                    {
711                        if (!be_shrunken(active_size, Gmax1, Gmax2))
712                        {
713                            swap_index(i, active_size);
714                            break;
715                        }
716                        active_size--;
717                    }
718                }
719
720            // unshrink, check all variables again before sealed iterations
721
722            if (unshrinked || Gmax1 + Gmax2 > eps * 10) return;
723
724            unshrinked = true;
725            reconstruct_gradient();
726
727            for (i = l - 1; i >= active_size; i--)
728                if (!be_shrunken(i, Gmax1, Gmax2))
729                {
730                    while (active_size < i)
731                    {
732                        if (be_shrunken(active_size, Gmax1, Gmax2))
733                        {
734                            swap_index(i, active_size);
735                            break;
736                        }
737                        active_size++;
738                    }
739                    active_size++;
740                }
741        }
742
743        protected virtual double calculate_rho()
744        {
745            double r;
746            int nr_free = 0;
747            double ub = INF, lb = -INF, sum_free = 0;
748            for (int i = 0; i < active_size; i++)
749            {
750                double yG = y[i] * G[i];
751
752                if (is_lower_bound(i))
753                {
754                    if (y[i] > 0)
755                        ub = Math.Min(ub, yG);
756                    else
757                        lb = Math.Max(lb, yG);
758                }
759                else if (is_upper_bound(i))
760                {
761                    if (y[i] < 0)
762                        ub = Math.Min(ub, yG);
763                    else
764                        lb = Math.Max(lb, yG);
765                }
766                else
767                {
768                    ++nr_free;
769                    sum_free += yG;
770                }
771            }
772
773            if (nr_free > 0)
774                r = sum_free / nr_free;
775            else
776                r = (ub + lb) / 2;
777
778            return r;
779        }
780
781    }
782
783    //
784    // Solver for nu-svm classification and regression
785    //
786    // additional constraint: e^T \alpha = constant
787    //
788    sealed class Solver_NU : Solver
789    {
790        private SolutionInfo si;
791
792        public override void Solve(int l, QMatrix Q, double[] p, short[] y,
793               double[] alpha, double Cp, double Cn, double eps,
794               SolutionInfo si, bool shrinking)
795        {
796            this.si = si;
797            base.Solve(l, Q, p, y, alpha, Cp, Cn, eps, si, shrinking);
798        }
799
800        // return 1 if already optimal, return 0 otherwise
801        protected override int select_working_set(int[] working_set)
802        {
803            // return i,j such that y_i = y_j and
804            // i: maximizes -y_i * grad(f)_i, i in I_up(\alpha)
805            // j: minimizes the decrease of obj value
806            //    (if quadratic coefficeint <= 0, replace it with tau)
807            //    -y_j*grad(f)_j < -y_i*grad(f)_i, j in I_low(\alpha)
808
809            double Gmaxp = -INF;
810            double Gmaxp2 = -INF;
811            int Gmaxp_idx = -1;
812
813            double Gmaxn = -INF;
814            double Gmaxn2 = -INF;
815            int Gmaxn_idx = -1;
816
817            int Gmin_idx = -1;
818            double obj_diff_min = INF;
819
820            for (int t = 0; t < active_size; t++)
821                if (y[t] == +1)
822                {
823                    if (!is_upper_bound(t))
824                        if (-G[t] >= Gmaxp)
825                        {
826                            Gmaxp = -G[t];
827                            Gmaxp_idx = t;
828                        }
829                }
830                else
831                {
832                    if (!is_lower_bound(t))
833                        if (G[t] >= Gmaxn)
834                        {
835                            Gmaxn = G[t];
836                            Gmaxn_idx = t;
837                        }
838                }
839
840            int ip = Gmaxp_idx;
841            int iN = Gmaxn_idx;
842            float[] Q_ip = null;
843            float[] Q_in = null;
844            if (ip != -1) // null Q_ip not accessed: Gmaxp=-INF if ip=-1
845                Q_ip = Q.get_Q(ip, active_size);
846            if (iN != -1)
847                Q_in = Q.get_Q(iN, active_size);
848
849            for (int j = 0; j < active_size; j++)
850            {
851                if (y[j] == +1)
852                {
853                    if (!is_lower_bound(j))
854                    {
855                        double grad_diff = Gmaxp + G[j];
856                        if (G[j] >= Gmaxp2)
857                            Gmaxp2 = G[j];
858                        if (grad_diff > 0)
859                        {
860                            double obj_diff;
861                            double quad_coef = Q_ip[ip] + QD[j] - 2 * Q_ip[j];
862                            if (quad_coef > 0)
863                                obj_diff = -(grad_diff * grad_diff) / quad_coef;
864                            else
865                                obj_diff = -(grad_diff * grad_diff) / 1e-12;
866
867                            if (obj_diff <= obj_diff_min)
868                            {
869                                Gmin_idx = j;
870                                obj_diff_min = obj_diff;
871                            }
872                        }
873                    }
874                }
875                else
876                {
877                    if (!is_upper_bound(j))
878                    {
879                        double grad_diff = Gmaxn - G[j];
880                        if (-G[j] >= Gmaxn2)
881                            Gmaxn2 = -G[j];
882                        if (grad_diff > 0)
883                        {
884                            double obj_diff;
885                            double quad_coef = Q_in[iN] + QD[j] - 2 * Q_in[j];
886                            if (quad_coef > 0)
887                                obj_diff = -(grad_diff * grad_diff) / quad_coef;
888                            else
889                                obj_diff = -(grad_diff * grad_diff) / 1e-12;
890
891                            if (obj_diff <= obj_diff_min)
892                            {
893                                Gmin_idx = j;
894                                obj_diff_min = obj_diff;
895                            }
896                        }
897                    }
898                }
899            }
900
901            if (Math.Max(Gmaxp + Gmaxp2, Gmaxn + Gmaxn2) < eps)
902                return 1;
903
904            if (y[Gmin_idx] == +1)
905                working_set[0] = Gmaxp_idx;
906            else
907                working_set[0] = Gmaxn_idx;
908            working_set[1] = Gmin_idx;
909
910            return 0;
911        }
912
913        private bool be_shrunken(int i, double Gmax1, double Gmax2, double Gmax3, double Gmax4)
914        {
915            if (is_upper_bound(i))
916            {
917                if (y[i] == +1)
918                    return (-G[i] > Gmax1);
919                else
920                    return (-G[i] > Gmax4);
921            }
922            else if (is_lower_bound(i))
923            {
924                if (y[i] == +1)
925                    return (G[i] > Gmax2);
926                else
927                    return (G[i] > Gmax3);
928            }
929            else
930                return (false);
931        }
932
933        protected override void do_shrinking()
934        {
935            double Gmax1 = -INF;  // max { -y_i * grad(f)_i | y_i = +1, i in I_up(\alpha) }
936            double Gmax2 = -INF;  // max { y_i * grad(f)_i | y_i = +1, i in I_low(\alpha) }
937            double Gmax3 = -INF;  // max { -y_i * grad(f)_i | y_i = -1, i in I_up(\alpha) }
938            double Gmax4 = -INF;  // max { y_i * grad(f)_i | y_i = -1, i in I_low(\alpha) }
939
940            // find maximal violating pair first
941            int i;
942            for (i = 0; i < active_size; i++)
943            {
944                if (!is_upper_bound(i))
945                {
946                    if (y[i] == +1)
947                    {
948                        if (-G[i] > Gmax1) Gmax1 = -G[i];
949                    }
950                    else if (-G[i] > Gmax4) Gmax4 = -G[i];
951                }
952                if (!is_lower_bound(i))
953                {
954                    if (y[i] == +1)
955                    {
956                        if (G[i] > Gmax2) Gmax2 = G[i];
957                    }
958                    else if (G[i] > Gmax3) Gmax3 = G[i];
959                }
960            }
961
962            // shrinking
963
964            for (i = 0; i < active_size; i++)
965                if (be_shrunken(i, Gmax1, Gmax2, Gmax3, Gmax4))
966                {
967                    active_size--;
968                    while (active_size > i)
969                    {
970                        if (!be_shrunken(active_size, Gmax1, Gmax2, Gmax3, Gmax4))
971                        {
972                            swap_index(i, active_size);
973                            break;
974                        }
975                        active_size--;
976                    }
977                }
978
979            if (unshrinked || Math.Max(Gmax1 + Gmax2, Gmax3 + Gmax4) > eps * 10) return;
980
981            unshrinked = true;
982            reconstruct_gradient();
983
984            for (i = l - 1; i >= active_size; i--)
985                if (!be_shrunken(i, Gmax1, Gmax2, Gmax3, Gmax4))
986                {
987                    while (active_size < i)
988                    {
989                        if (be_shrunken(active_size, Gmax1, Gmax2, Gmax3, Gmax4))
990                        {
991                            swap_index(i, active_size);
992                            break;
993                        }
994                        active_size++;
995                    }
996                    active_size++;
997                }
998        }
999
1000        protected override double calculate_rho()
1001        {
1002            int nr_free1 = 0, nr_free2 = 0;
1003            double ub1 = INF, ub2 = INF;
1004            double lb1 = -INF, lb2 = -INF;
1005            double sum_free1 = 0, sum_free2 = 0;
1006
1007            for (int i = 0; i < active_size; i++)
1008            {
1009                if (y[i] == +1)
1010                {
1011                    if (is_lower_bound(i))
1012                        ub1 = Math.Min(ub1, G[i]);
1013                    else if (is_upper_bound(i))
1014                        lb1 = Math.Max(lb1, G[i]);
1015                    else
1016                    {
1017                        ++nr_free1;
1018                        sum_free1 += G[i];
1019                    }
1020                }
1021                else
1022                {
1023                    if (is_lower_bound(i))
1024                        ub2 = Math.Min(ub2, G[i]);
1025                    else if (is_upper_bound(i))
1026                        lb2 = Math.Max(lb2, G[i]);
1027                    else
1028                    {
1029                        ++nr_free2;
1030                        sum_free2 += G[i];
1031                    }
1032                }
1033            }
1034
1035            double r1, r2;
1036            if (nr_free1 > 0)
1037                r1 = sum_free1 / nr_free1;
1038            else
1039                r1 = (ub1 + lb1) / 2;
1040
1041            if (nr_free2 > 0)
1042                r2 = sum_free2 / nr_free2;
1043            else
1044                r2 = (ub2 + lb2) / 2;
1045
1046            si.r = (r1 + r2) / 2;
1047            return (r1 - r2) / 2;
1048        }
1049    }
1050
1051    //
1052    // Q matrices for various formulations
1053    //
1054    class SVC_Q : Kernel
1055    {
1056        private short[] y;
1057        private Cache cache;
1058        private float[] QD;
1059
1060        public SVC_Q(Problem prob, Parameter param, short[] y_) : base(prob.Count, prob.X, param)
1061        {
1062            y = (short[])y_.Clone();
1063            cache = new Cache(prob.Count, (long)(param.CacheSize * (1 << 20)));
1064            QD = new float[prob.Count];
1065            for (int i = 0; i < prob.Count; i++)
1066                QD[i] = (float)kernel_function(i, i);
1067        }
1068
1069        public override float[] get_Q(int i, int len)
1070        {
1071            float[][] data = new float[1][];
1072            int start;
1073            if ((start = cache.get_data(i, data, len)) < len)
1074            {
1075                for (int j = start; j < len; j++)
1076                    data[0][j] = (float)(y[i] * y[j] * kernel_function(i, j));
1077            }
1078            return data[0];
1079        }
1080
1081        public override float[] get_QD()
1082        {
1083            return QD;
1084        }
1085
1086        public override void swap_index(int i, int j)
1087        {
1088            cache.swap_index(i, j);
1089            base.swap_index(i, j);
1090            do { short _ = y[i]; y[i] = y[j]; y[j] = _; } while (false);
1091            do { float _ = QD[i]; QD[i] = QD[j]; QD[j] = _; } while (false);
1092        }
1093    }
1094
1095    class ONE_CLASS_Q : Kernel
1096    {
1097        private Cache cache;
1098        private float[] QD;
1099
1100        public ONE_CLASS_Q(Problem prob, Parameter param) : base(prob.Count, prob.X, param)
1101        {
1102            cache = new Cache(prob.Count, (long)(param.CacheSize * (1 << 20)));
1103            QD = new float[prob.Count];
1104            for (int i = 0; i < prob.Count; i++)
1105                QD[i] = (float)kernel_function(i, i);
1106        }
1107
1108        public override float[] get_Q(int i, int len)
1109        {
1110            float[][] data = new float[1][];
1111            int start;
1112            if ((start = cache.get_data(i, data, len)) < len)
1113            {
1114                for (int j = start; j < len; j++)
1115                    data[0][j] = (float)kernel_function(i, j);
1116            }
1117            return data[0];
1118        }
1119
1120        public override float[] get_QD()
1121        {
1122            return QD;
1123        }
1124
1125        public override void swap_index(int i, int j)
1126        {
1127            cache.swap_index(i, j);
1128            base.swap_index(i, j);
1129            do { float _ = QD[i]; QD[i] = QD[j]; QD[j] = _; } while (false);
1130        }
1131    }
1132
1133    class SVR_Q : Kernel
1134    {
1135        private int l;
1136        private Cache cache;
1137        private short[] sign;
1138        private int[] index;
1139        private int next_buffer;
1140        private float[][] buffer;
1141        private float[] QD;
1142
1143        public SVR_Q(Problem prob, Parameter param)
1144            : base(prob.Count, prob.X, param)
1145        {
1146            l = prob.Count;
1147            cache = new Cache(l, (long)(param.CacheSize * (1 << 20)));
1148            QD = new float[2 * l];
1149            sign = new short[2 * l];
1150            index = new int[2 * l];
1151            for (int k = 0; k < l; k++)
1152            {
1153                sign[k] = 1;
1154                sign[k + l] = -1;
1155                index[k] = k;
1156                index[k + l] = k;
1157                QD[k] = (float)kernel_function(k, k);
1158                QD[k + l] = QD[k];
1159            }
1160            buffer = new float[2][];
1161            buffer[0] = new float[2 * l];
1162            buffer[1] = new float[2 * l];
1163            next_buffer = 0;
1164        }
1165
1166        public override void swap_index(int i, int j)
1167        {
1168            do { short _ = sign[i]; sign[i] = sign[j]; sign[j] = _; } while (false);
1169            do { int _ = index[i]; index[i] = index[j]; index[j] = _; } while (false);
1170            do { float _ = QD[i]; QD[i] = QD[j]; QD[j] = _; } while (false);
1171        }
1172
1173        public override float[] get_Q(int i, int len)
1174        {
1175            float[][] data = new float[1][];
1176            int real_i = index[i];
1177            if (cache.get_data(real_i, data, l) < l)
1178            {
1179                for (int j = 0; j < l; j++)
1180                    data[0][j] = (float)kernel_function(real_i, j);
1181            }
1182
1183            // reorder and copy
1184            float[] buf = buffer[next_buffer];
1185            next_buffer = 1 - next_buffer;
1186            short si = sign[i];
1187            for (int j = 0; j < len; j++)
1188                buf[j] = si * sign[j] * data[0][index[j]];
1189            return buf;
1190        }
1191
1192        public override float[] get_QD()
1193        {
1194            return QD;
1195        }
1196    }
1197
1198    internal static class Procedures
1199    {
1200        //
1201        // construct and solve various formulations
1202        //
1203        private static void solve_c_svc(Problem prob, Parameter param,
1204                        double[] alpha, Solver.SolutionInfo si,
1205                        double Cp, double Cn)
1206        {
1207            int l = prob.Count;
1208            double[] minus_ones = new double[l];
1209            short[] y = new short[l];
1210
1211            int i;
1212
1213            for (i = 0; i < l; i++)
1214            {
1215                alpha[i] = 0;
1216                minus_ones[i] = -1;
1217                if (prob.Y[i] > 0) y[i] = +1; else y[i] = -1;
1218            }
1219
1220            Solver s = new Solver();
1221            s.Solve(l, new SVC_Q(prob, param, y), minus_ones, y,
1222                alpha, Cp, Cn, param.EPS, si, param.Shrinking);
1223
1224            double sum_alpha = 0;
1225            for (i = 0; i < l; i++)
1226                sum_alpha += alpha[i];
1227
1228            if (Cp == Cn)
1229                Debug.Write("nu = " + sum_alpha / (Cp * prob.Count) + "\n");
1230
1231            for (i = 0; i < l; i++)
1232                alpha[i] *= y[i];
1233        }
1234
1235        private static void solve_nu_svc(Problem prob, Parameter param,
1236                        double[] alpha, Solver.SolutionInfo si)
1237        {
1238            int i;
1239            int l = prob.Count;
1240            double nu = param.Nu;
1241
1242            short[] y = new short[l];
1243
1244            for (i = 0; i < l; i++)
1245                if (prob.Y[i] > 0)
1246                    y[i] = +1;
1247                else
1248                    y[i] = -1;
1249
1250            double sum_pos = nu * l / 2;
1251            double sum_neg = nu * l / 2;
1252
1253            for (i = 0; i < l; i++)
1254                if (y[i] == +1)
1255                {
1256                    alpha[i] = Math.Min(1.0, sum_pos);
1257                    sum_pos -= alpha[i];
1258                }
1259                else
1260                {
1261                    alpha[i] = Math.Min(1.0, sum_neg);
1262                    sum_neg -= alpha[i];
1263                }
1264
1265            double[] zeros = new double[l];
1266
1267            for (i = 0; i < l; i++)
1268                zeros[i] = 0;
1269
1270            Solver_NU s = new Solver_NU();
1271            s.Solve(l, new SVC_Q(prob, param, y), zeros, y,
1272                alpha, 1.0, 1.0, param.EPS, si, param.Shrinking);
1273            double r = si.r;
1274
1275            Debug.Write("C = " + 1 / r + "\n");
1276
1277            for (i = 0; i < l; i++)
1278                alpha[i] *= y[i] / r;
1279
1280            si.rho /= r;
1281            si.obj /= (r * r);
1282            si.upper_bound_p = 1 / r;
1283            si.upper_bound_n = 1 / r;
1284        }
1285
1286        private static void solve_one_class(Problem prob, Parameter param,
1287                            double[] alpha, Solver.SolutionInfo si)
1288        {
1289            int l = prob.Count;
1290            double[] zeros = new double[l];
1291            short[] ones = new short[l];
1292            int i;
1293
1294            int n = (int)(param.Nu * prob.Count); // # of alpha's at upper bound
1295
1296            for (i = 0; i < n; i++)
1297                alpha[i] = 1;
1298            if (n < prob.Count)
1299                alpha[n] = param.Nu * prob.Count - n;
1300            for (i = n + 1; i < l; i++)
1301                alpha[i] = 0;
1302
1303            for (i = 0; i < l; i++)
1304            {
1305                zeros[i] = 0;
1306                ones[i] = 1;
1307            }
1308
1309            Solver s = new Solver();
1310            s.Solve(l, new ONE_CLASS_Q(prob, param), zeros, ones,
1311                alpha, 1.0, 1.0, param.EPS, si, param.Shrinking);
1312        }
1313
1314        private static void solve_epsilon_svr(Problem prob, Parameter param,
1315                        double[] alpha, Solver.SolutionInfo si)
1316        {
1317            int l = prob.Count;
1318            double[] alpha2 = new double[2 * l];
1319            double[] linear_term = new double[2 * l];
1320            short[] y = new short[2 * l];
1321            int i;
1322
1323            for (i = 0; i < l; i++)
1324            {
1325                alpha2[i] = 0;
1326                linear_term[i] = param.P - prob.Y[i];
1327                y[i] = 1;
1328
1329                alpha2[i + l] = 0;
1330                linear_term[i + l] = param.P + prob.Y[i];
1331                y[i + l] = -1;
1332            }
1333
1334            Solver s = new Solver();
1335            s.Solve(2 * l, new SVR_Q(prob, param), linear_term, y,
1336                alpha2, param.C, param.C, param.EPS, si, param.Shrinking);
1337
1338            double sum_alpha = 0;
1339            for (i = 0; i < l; i++)
1340            {
1341                alpha[i] = alpha2[i] - alpha2[i + l];
1342                sum_alpha += Math.Abs(alpha[i]);
1343            }
1344            Debug.Write("nu = " + sum_alpha / (param.C * l) + "\n");
1345        }
1346
1347        private static void solve_nu_svr(Problem prob, Parameter param,
1348                        double[] alpha, Solver.SolutionInfo si)
1349        {
1350            int l = prob.Count;
1351            double C = param.C;
1352            double[] alpha2 = new double[2 * l];
1353            double[] linear_term = new double[2 * l];
1354            short[] y = new short[2 * l];
1355            int i;
1356
1357            double sum = C * param.Nu * l / 2;
1358            for (i = 0; i < l; i++)
1359            {
1360                alpha2[i] = alpha2[i + l] = Math.Min(sum, C);
1361                sum -= alpha2[i];
1362
1363                linear_term[i] = -prob.Y[i];
1364                y[i] = 1;
1365
1366                linear_term[i + l] = prob.Y[i];
1367                y[i + l] = -1;
1368            }
1369
1370            Solver_NU s = new Solver_NU();
1371            s.Solve(2 * l, new SVR_Q(prob, param), linear_term, y, alpha2, C, C, param.EPS, si, param.Shrinking);
1372
1373            Debug.Write("epsilon = " + (-si.r) + "\n");
1374
1375            for (i = 0; i < l; i++)
1376                alpha[i] = alpha2[i] - alpha2[i + l];
1377        }
1378
1379        //
1380        // decision_function
1381        //
1382        private class decision_function
1383        {
1384            public double[] alpha;
1385            public double rho;
1386        };
1387
1388        static decision_function svm_train_one(
1389            Problem prob, Parameter param,
1390            double Cp, double Cn)
1391        {
1392            double[] alpha = new double[prob.Count];
1393            Solver.SolutionInfo si = new Solver.SolutionInfo();
1394            switch (param.SvmType)
1395            {
1396                case SvmType.C_SVC:
1397                    solve_c_svc(prob, param, alpha, si, Cp, Cn);
1398                    break;
1399                case SvmType.NU_SVC:
1400                    solve_nu_svc(prob, param, alpha, si);
1401                    break;
1402                case SvmType.ONE_CLASS:
1403                    solve_one_class(prob, param, alpha, si);
1404                    break;
1405                case SvmType.EPSILON_SVR:
1406                    solve_epsilon_svr(prob, param, alpha, si);
1407                    break;
1408                case SvmType.NU_SVR:
1409                    solve_nu_svr(prob, param, alpha, si);
1410                    break;
1411            }
1412
1413            Debug.Write("obj = " + si.obj + ", rho = " + si.rho + "\n");
1414
1415            // output SVs
1416
1417            int nSV = 0;
1418            int nBSV = 0;
1419            for (int i = 0; i < prob.Count; i++)
1420            {
1421                if (Math.Abs(alpha[i]) > 0)
1422                {
1423                    ++nSV;
1424                    if (prob.Y[i] > 0)
1425                    {
1426                        if (Math.Abs(alpha[i]) >= si.upper_bound_p)
1427                            ++nBSV;
1428                    }
1429                    else
1430                    {
1431                        if (Math.Abs(alpha[i]) >= si.upper_bound_n)
1432                            ++nBSV;
1433                    }
1434                }
1435            }
1436
1437            Debug.Write("nSV = " + nSV + ", nBSV = " + nBSV + "\n");
1438
1439            decision_function f = new decision_function();
1440            f.alpha = alpha;
1441            f.rho = si.rho;
1442            return f;
1443        }
1444
1445        // Platt's binary SVM Probablistic Output: an improvement from Lin et al.
1446        private static void sigmoid_train(int l, double[] dec_values, double[] labels,
1447                      double[] probAB)
1448        {
1449            double A, B;
1450            double prior1 = 0, prior0 = 0;
1451            int i;
1452
1453            for (i = 0; i < l; i++)
1454                if (labels[i] > 0) prior1 += 1;
1455                else prior0 += 1;
1456
1457            int max_iter = 100;   // Maximal number of iterations
1458            double min_step = 1e-10;  // Minimal step taken in line search
1459            double sigma = 1e-3;  // For numerically strict PD of Hessian
1460            double eps = 1e-5;
1461            double hiTarget = (prior1 + 1.0) / (prior1 + 2.0);
1462            double loTarget = 1 / (prior0 + 2.0);
1463            double[] t = new double[l];
1464            double fApB, p, q, h11, h22, h21, g1, g2, det, dA, dB, gd, stepsize;
1465            double newA, newB, newf, d1, d2;
1466            int iter;
1467
1468            // Initial Point and Initial Fun Value
1469            A = 0.0; B = Math.Log((prior0 + 1.0) / (prior1 + 1.0));
1470            double fval = 0.0;
1471
1472            for (i = 0; i < l; i++)
1473            {
1474                if (labels[i] > 0) t[i] = hiTarget;
1475                else t[i] = loTarget;
1476                fApB = dec_values[i] * A + B;
1477                if (fApB >= 0)
1478                    fval += t[i] * fApB + Math.Log(1 + Math.Exp(-fApB));
1479                else
1480                    fval += (t[i] - 1) * fApB + Math.Log(1 + Math.Exp(fApB));
1481            }
1482            for (iter = 0; iter < max_iter; iter++)
1483            {
1484                // Update Gradient and Hessian (use H' = H + sigma I)
1485                h11 = sigma; // numerically ensures strict PD
1486                h22 = sigma;
1487                h21 = 0.0; g1 = 0.0; g2 = 0.0;
1488                for (i = 0; i < l; i++)
1489                {
1490                    fApB = dec_values[i] * A + B;
1491                    if (fApB >= 0)
1492                    {
1493                        p = Math.Exp(-fApB) / (1.0 + Math.Exp(-fApB));
1494                        q = 1.0 / (1.0 + Math.Exp(-fApB));
1495                    }
1496                    else
1497                    {
1498                        p = 1.0 / (1.0 + Math.Exp(fApB));
1499                        q = Math.Exp(fApB) / (1.0 + Math.Exp(fApB));
1500                    }
1501                    d2 = p * q;
1502                    h11 += dec_values[i] * dec_values[i] * d2;
1503                    h22 += d2;
1504                    h21 += dec_values[i] * d2;
1505                    d1 = t[i] - p;
1506                    g1 += dec_values[i] * d1;
1507                    g2 += d1;
1508                }
1509
1510                // Stopping Criteria
1511                if (Math.Abs(g1) < eps && Math.Abs(g2) < eps)
1512                    break;
1513
1514                // Finding Newton direction: -inv(H') * g
1515                det = h11 * h22 - h21 * h21;
1516                dA = -(h22 * g1 - h21 * g2) / det;
1517                dB = -(-h21 * g1 + h11 * g2) / det;
1518                gd = g1 * dA + g2 * dB;
1519
1520
1521                stepsize = 1;     // Line Search
1522                while (stepsize >= min_step)
1523                {
1524                    newA = A + stepsize * dA;
1525                    newB = B + stepsize * dB;
1526
1527                    // New function value
1528                    newf = 0.0;
1529                    for (i = 0; i < l; i++)
1530                    {
1531                        fApB = dec_values[i] * newA + newB;
1532                        if (fApB >= 0)
1533                            newf += t[i] * fApB + Math.Log(1 + Math.Exp(-fApB));
1534                        else
1535                            newf += (t[i] - 1) * fApB + Math.Log(1 + Math.Exp(fApB));
1536                    }
1537                    // Check sufficient decrease
1538                    if (newf < fval + 0.0001 * stepsize * gd)
1539                    {
1540                        A = newA; B = newB; fval = newf;
1541                        break;
1542                    }
1543                    else
1544                        stepsize = stepsize / 2.0;
1545                }
1546
1547                if (stepsize < min_step)
1548                {
1549                    Debug.Write("Line search fails in two-class probability estimates\n");
1550                    break;
1551                }
1552            }
1553
1554            if (iter >= max_iter)
1555                Debug.Write("Reaching maximal iterations in two-class probability estimates\n");
1556            probAB[0] = A; probAB[1] = B;
1557        }
1558
1559        private static double sigmoid_predict(double decision_value, double A, double B)
1560        {
1561            double fApB = decision_value * A + B;
1562            if (fApB >= 0)
1563                return Math.Exp(-fApB) / (1.0 + Math.Exp(-fApB));
1564            else
1565                return 1.0 / (1 + Math.Exp(fApB));
1566        }
1567
1568        // Method 2 from the multiclass_prob paper by Wu, Lin, and Weng
1569        private static void multiclass_probability(int k, double[,] r, double[] p)
1570  {
1571    int t,j;
1572    int iter = 0, max_iter=Math.Max(100,k);
1573    double[,] Q=new double[k,k];
1574    double[] Qp= new double[k];
1575    double pQp, eps=0.005/k;
1576 
1577    for (t=0;t<k;t++)
1578    {
1579      p[t]=1.0/k;  // Valid if k = 1
1580      Q[t,t]=0;
1581      for (j=0;j<t;j++)
1582      {
1583        Q[t,t]+=r[j,t]*r[j,t];
1584        Q[t,j]=Q[j,t];
1585      }
1586      for (j=t+1;j<k;j++)
1587      {
1588        Q[t,t]+=r[j,t]*r[j,t];
1589        Q[t,j]=-r[j,t]*r[t,j];
1590      }
1591    }
1592    for (iter=0;iter<max_iter;iter++)
1593    {
1594      // stopping condition, recalculate QP,pQP for numerical accuracy
1595      pQp=0;
1596      for (t=0;t<k;t++)
1597      {
1598        Qp[t]=0;
1599        for (j=0;j<k;j++)
1600          Qp[t]+=Q[t,j]*p[j];
1601        pQp+=p[t]*Qp[t];
1602      }
1603      double max_error=0;
1604      for (t=0;t<k;t++)
1605      {
1606        double error=Math.Abs(Qp[t]-pQp);
1607        if (error>max_error)
1608          max_error=error;
1609      }
1610      if (max_error<eps) break;
1611   
1612      for (t=0;t<k;t++)
1613      {
1614        double diff=(-Qp[t]+pQp)/Q[t,t];
1615        p[t]+=diff;
1616        pQp=(pQp+diff*(diff*Q[t,t]+2*Qp[t]))/(1+diff)/(1+diff);
1617        for (j=0;j<k;j++)
1618        {
1619          Qp[j]=(Qp[j]+diff*Q[t,j])/(1+diff);
1620          p[j]/=(1+diff);
1621        }
1622      }
1623    }
1624    if (iter>=max_iter)
1625      Debug.Write("Exceeds max_iter in multiclass_prob\n");
1626  }
1627
1628        // Cross-validation decision values for probability estimates
1629        private static void svm_binary_svc_probability(Problem prob, Parameter param, double Cp, double Cn, double[] probAB)
1630        {
1631            Random rand = new Random();
1632            int i;
1633            int nr_fold = 5;
1634            int[] perm = new int[prob.Count];
1635            double[] dec_values = new double[prob.Count];
1636
1637            // random shuffle
1638            for (i = 0; i < prob.Count; i++) perm[i] = i;
1639            for (i = 0; i < prob.Count; i++)
1640            {
1641                int j = i + (int)(rand.NextDouble() * (prob.Count - i));
1642                do { int _ = perm[i]; perm[i] = perm[j]; perm[j] = _; } while (false);
1643            }
1644            for (i = 0; i < nr_fold; i++)
1645            {
1646                int begin = i * prob.Count / nr_fold;
1647                int end = (i + 1) * prob.Count / nr_fold;
1648                int j, k;
1649                Problem subprob = new Problem();
1650
1651                subprob.Count = prob.Count - (end - begin);
1652                subprob.X = new Node[subprob.Count][];
1653                subprob.Y = new double[subprob.Count];
1654
1655                k = 0;
1656                for (j = 0; j < begin; j++)
1657                {
1658                    subprob.X[k] = prob.X[perm[j]];
1659                    subprob.Y[k] = prob.Y[perm[j]];
1660                    ++k;
1661                }
1662                for (j = end; j < prob.Count; j++)
1663                {
1664                    subprob.X[k] = prob.X[perm[j]];
1665                    subprob.Y[k] = prob.Y[perm[j]];
1666                    ++k;
1667                }
1668                int p_count = 0, n_count = 0;
1669                for (j = 0; j < k; j++)
1670                    if (subprob.Y[j] > 0)
1671                        p_count++;
1672                    else
1673                        n_count++;
1674
1675                if (p_count == 0 && n_count == 0)
1676                    for (j = begin; j < end; j++)
1677                        dec_values[perm[j]] = 0;
1678                else if (p_count > 0 && n_count == 0)
1679                    for (j = begin; j < end; j++)
1680                        dec_values[perm[j]] = 1;
1681                else if (p_count == 0 && n_count > 0)
1682                    for (j = begin; j < end; j++)
1683                        dec_values[perm[j]] = -1;
1684                else
1685                {
1686                    Parameter subparam = (Parameter)param.Clone();
1687                    subparam.Probability = false;
1688                    subparam.C = 1.0;
1689                    subparam.WeightCount = 2;
1690                    subparam.WeightLabels = new int[2];
1691                    subparam.Weights = new double[2];
1692                    subparam.WeightLabels[0] = +1;
1693                    subparam.WeightLabels[1] = -1;
1694                    subparam.Weights[0] = Cp;
1695                    subparam.Weights[1] = Cn;
1696                    Model submodel = svm_train(subprob, subparam);
1697                    for (j = begin; j < end; j++)
1698                    {
1699                        double[] dec_value = new double[1];
1700                        svm_predict_values(submodel, prob.X[perm[j]], dec_value);
1701                        dec_values[perm[j]] = dec_value[0];
1702                        // ensure +1 -1 order; reason not using CV subroutine
1703                        dec_values[perm[j]] *= submodel.ClassLabels[0];
1704                    }
1705                }
1706            }
1707            sigmoid_train(prob.Count, dec_values, prob.Y, probAB);
1708        }
1709
1710        // Return parameter of a Laplace distribution
1711        private static double svm_svr_probability(Problem prob, Parameter param)
1712        {
1713            int i;
1714            int nr_fold = 5;
1715            double[] ymv = new double[prob.Count];
1716            double mae = 0;
1717
1718            Parameter newparam = (Parameter)param.Clone();
1719            newparam.Probability = false;
1720            svm_cross_validation(prob, newparam, nr_fold, ymv, null);
1721            for (i = 0; i < prob.Count; i++)
1722            {
1723                ymv[i] = prob.Y[i] - ymv[i];
1724                mae += Math.Abs(ymv[i]);
1725            }
1726            mae /= prob.Count;
1727            double std = Math.Sqrt(2 * mae * mae);
1728            int count = 0;
1729            mae = 0;
1730            for (i = 0; i < prob.Count; i++)
1731                if (Math.Abs(ymv[i]) > 5 * std)
1732                    count = count + 1;
1733                else
1734                    mae += Math.Abs(ymv[i]);
1735            mae /= (prob.Count - count);
1736            Debug.Write("Prob. model for test data: target value = predicted value + z,\nz: Laplace distribution e^(-|z|/sigma)/(2sigma),sigma=" + mae + "\n");
1737            return mae;
1738        }
1739
1740        // label: label name, start: begin of each class, count: #data of classes, perm: indices to the original data
1741        // perm, length l, must be allocated before calling this subroutine
1742        private static void svm_group_classes(Problem prob, int[] nr_class_ret, int[][] label_ret, int[][] start_ret, int[][] count_ret, int[] perm)
1743        {
1744            int l = prob.Count;
1745            int max_nr_class = 16;
1746            int nr_class = 0;
1747            int[] label = new int[max_nr_class];
1748            int[] count = new int[max_nr_class];
1749            int[] data_label = new int[l];
1750            int i;
1751
1752            for (i = 0; i < l; i++)
1753            {
1754                int this_label = (int)(prob.Y[i]);
1755                int j;
1756                for (j = 0; j < nr_class; j++)
1757                {
1758                    if (this_label == label[j])
1759                    {
1760                        ++count[j];
1761                        break;
1762                    }
1763                }
1764                data_label[i] = j;
1765                if (j == nr_class)
1766                {
1767                    if (nr_class == max_nr_class)
1768                    {
1769                        max_nr_class *= 2;
1770                        int[] new_data = new int[max_nr_class];
1771                        Array.Copy(label, 0, new_data, 0, label.Length);
1772                        label = new_data;
1773                        new_data = new int[max_nr_class];
1774                        Array.Copy(count, 0, new_data, 0, count.Length);
1775                        count = new_data;
1776                    }
1777                    label[nr_class] = this_label;
1778                    count[nr_class] = 1;
1779                    ++nr_class;
1780                }
1781            }
1782
1783            int[] start = new int[nr_class];
1784            start[0] = 0;
1785            for (i = 1; i < nr_class; i++)
1786                start[i] = start[i - 1] + count[i - 1];
1787            for (i = 0; i < l; i++)
1788            {
1789                perm[start[data_label[i]]] = i;
1790                ++start[data_label[i]];
1791            }
1792            start[0] = 0;
1793            for (i = 1; i < nr_class; i++)
1794                start[i] = start[i - 1] + count[i - 1];
1795
1796            nr_class_ret[0] = nr_class;
1797            label_ret[0] = label;
1798            start_ret[0] = start;
1799            count_ret[0] = count;
1800        }
1801
1802        //
1803        // Interface functions
1804        //
1805        public static Model svm_train(Problem prob, Parameter param)
1806        {
1807            Model model = new Model();
1808            model.Parameter = param;
1809
1810            if (param.SvmType == SvmType.ONE_CLASS ||
1811               param.SvmType == SvmType.EPSILON_SVR ||
1812               param.SvmType == SvmType.NU_SVR)
1813            {
1814                // regression or one-class-svm
1815                model.NumberOfClasses = 2;
1816                model.ClassLabels = null;
1817                model.NumberOfSVPerClass = null;
1818                model.PairwiseProbabilityA = null; model.PairwiseProbabilityB = null;
1819                model.SupportVectorCoefficients = new double[1][];
1820
1821                if (param.Probability &&
1822                   (param.SvmType == SvmType.EPSILON_SVR ||
1823                    param.SvmType == SvmType.NU_SVR))
1824                {
1825                    model.PairwiseProbabilityA = new double[1];
1826                    model.PairwiseProbabilityA[0] = svm_svr_probability(prob, param);
1827                }
1828
1829                decision_function f = svm_train_one(prob, param, 0, 0);
1830                model.Rho = new double[1];
1831                model.Rho[0] = f.rho;
1832
1833                int nSV = 0;
1834                int i;
1835                for (i = 0; i < prob.Count; i++)
1836                    if (Math.Abs(f.alpha[i]) > 0) ++nSV;
1837                model.SupportVectorCount = nSV;
1838                model.SupportVectors = new Node[nSV][];
1839                model.SupportVectorCoefficients[0] = new double[nSV];
1840                int j = 0;
1841                for (i = 0; i < prob.Count; i++)
1842                    if (Math.Abs(f.alpha[i]) > 0)
1843                    {
1844                        model.SupportVectors[j] = prob.X[i];
1845                        model.SupportVectorCoefficients[0][j] = f.alpha[i];
1846                        ++j;
1847                    }
1848            }
1849            else
1850            {
1851                // classification
1852                int l = prob.Count;
1853                int[] tmp_nr_class = new int[1];
1854                int[][] tmp_label = new int[1][];
1855                int[][] tmp_start = new int[1][];
1856                int[][] tmp_count = new int[1][];
1857                int[] perm = new int[l];
1858
1859                // group training data of the same class
1860                svm_group_classes(prob, tmp_nr_class, tmp_label, tmp_start, tmp_count, perm);
1861                int nr_class = tmp_nr_class[0];
1862                int[] label = tmp_label[0];
1863                int[] start = tmp_start[0];
1864                int[] count = tmp_count[0];
1865                Node[][] x = new Node[l][];
1866                int i;
1867                for (i = 0; i < l; i++)
1868                    x[i] = prob.X[perm[i]];
1869
1870                // calculate weighted C
1871
1872                double[] weighted_C = new double[nr_class];
1873                for (i = 0; i < nr_class; i++)
1874                    weighted_C[i] = param.C;
1875                for (i = 0; i < param.WeightCount; i++)
1876                {
1877                    int j;
1878                    for (j = 0; j < nr_class; j++)
1879                        if (param.WeightLabels[i] == label[j])
1880                            break;
1881                    if (j == nr_class)
1882                        Debug.Write("warning: class label " + param.WeightLabels[i] + " specified in weight is not found\n");
1883                    else
1884                        weighted_C[j] *= param.Weights[i];
1885                }
1886
1887                // train k*(k-1)/2 models
1888
1889                bool[] nonzero = new bool[l];
1890                for (i = 0; i < l; i++)
1891                    nonzero[i] = false;
1892                decision_function[] f = new decision_function[nr_class * (nr_class - 1) / 2];
1893
1894                double[] probA = null, probB = null;
1895                if (param.Probability)
1896                {
1897                    probA = new double[nr_class * (nr_class - 1) / 2];
1898                    probB = new double[nr_class * (nr_class - 1) / 2];
1899                }
1900
1901                int p = 0;
1902                for (i = 0; i < nr_class; i++)
1903                    for (int j = i + 1; j < nr_class; j++)
1904                    {
1905                        Problem sub_prob = new Problem();
1906                        int si = start[i], sj = start[j];
1907                        int ci = count[i], cj = count[j];
1908                        sub_prob.Count = ci + cj;
1909                        sub_prob.X = new Node[sub_prob.Count][];
1910                        sub_prob.Y = new double[sub_prob.Count];
1911                        int k;
1912                        for (k = 0; k < ci; k++)
1913                        {
1914                            sub_prob.X[k] = x[si + k];
1915                            sub_prob.Y[k] = +1;
1916                        }
1917                        for (k = 0; k < cj; k++)
1918                        {
1919                            sub_prob.X[ci + k] = x[sj + k];
1920                            sub_prob.Y[ci + k] = -1;
1921                        }
1922
1923                        if (param.Probability)
1924                        {
1925                            double[] probAB = new double[2];
1926                            svm_binary_svc_probability(sub_prob, param, weighted_C[i], weighted_C[j], probAB);
1927                            probA[p] = probAB[0];
1928                            probB[p] = probAB[1];
1929                        }
1930
1931                        f[p] = svm_train_one(sub_prob, param, weighted_C[i], weighted_C[j]);
1932                        for (k = 0; k < ci; k++)
1933                            if (!nonzero[si + k] && Math.Abs(f[p].alpha[k]) > 0)
1934                                nonzero[si + k] = true;
1935                        for (k = 0; k < cj; k++)
1936                            if (!nonzero[sj + k] && Math.Abs(f[p].alpha[ci + k]) > 0)
1937                                nonzero[sj + k] = true;
1938                        ++p;
1939                    }
1940
1941                // build output
1942
1943                model.NumberOfClasses = nr_class;
1944
1945                model.ClassLabels = new int[nr_class];
1946                for (i = 0; i < nr_class; i++)
1947                    model.ClassLabels[i] = label[i];
1948
1949                model.Rho = new double[nr_class * (nr_class - 1) / 2];
1950                for (i = 0; i < nr_class * (nr_class - 1) / 2; i++)
1951                    model.Rho[i] = f[i].rho;
1952
1953                if (param.Probability)
1954                {
1955                    model.PairwiseProbabilityA = new double[nr_class * (nr_class - 1) / 2];
1956                    model.PairwiseProbabilityB = new double[nr_class * (nr_class - 1) / 2];
1957                    for (i = 0; i < nr_class * (nr_class - 1) / 2; i++)
1958                    {
1959                        model.PairwiseProbabilityA[i] = probA[i];
1960                        model.PairwiseProbabilityB[i] = probB[i];
1961                    }
1962                }
1963                else
1964                {
1965                    model.PairwiseProbabilityA = null;
1966                    model.PairwiseProbabilityB = null;
1967                }
1968
1969                int nnz = 0;
1970                int[] nz_count = new int[nr_class];
1971                model.NumberOfSVPerClass = new int[nr_class];
1972                for (i = 0; i < nr_class; i++)
1973                {
1974                    int nSV = 0;
1975                    for (int j = 0; j < count[i]; j++)
1976                        if (nonzero[start[i] + j])
1977                        {
1978                            ++nSV;
1979                            ++nnz;
1980                        }
1981                    model.NumberOfSVPerClass[i] = nSV;
1982                    nz_count[i] = nSV;
1983                }
1984
1985                Debug.Write("Total nSV = " + nnz + "\n");
1986
1987                model.SupportVectorCount = nnz;
1988                model.SupportVectors = new Node[nnz][];
1989                p = 0;
1990                for (i = 0; i < l; i++)
1991                    if (nonzero[i]) model.SupportVectors[p++] = x[i];
1992
1993                int[] nz_start = new int[nr_class];
1994                nz_start[0] = 0;
1995                for (i = 1; i < nr_class; i++)
1996                    nz_start[i] = nz_start[i - 1] + nz_count[i - 1];
1997
1998                model.SupportVectorCoefficients = new double[nr_class - 1][];
1999                for (i = 0; i < nr_class - 1; i++)
2000                    model.SupportVectorCoefficients[i] = new double[nnz];
2001
2002                p = 0;
2003                for (i = 0; i < nr_class; i++)
2004                    for (int j = i + 1; j < nr_class; j++)
2005                    {
2006                        // classifier (i,j): coefficients with
2007                        // i are in sv_coef[j-1][nz_start[i]...],
2008                        // j are in sv_coef[i][nz_start[j]...]
2009
2010                        int si = start[i];
2011                        int sj = start[j];
2012                        int ci = count[i];
2013                        int cj = count[j];
2014
2015                        int q = nz_start[i];
2016                        int k;
2017                        for (k = 0; k < ci; k++)
2018                            if (nonzero[si + k])
2019                                model.SupportVectorCoefficients[j - 1][q++] = f[p].alpha[k];
2020                        q = nz_start[j];
2021                        for (k = 0; k < cj; k++)
2022                            if (nonzero[sj + k])
2023                                model.SupportVectorCoefficients[i][q++] = f[p].alpha[ci + k];
2024                        ++p;
2025                    }
2026            }
2027            return model;
2028        }
2029
2030        // Stratified cross validation
2031        public static void svm_cross_validation(Problem prob, Parameter param, int nr_fold, double[] target, Dictionary<int,double>[] confidence)
2032        {
2033            Random rand = new Random();
2034            int i;
2035            int[] fold_start = new int[nr_fold + 1];
2036            int l = prob.Count;
2037            int[] perm = new int[l];
2038
2039            // stratified cv may not give leave-one-out rate
2040            // Each class to l folds -> some folds may have zero elements
2041            if ((param.SvmType == SvmType.C_SVC ||
2042                param.SvmType == SvmType.NU_SVC) && nr_fold < l)
2043            {
2044                int[] tmp_nr_class = new int[1];
2045                int[][] tmp_label = new int[1][];
2046                int[][] tmp_start = new int[1][];
2047                int[][] tmp_count = new int[1][];
2048
2049                svm_group_classes(prob, tmp_nr_class, tmp_label, tmp_start, tmp_count, perm);
2050
2051                int nr_class = tmp_nr_class[0];
2052                int[] label = tmp_label[0];
2053                int[] start = tmp_start[0];
2054                int[] count = tmp_count[0];
2055
2056                // random shuffle and then data grouped by fold using the array perm
2057                int[] fold_count = new int[nr_fold];
2058                int c;
2059                int[] index = new int[l];
2060                for (i = 0; i < l; i++)
2061                    index[i] = perm[i];
2062                for (c = 0; c < nr_class; c++)
2063                    for (i = 0; i < count[c]; i++)
2064                    {
2065                        int j = i + (int)(rand.NextDouble() * (count[c] - i));
2066                        do { int _ = index[start[c] + j]; index[start[c] + j] = index[start[c] + i]; index[start[c] + i] = _; } while (false);
2067                    }
2068                for (i = 0; i < nr_fold; i++)
2069                {
2070                    fold_count[i] = 0;
2071                    for (c = 0; c < nr_class; c++)
2072                        fold_count[i] += (i + 1) * count[c] / nr_fold - i * count[c] / nr_fold;
2073                }
2074                fold_start[0] = 0;
2075                for (i = 1; i <= nr_fold; i++)
2076                    fold_start[i] = fold_start[i - 1] + fold_count[i - 1];
2077                for (c = 0; c < nr_class; c++)
2078                    for (i = 0; i < nr_fold; i++)
2079                    {
2080                        int begin = start[c] + i * count[c] / nr_fold;
2081                        int end = start[c] + (i + 1) * count[c] / nr_fold;
2082                        for (int j = begin; j < end; j++)
2083                        {
2084                            perm[fold_start[i]] = index[j];
2085                            fold_start[i]++;
2086                        }
2087                    }
2088                fold_start[0] = 0;
2089                for (i = 1; i <= nr_fold; i++)
2090                    fold_start[i] = fold_start[i - 1] + fold_count[i - 1];
2091            }
2092            else
2093            {
2094                for (i = 0; i < l; i++) perm[i] = i;
2095                for (i = 0; i < l; i++)
2096                {
2097                    int j = i + (int)(rand.NextDouble() * (l - i));
2098                    do { int _ = perm[i]; perm[i] = perm[j]; perm[j] = _; } while (false);
2099                }
2100                for (i = 0; i <= nr_fold; i++)
2101                    fold_start[i] = i * l / nr_fold;
2102            }
2103
2104            for (i = 0; i < nr_fold; i++)
2105            {
2106                int begin = fold_start[i];
2107                int end = fold_start[i + 1];
2108                int j, k;
2109                Problem subprob = new Problem();
2110
2111                subprob.Count = l - (end - begin);
2112                subprob.X = new Node[subprob.Count][];
2113                subprob.Y = new double[subprob.Count];
2114
2115                k = 0;
2116                for (j = 0; j < begin; j++)
2117                {
2118                    subprob.X[k] = prob.X[perm[j]];
2119                    subprob.Y[k] = prob.Y[perm[j]];
2120                    ++k;
2121                }
2122                for (j = end; j < l; j++)
2123                {
2124                    subprob.X[k] = prob.X[perm[j]];
2125                    subprob.Y[k] = prob.Y[perm[j]];
2126                    ++k;
2127                }
2128                Model submodel = svm_train(subprob, param);
2129                if (param.Probability &&
2130                   (param.SvmType == SvmType.C_SVC ||
2131                    param.SvmType == SvmType.NU_SVC))
2132                {
2133                    for (j = begin; j < end; j++)
2134                    {
2135                        double[] prob_estimates = new double[svm_get_nr_class(submodel)];
2136                        target[perm[j]] = svm_predict_probability(submodel, prob.X[perm[j]], prob_estimates);
2137                        confidence[perm[j]] = new Dictionary<int, double>();
2138                        for (int label = 0; label < prob_estimates.Length; label++)
2139                            confidence[perm[j]][submodel.ClassLabels[label]] = prob_estimates[label];
2140
2141                    }
2142                }
2143                else
2144                    for (j = begin; j < end; j++)
2145                        target[perm[j]] = svm_predict(submodel, prob.X[perm[j]]);
2146            }
2147        }
2148
2149        public static SvmType svm_get_svm_type(Model model)
2150        {
2151            return model.Parameter.SvmType;
2152        }
2153
2154        public static int svm_get_nr_class(Model model)
2155        {
2156            return model.NumberOfClasses;
2157        }
2158
2159        public static void svm_get_labels(Model model, int[] label)
2160        {
2161            if (model.ClassLabels != null)
2162                for (int i = 0; i < model.NumberOfClasses; i++)
2163                    label[i] = model.ClassLabels[i];
2164        }
2165
2166        public static double svm_get_svr_probability(Model model)
2167        {
2168            if ((model.Parameter.SvmType == SvmType.EPSILON_SVR || model.Parameter.SvmType == SvmType.NU_SVR) &&
2169                model.PairwiseProbabilityA != null)
2170                return model.PairwiseProbabilityA[0];
2171            else
2172            {
2173                Debug.Write("Model doesn't contain information for SVR probability inference\n");
2174                return 0;
2175            }
2176        }
2177
2178        public static void svm_predict_values(Model model, Node[] x, double[] dec_values)
2179        {
2180            if (model.Parameter.SvmType == SvmType.ONE_CLASS ||
2181               model.Parameter.SvmType == SvmType.EPSILON_SVR ||
2182               model.Parameter.SvmType == SvmType.NU_SVR)
2183            {
2184                double[] sv_coef = model.SupportVectorCoefficients[0];
2185                double sum = 0;
2186                for (int i = 0; i < model.SupportVectorCount; i++)
2187                    sum += sv_coef[i] * Kernel.k_function(x, model.SupportVectors[i], model.Parameter);
2188                sum -= model.Rho[0];
2189                dec_values[0] = sum;
2190            }
2191            else
2192            {
2193                int i;
2194                int nr_class = model.NumberOfClasses;
2195                int l = model.SupportVectorCount;
2196
2197                double[] kvalue = new double[l];
2198                for (i = 0; i < l; i++)
2199                    kvalue[i] = Kernel.k_function(x, model.SupportVectors[i], model.Parameter);
2200
2201                int[] start = new int[nr_class];
2202                start[0] = 0;
2203                for (i = 1; i < nr_class; i++)
2204                    start[i] = start[i - 1] + model.NumberOfSVPerClass[i - 1];
2205
2206                int p = 0;
2207                for (i = 0; i < nr_class; i++)
2208                    for (int j = i + 1; j < nr_class; j++)
2209                    {
2210                        double sum = 0;
2211                        int si = start[i];
2212                        int sj = start[j];
2213                        int ci = model.NumberOfSVPerClass[i];
2214                        int cj = model.NumberOfSVPerClass[j];
2215
2216                        int k;
2217                        double[] coef1 = model.SupportVectorCoefficients[j - 1];
2218                        double[] coef2 = model.SupportVectorCoefficients[i];
2219                        for (k = 0; k < ci; k++)
2220                            sum += coef1[si + k] * kvalue[si + k];
2221                        for (k = 0; k < cj; k++)
2222                            sum += coef2[sj + k] * kvalue[sj + k];
2223                        sum -= model.Rho[p];
2224                        dec_values[p] = sum;
2225                        p++;
2226                    }
2227            }
2228        }
2229
2230        public static double svm_predict(Model model, Node[] x)
2231        {
2232            if (model.Parameter.SvmType == SvmType.ONE_CLASS ||
2233               model.Parameter.SvmType == SvmType.EPSILON_SVR ||
2234               model.Parameter.SvmType == SvmType.NU_SVR)
2235            {
2236                double[] res = new double[1];
2237                svm_predict_values(model, x, res);
2238
2239                if (model.Parameter.SvmType == SvmType.ONE_CLASS)
2240                    return (res[0] > 0) ? 1 : -1;
2241                else
2242                    return res[0];
2243            }
2244            else
2245            {
2246                int i;
2247                int nr_class = model.NumberOfClasses;
2248                double[] dec_values = new double[nr_class * (nr_class - 1) / 2];
2249                svm_predict_values(model, x, dec_values);
2250
2251                int[] vote = new int[nr_class];
2252                for (i = 0; i < nr_class; i++)
2253                    vote[i] = 0;
2254                int pos = 0;
2255                for (i = 0; i < nr_class; i++)
2256                    for (int j = i + 1; j < nr_class; j++)
2257                    {
2258                        if (dec_values[pos++] > 0)
2259                            ++vote[i];
2260                        else
2261                            ++vote[j];
2262                    }
2263
2264                int vote_max_idx = 0;
2265                for (i = 1; i < nr_class; i++)
2266                    if (vote[i] > vote[vote_max_idx])
2267                        vote_max_idx = i;
2268                return model.ClassLabels[vote_max_idx];
2269            }
2270        }
2271
2272        public static double svm_predict_probability(Model model, Node[] x, double[] prob_estimates)
2273  {
2274        if ((model.Parameter.SvmType == SvmType.C_SVC || model.Parameter.SvmType == SvmType.NU_SVC) &&
2275        model.PairwiseProbabilityA!=null && model.PairwiseProbabilityB!=null)
2276    {
2277      int i;
2278      int nr_class = model.NumberOfClasses;
2279      double[] dec_values = new double[nr_class*(nr_class-1)/2];
2280      svm_predict_values(model, x, dec_values);
2281
2282      double min_prob=1e-7;
2283      double[,] pairwise_prob=new double[nr_class,nr_class];
2284     
2285      int k=0;
2286      for(i=0;i<nr_class;i++)
2287        for(int j=i+1;j<nr_class;j++)
2288        {
2289          pairwise_prob[i,j]=Math.Min(Math.Max(sigmoid_predict(dec_values[k],model.PairwiseProbabilityA[k],model.PairwiseProbabilityB[k]),min_prob),1-min_prob);
2290          pairwise_prob[j,i]=1-pairwise_prob[i,j];
2291          k++;
2292        }
2293      multiclass_probability(nr_class,pairwise_prob,prob_estimates);
2294
2295      int prob_max_idx = 0;
2296      for(i=1;i<nr_class;i++)
2297        if(prob_estimates[i] > prob_estimates[prob_max_idx])
2298          prob_max_idx = i;
2299      return model.ClassLabels[prob_max_idx];
2300    }
2301    else
2302      return svm_predict(model, x);
2303  }
2304
2305        private static double atof(string s)
2306        {
2307            return double.Parse(s);
2308        }
2309
2310        private static int atoi(string s)
2311        {
2312            return int.Parse(s);
2313        }
2314
2315        public static string svm_check_parameter(Problem prob, Parameter param)
2316        {
2317            // svm_type
2318
2319            SvmType svm_type = param.SvmType;
2320            if (svm_type != SvmType.C_SVC &&
2321               svm_type != SvmType.NU_SVC &&
2322               svm_type != SvmType.ONE_CLASS &&
2323               svm_type != SvmType.EPSILON_SVR &&
2324               svm_type != SvmType.NU_SVR)
2325                return "unknown svm type";
2326
2327            // kernel_type, degree
2328
2329            KernelType kernel_type = param.KernelType;
2330            if (kernel_type != KernelType.LINEAR &&
2331               kernel_type != KernelType.POLY &&
2332               kernel_type != KernelType.RBF &&
2333               kernel_type != KernelType.SIGMOID &&
2334               kernel_type != KernelType.PRECOMPUTED)
2335                return "unknown kernel type";
2336
2337            if (param.Degree < 0)
2338                return "degree of polynomial kernel < 0";
2339
2340            // cache_size,eps,C,nu,p,shrinking
2341
2342            if (param.CacheSize <= 0)
2343                return "cache_size <= 0";
2344
2345            if (param.EPS <= 0)
2346                return "eps <= 0";
2347
2348            if (svm_type == SvmType.C_SVC ||
2349               svm_type == SvmType.EPSILON_SVR ||
2350               svm_type == SvmType.NU_SVR)
2351                if (param.C <= 0)
2352                    return "C <= 0";
2353
2354            if (svm_type == SvmType.NU_SVC ||
2355               svm_type == SvmType.ONE_CLASS ||
2356               svm_type == SvmType.NU_SVR)
2357                if (param.Nu <= 0 || param.Nu > 1)
2358                    return "nu <= 0 or nu > 1";
2359
2360            if (svm_type == SvmType.EPSILON_SVR)
2361                if (param.P < 0)
2362                    return "p < 0";
2363
2364            if (param.Probability && svm_type == SvmType.ONE_CLASS)
2365                return "one-class SVM probability output not supported yet";
2366
2367            // check whether nu-svc is feasible
2368
2369            if (svm_type == SvmType.NU_SVC)
2370            {
2371                int l = prob.Count;
2372                int max_nr_class = 16;
2373                int nr_class = 0;
2374                int[] label = new int[max_nr_class];
2375                int[] count = new int[max_nr_class];
2376
2377                int i;
2378                for (i = 0; i < l; i++)
2379                {
2380                    int this_label = (int)prob.Y[i];
2381                    int j;
2382                    for (j = 0; j < nr_class; j++)
2383                        if (this_label == label[j])
2384                        {
2385                            ++count[j];
2386                            break;
2387                        }
2388
2389                    if (j == nr_class)
2390                    {
2391                        if (nr_class == max_nr_class)
2392                        {
2393                            max_nr_class *= 2;
2394                            int[] new_data = new int[max_nr_class];
2395                            Array.Copy(label, 0, new_data, 0, label.Length);
2396                            label = new_data;
2397
2398                            new_data = new int[max_nr_class];
2399                            Array.Copy(count, 0, new_data, 0, count.Length);
2400                            count = new_data;
2401                        }
2402                        label[nr_class] = this_label;
2403                        count[nr_class] = 1;
2404                        ++nr_class;
2405                    }
2406                }
2407
2408                for (i = 0; i < nr_class; i++)
2409                {
2410                    int n1 = count[i];
2411                    for (int j = i + 1; j < nr_class; j++)
2412                    {
2413                        int n2 = count[j];
2414                        if (param.Nu * (n1 + n2) / 2 > Math.Min(n1, n2))
2415                            return "specified nu is infeasible";
2416                    }
2417                }
2418            }
2419
2420            return null;
2421        }
2422
2423        public static int svm_check_probability_model(Model model)
2424        {
2425            if (((model.Parameter.SvmType == SvmType.C_SVC || model.Parameter.SvmType == SvmType.NU_SVC) &&
2426            model.PairwiseProbabilityA != null && model.PairwiseProbabilityB != null) ||
2427            ((model.Parameter.SvmType == SvmType.EPSILON_SVR || model.Parameter.SvmType == SvmType.NU_SVR) &&
2428             model.PairwiseProbabilityA != null))
2429                return 1;
2430            else
2431                return 0;
2432        }
2433    }
2434
2435}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.