Free cookie consent management tool by TermsFeed Policy Generator

source: branches/ParameterBinding/HeuristicLab.ExtLibs/HeuristicLab.ALGLIB/2.5.0/ALGLIB-2.5.0/logit.cs @ 12547

Last change on this file since 12547 was 3839, checked in by mkommend, 15 years ago

implemented first version of LR (ticket #1012)

File size: 60.8 KB
Line 
1/*************************************************************************
2Copyright (c) 2008, Sergey Bochkanov (ALGLIB project).
3
4>>> SOURCE LICENSE >>>
5This program is free software; you can redistribute it and/or modify
6it under the terms of the GNU General Public License as published by
7the Free Software Foundation (www.fsf.org); either version 2 of the
8License, or (at your option) any later version.
9
10This program is distributed in the hope that it will be useful,
11but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13GNU General Public License for more details.
14
15A copy of the GNU General Public License is available at
16http://www.fsf.org/licensing/licenses
17
18>>> END OF LICENSE >>>
19*************************************************************************/
20
21using System;
22
23namespace alglib
24{
25    public class logit
26    {
27        public struct logitmodel
28        {
29            public double[] w;
30        };
31
32
33        public struct logitmcstate
34        {
35            public bool brackt;
36            public bool stage1;
37            public int infoc;
38            public double dg;
39            public double dgm;
40            public double dginit;
41            public double dgtest;
42            public double dgx;
43            public double dgxm;
44            public double dgy;
45            public double dgym;
46            public double finit;
47            public double ftest1;
48            public double fm;
49            public double fx;
50            public double fxm;
51            public double fy;
52            public double fym;
53            public double stx;
54            public double sty;
55            public double stmin;
56            public double stmax;
57            public double width;
58            public double width1;
59            public double xtrapf;
60        };
61
62
63        /*************************************************************************
64        MNLReport structure contains information about training process:
65        * NGrad     -   number of gradient calculations
66        * NHess     -   number of Hessian calculations
67        *************************************************************************/
68        public struct mnlreport
69        {
70            public int ngrad;
71            public int nhess;
72        };
73
74
75
76
77        public const double xtol = 100*AP.Math.MachineEpsilon;
78        public const double ftol = 0.0001;
79        public const double gtol = 0.3;
80        public const int maxfev = 20;
81        public const double stpmin = 1.0E-2;
82        public const double stpmax = 1.0E5;
83        public const int logitvnum = 6;
84
85
86        /*************************************************************************
87        This subroutine trains logit model.
88
89        INPUT PARAMETERS:
90            XY          -   training set, array[0..NPoints-1,0..NVars]
91                            First NVars columns store values of independent
92                            variables, next column stores number of class (from 0
93                            to NClasses-1) which dataset element belongs to. Fractional
94                            values are rounded to nearest integer.
95            NPoints     -   training set size, NPoints>=1
96            NVars       -   number of independent variables, NVars>=1
97            NClasses    -   number of classes, NClasses>=2
98
99        OUTPUT PARAMETERS:
100            Info        -   return code:
101                            * -2, if there is a point with class number
102                                  outside of [0..NClasses-1].
103                            * -1, if incorrect parameters was passed
104                                  (NPoints<NVars+2, NVars<1, NClasses<2).
105                            *  1, if task has been solved
106            LM          -   model built
107            Rep         -   training report
108
109          -- ALGLIB --
110             Copyright 10.09.2008 by Bochkanov Sergey
111        *************************************************************************/
112        public static void mnltrainh(ref double[,] xy,
113            int npoints,
114            int nvars,
115            int nclasses,
116            ref int info,
117            ref logitmodel lm,
118            ref mnlreport rep)
119        {
120            int i = 0;
121            int j = 0;
122            int k = 0;
123            int ssize = 0;
124            bool allsame = new bool();
125            int offs = 0;
126            double threshold = 0;
127            double wminstep = 0;
128            double decay = 0;
129            int wdim = 0;
130            int expoffs = 0;
131            double v = 0;
132            double s = 0;
133            mlpbase.multilayerperceptron network = new mlpbase.multilayerperceptron();
134            int nin = 0;
135            int nout = 0;
136            int wcount = 0;
137            double e = 0;
138            double[] g = new double[0];
139            double[,] h = new double[0,0];
140            bool spd = new bool();
141            double[] x = new double[0];
142            double[] y = new double[0];
143            double[] wbase = new double[0];
144            double wstep = 0;
145            double[] wdir = new double[0];
146            double[] work = new double[0];
147            int mcstage = 0;
148            logitmcstate mcstate = new logitmcstate();
149            int mcinfo = 0;
150            int mcnfev = 0;
151            int solverinfo = 0;
152            densesolver.densesolverreport solverrep = new densesolver.densesolverreport();
153            int i_ = 0;
154            int i1_ = 0;
155
156            threshold = 1000*AP.Math.MachineEpsilon;
157            wminstep = 0.001;
158            decay = 0.001;
159           
160            //
161            // Test for inputs
162            //
163            if( npoints<nvars+2 | nvars<1 | nclasses<2 )
164            {
165                info = -1;
166                return;
167            }
168            for(i=0; i<=npoints-1; i++)
169            {
170                if( (int)Math.Round(xy[i,nvars])<0 | (int)Math.Round(xy[i,nvars])>=nclasses )
171                {
172                    info = -2;
173                    return;
174                }
175            }
176            info = 1;
177           
178            //
179            // Initialize data
180            //
181            rep.ngrad = 0;
182            rep.nhess = 0;
183           
184            //
185            // Allocate array
186            //
187            wdim = (nvars+1)*(nclasses-1);
188            offs = 5;
189            expoffs = offs+wdim;
190            ssize = 5+(nvars+1)*(nclasses-1)+nclasses;
191            lm.w = new double[ssize-1+1];
192            lm.w[0] = ssize;
193            lm.w[1] = logitvnum;
194            lm.w[2] = nvars;
195            lm.w[3] = nclasses;
196            lm.w[4] = offs;
197           
198            //
199            // Degenerate case: all outputs are equal
200            //
201            allsame = true;
202            for(i=1; i<=npoints-1; i++)
203            {
204                if( (int)Math.Round(xy[i,nvars])!=(int)Math.Round(xy[i-1,nvars]) )
205                {
206                    allsame = false;
207                }
208            }
209            if( allsame )
210            {
211                for(i=0; i<=(nvars+1)*(nclasses-1)-1; i++)
212                {
213                    lm.w[offs+i] = 0;
214                }
215                v = -(2*Math.Log(AP.Math.MinRealNumber));
216                k = (int)Math.Round(xy[0,nvars]);
217                if( k==nclasses-1 )
218                {
219                    for(i=0; i<=nclasses-2; i++)
220                    {
221                        lm.w[offs+i*(nvars+1)+nvars] = -v;
222                    }
223                }
224                else
225                {
226                    for(i=0; i<=nclasses-2; i++)
227                    {
228                        if( i==k )
229                        {
230                            lm.w[offs+i*(nvars+1)+nvars] = +v;
231                        }
232                        else
233                        {
234                            lm.w[offs+i*(nvars+1)+nvars] = 0;
235                        }
236                    }
237                }
238                return;
239            }
240           
241            //
242            // General case.
243            // Prepare task and network. Allocate space.
244            //
245            mlpbase.mlpcreatec0(nvars, nclasses, ref network);
246            mlpbase.mlpinitpreprocessor(ref network, ref xy, npoints);
247            mlpbase.mlpproperties(ref network, ref nin, ref nout, ref wcount);
248            for(i=0; i<=wcount-1; i++)
249            {
250                network.weights[i] = (2*AP.Math.RandomReal()-1)/nvars;
251            }
252            g = new double[wcount-1+1];
253            h = new double[wcount-1+1, wcount-1+1];
254            wbase = new double[wcount-1+1];
255            wdir = new double[wcount-1+1];
256            work = new double[wcount-1+1];
257           
258            //
259            // First stage: optimize in gradient direction.
260            //
261            for(k=0; k<=wcount/3+10; k++)
262            {
263               
264                //
265                // Calculate gradient in starting point
266                //
267                mlpbase.mlpgradnbatch(ref network, ref xy, npoints, ref e, ref g);
268                v = 0.0;
269                for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
270                {
271                    v += network.weights[i_]*network.weights[i_];
272                }
273                e = e+0.5*decay*v;
274                for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
275                {
276                    g[i_] = g[i_] + decay*network.weights[i_];
277                }
278                rep.ngrad = rep.ngrad+1;
279               
280                //
281                // Setup optimization scheme
282                //
283                for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
284                {
285                    wdir[i_] = -g[i_];
286                }
287                v = 0.0;
288                for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
289                {
290                    v += wdir[i_]*wdir[i_];
291                }
292                wstep = Math.Sqrt(v);
293                v = 1/Math.Sqrt(v);
294                for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
295                {
296                    wdir[i_] = v*wdir[i_];
297                }
298                mcstage = 0;
299                mnlmcsrch(wcount, ref network.weights, ref e, ref g, ref wdir, ref wstep, ref mcinfo, ref mcnfev, ref work, ref mcstate, ref mcstage);
300                while( mcstage!=0 )
301                {
302                    mlpbase.mlpgradnbatch(ref network, ref xy, npoints, ref e, ref g);
303                    v = 0.0;
304                    for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
305                    {
306                        v += network.weights[i_]*network.weights[i_];
307                    }
308                    e = e+0.5*decay*v;
309                    for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
310                    {
311                        g[i_] = g[i_] + decay*network.weights[i_];
312                    }
313                    rep.ngrad = rep.ngrad+1;
314                    mnlmcsrch(wcount, ref network.weights, ref e, ref g, ref wdir, ref wstep, ref mcinfo, ref mcnfev, ref work, ref mcstate, ref mcstage);
315                }
316            }
317           
318            //
319            // Second stage: use Hessian when we are close to the minimum
320            //
321            while( true )
322            {
323               
324                //
325                // Calculate and update E/G/H
326                //
327                mlpbase.mlphessiannbatch(ref network, ref xy, npoints, ref e, ref g, ref h);
328                v = 0.0;
329                for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
330                {
331                    v += network.weights[i_]*network.weights[i_];
332                }
333                e = e+0.5*decay*v;
334                for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
335                {
336                    g[i_] = g[i_] + decay*network.weights[i_];
337                }
338                for(k=0; k<=wcount-1; k++)
339                {
340                    h[k,k] = h[k,k]+decay;
341                }
342                rep.nhess = rep.nhess+1;
343               
344                //
345                // Select step direction
346                // NOTE: it is important to use lower-triangle Cholesky
347                // factorization since it is much faster than higher-triangle version.
348                //
349                spd = trfac.spdmatrixcholesky(ref h, wcount, false);
350                densesolver.spdmatrixcholeskysolve(ref h, wcount, false, ref g, ref solverinfo, ref solverrep, ref wdir);
351                spd = solverinfo>0;
352                if( spd )
353                {
354                   
355                    //
356                    // H is positive definite.
357                    // Step in Newton direction.
358                    //
359                    for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
360                    {
361                        wdir[i_] = -1*wdir[i_];
362                    }
363                    spd = true;
364                }
365                else
366                {
367                   
368                    //
369                    // H is indefinite.
370                    // Step in gradient direction.
371                    //
372                    for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
373                    {
374                        wdir[i_] = -g[i_];
375                    }
376                    spd = false;
377                }
378               
379                //
380                // Optimize in WDir direction
381                //
382                v = 0.0;
383                for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
384                {
385                    v += wdir[i_]*wdir[i_];
386                }
387                wstep = Math.Sqrt(v);
388                v = 1/Math.Sqrt(v);
389                for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
390                {
391                    wdir[i_] = v*wdir[i_];
392                }
393                mcstage = 0;
394                mnlmcsrch(wcount, ref network.weights, ref e, ref g, ref wdir, ref wstep, ref mcinfo, ref mcnfev, ref work, ref mcstate, ref mcstage);
395                while( mcstage!=0 )
396                {
397                    mlpbase.mlpgradnbatch(ref network, ref xy, npoints, ref e, ref g);
398                    v = 0.0;
399                    for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
400                    {
401                        v += network.weights[i_]*network.weights[i_];
402                    }
403                    e = e+0.5*decay*v;
404                    for(i_=0; i_<=wcount-1;i_++)
405                    {
406                        g[i_] = g[i_] + decay*network.weights[i_];
407                    }
408                    rep.ngrad = rep.ngrad+1;
409                    mnlmcsrch(wcount, ref network.weights, ref e, ref g, ref wdir, ref wstep, ref mcinfo, ref mcnfev, ref work, ref mcstate, ref mcstage);
410                }
411                if( spd & (mcinfo==2 | mcinfo==4 | mcinfo==6) )
412                {
413                    break;
414                }
415            }
416           
417            //
418            // Convert from NN format to MNL format
419            //
420            i1_ = (0) - (offs);
421            for(i_=offs; i_<=offs+wcount-1;i_++)
422            {
423                lm.w[i_] = network.weights[i_+i1_];
424            }
425            for(k=0; k<=nvars-1; k++)
426            {
427                for(i=0; i<=nclasses-2; i++)
428                {
429                    s = network.columnsigmas[k];
430                    if( (double)(s)==(double)(0) )
431                    {
432                        s = 1;
433                    }
434                    j = offs+(nvars+1)*i;
435                    v = lm.w[j+k];
436                    lm.w[j+k] = v/s;
437                    lm.w[j+nvars] = lm.w[j+nvars]+v*network.columnmeans[k]/s;
438                }
439            }
440            for(k=0; k<=nclasses-2; k++)
441            {
442                lm.w[offs+(nvars+1)*k+nvars] = -lm.w[offs+(nvars+1)*k+nvars];
443            }
444        }
445
446
447        /*************************************************************************
448        Procesing
449
450        INPUT PARAMETERS:
451            LM      -   logit model, passed by non-constant reference
452                        (some fields of structure are used as temporaries
453                        when calculating model output).
454            X       -   input vector,  array[0..NVars-1].
455
456        OUTPUT PARAMETERS:
457            Y       -   result, array[0..NClasses-1]
458                        Vector of posterior probabilities for classification task.
459                        Subroutine does not allocate memory for this vector, it is
460                        responsibility of a caller to allocate it. Array  must  be
461                        at least [0..NClasses-1].
462
463          -- ALGLIB --
464             Copyright 10.09.2008 by Bochkanov Sergey
465        *************************************************************************/
466        public static void mnlprocess(ref logitmodel lm,
467            ref double[] x,
468            ref double[] y)
469        {
470            int nvars = 0;
471            int nclasses = 0;
472            int offs = 0;
473            int i = 0;
474            int i1 = 0;
475            double s = 0;
476
477            System.Diagnostics.Debug.Assert((double)(lm.w[1])==(double)(logitvnum), "MNLProcess: unexpected model version");
478            nvars = (int)Math.Round(lm.w[2]);
479            nclasses = (int)Math.Round(lm.w[3]);
480            offs = (int)Math.Round(lm.w[4]);
481            mnliexp(ref lm.w, ref x);
482            s = 0;
483            i1 = offs+(nvars+1)*(nclasses-1);
484            for(i=i1; i<=i1+nclasses-1; i++)
485            {
486                s = s+lm.w[i];
487            }
488            for(i=0; i<=nclasses-1; i++)
489            {
490                y[i] = lm.w[i1+i]/s;
491            }
492        }
493
494
495        /*************************************************************************
496        Unpacks coefficients of logit model. Logit model have form:
497
498            P(class=i) = S(i) / (S(0) + S(1) + ... +S(M-1))
499                  S(i) = Exp(A[i,0]*X[0] + ... + A[i,N-1]*X[N-1] + A[i,N]), when i<M-1
500                S(M-1) = 1
501
502        INPUT PARAMETERS:
503            LM          -   logit model in ALGLIB format
504
505        OUTPUT PARAMETERS:
506            V           -   coefficients, array[0..NClasses-2,0..NVars]
507            NVars       -   number of independent variables
508            NClasses    -   number of classes
509
510          -- ALGLIB --
511             Copyright 10.09.2008 by Bochkanov Sergey
512        *************************************************************************/
513        public static void mnlunpack(ref logitmodel lm,
514            ref double[,] a,
515            ref int nvars,
516            ref int nclasses)
517        {
518            int offs = 0;
519            int i = 0;
520            int i_ = 0;
521            int i1_ = 0;
522
523            System.Diagnostics.Debug.Assert((double)(lm.w[1])==(double)(logitvnum), "MNLUnpack: unexpected model version");
524            nvars = (int)Math.Round(lm.w[2]);
525            nclasses = (int)Math.Round(lm.w[3]);
526            offs = (int)Math.Round(lm.w[4]);
527            a = new double[nclasses-2+1, nvars+1];
528            for(i=0; i<=nclasses-2; i++)
529            {
530                i1_ = (offs+i*(nvars+1)) - (0);
531                for(i_=0; i_<=nvars;i_++)
532                {
533                    a[i,i_] = lm.w[i_+i1_];
534                }
535            }
536        }
537
538
539        /*************************************************************************
540        "Packs" coefficients and creates logit model in ALGLIB format (MNLUnpack
541        reversed).
542
543        INPUT PARAMETERS:
544            A           -   model (see MNLUnpack)
545            NVars       -   number of independent variables
546            NClasses    -   number of classes
547
548        OUTPUT PARAMETERS:
549            LM          -   logit model.
550
551          -- ALGLIB --
552             Copyright 10.09.2008 by Bochkanov Sergey
553        *************************************************************************/
554        public static void mnlpack(ref double[,] a,
555            int nvars,
556            int nclasses,
557            ref logitmodel lm)
558        {
559            int offs = 0;
560            int i = 0;
561            int wdim = 0;
562            int ssize = 0;
563            int i_ = 0;
564            int i1_ = 0;
565
566            wdim = (nvars+1)*(nclasses-1);
567            offs = 5;
568            ssize = 5+(nvars+1)*(nclasses-1)+nclasses;
569            lm.w = new double[ssize-1+1];
570            lm.w[0] = ssize;
571            lm.w[1] = logitvnum;
572            lm.w[2] = nvars;
573            lm.w[3] = nclasses;
574            lm.w[4] = offs;
575            for(i=0; i<=nclasses-2; i++)
576            {
577                i1_ = (0) - (offs+i*(nvars+1));
578                for(i_=offs+i*(nvars+1); i_<=offs+i*(nvars+1)+nvars;i_++)
579                {
580                    lm.w[i_] = a[i,i_+i1_];
581                }
582            }
583        }
584
585
586        /*************************************************************************
587        Copying of LogitModel strucure
588
589        INPUT PARAMETERS:
590            LM1 -   original
591
592        OUTPUT PARAMETERS:
593            LM2 -   copy
594
595          -- ALGLIB --
596             Copyright 15.03.2009 by Bochkanov Sergey
597        *************************************************************************/
598        public static void mnlcopy(ref logitmodel lm1,
599            ref logitmodel lm2)
600        {
601            int k = 0;
602            int i_ = 0;
603
604            k = (int)Math.Round(lm1.w[0]);
605            lm2.w = new double[k-1+1];
606            for(i_=0; i_<=k-1;i_++)
607            {
608                lm2.w[i_] = lm1.w[i_];
609            }
610        }
611
612
613        /*************************************************************************
614        Serialization of LogitModel strucure
615
616        INPUT PARAMETERS:
617            LM      -   original
618
619        OUTPUT PARAMETERS:
620            RA      -   array of real numbers which stores model,
621                        array[0..RLen-1]
622            RLen    -   RA lenght
623
624          -- ALGLIB --
625             Copyright 15.03.2009 by Bochkanov Sergey
626        *************************************************************************/
627        public static void mnlserialize(ref logitmodel lm,
628            ref double[] ra,
629            ref int rlen)
630        {
631            int i_ = 0;
632            int i1_ = 0;
633
634            rlen = (int)Math.Round(lm.w[0])+1;
635            ra = new double[rlen-1+1];
636            ra[0] = logitvnum;
637            i1_ = (0) - (1);
638            for(i_=1; i_<=rlen-1;i_++)
639            {
640                ra[i_] = lm.w[i_+i1_];
641            }
642        }
643
644
645        /*************************************************************************
646        Unserialization of LogitModel strucure
647
648        INPUT PARAMETERS:
649            RA      -   real array which stores model
650
651        OUTPUT PARAMETERS:
652            LM      -   restored model
653
654          -- ALGLIB --
655             Copyright 15.03.2009 by Bochkanov Sergey
656        *************************************************************************/
657        public static void mnlunserialize(ref double[] ra,
658            ref logitmodel lm)
659        {
660            int i_ = 0;
661            int i1_ = 0;
662
663            System.Diagnostics.Debug.Assert((int)Math.Round(ra[0])==logitvnum, "MNLUnserialize: incorrect array!");
664            lm.w = new double[(int)Math.Round(ra[1])-1+1];
665            i1_ = (1) - (0);
666            for(i_=0; i_<=(int)Math.Round(ra[1])-1;i_++)
667            {
668                lm.w[i_] = ra[i_+i1_];
669            }
670        }
671
672
673        /*************************************************************************
674        Average cross-entropy (in bits per element) on the test set
675
676        INPUT PARAMETERS:
677            LM      -   logit model
678            XY      -   test set
679            NPoints -   test set size
680
681        RESULT:
682            CrossEntropy/(NPoints*ln(2)).
683
684          -- ALGLIB --
685             Copyright 10.09.2008 by Bochkanov Sergey
686        *************************************************************************/
687        public static double mnlavgce(ref logitmodel lm,
688            ref double[,] xy,
689            int npoints)
690        {
691            double result = 0;
692            int nvars = 0;
693            int nclasses = 0;
694            int i = 0;
695            double[] workx = new double[0];
696            double[] worky = new double[0];
697            int i_ = 0;
698
699            System.Diagnostics.Debug.Assert((double)(lm.w[1])==(double)(logitvnum), "MNLClsError: unexpected model version");
700            nvars = (int)Math.Round(lm.w[2]);
701            nclasses = (int)Math.Round(lm.w[3]);
702            workx = new double[nvars-1+1];
703            worky = new double[nclasses-1+1];
704            result = 0;
705            for(i=0; i<=npoints-1; i++)
706            {
707                System.Diagnostics.Debug.Assert((int)Math.Round(xy[i,nvars])>=0 & (int)Math.Round(xy[i,nvars])<nclasses, "MNLAvgCE: incorrect class number!");
708               
709                //
710                // Process
711                //
712                for(i_=0; i_<=nvars-1;i_++)
713                {
714                    workx[i_] = xy[i,i_];
715                }
716                mnlprocess(ref lm, ref workx, ref worky);
717                if( (double)(worky[(int)Math.Round(xy[i,nvars])])>(double)(0) )
718                {
719                    result = result-Math.Log(worky[(int)Math.Round(xy[i,nvars])]);
720                }
721                else
722                {
723                    result = result-Math.Log(AP.Math.MinRealNumber);
724                }
725            }
726            result = result/(npoints*Math.Log(2));
727            return result;
728        }
729
730
731        /*************************************************************************
732        Relative classification error on the test set
733
734        INPUT PARAMETERS:
735            LM      -   logit model
736            XY      -   test set
737            NPoints -   test set size
738
739        RESULT:
740            percent of incorrectly classified cases.
741
742          -- ALGLIB --
743             Copyright 10.09.2008 by Bochkanov Sergey
744        *************************************************************************/
745        public static double mnlrelclserror(ref logitmodel lm,
746            ref double[,] xy,
747            int npoints)
748        {
749            double result = 0;
750
751            result = (double)(mnlclserror(ref lm, ref xy, npoints))/(double)(npoints);
752            return result;
753        }
754
755
756        /*************************************************************************
757        RMS error on the test set
758
759        INPUT PARAMETERS:
760            LM      -   logit model
761            XY      -   test set
762            NPoints -   test set size
763
764        RESULT:
765            root mean square error (error when estimating posterior probabilities).
766
767          -- ALGLIB --
768             Copyright 30.08.2008 by Bochkanov Sergey
769        *************************************************************************/
770        public static double mnlrmserror(ref logitmodel lm,
771            ref double[,] xy,
772            int npoints)
773        {
774            double result = 0;
775            double relcls = 0;
776            double avgce = 0;
777            double rms = 0;
778            double avg = 0;
779            double avgrel = 0;
780
781            System.Diagnostics.Debug.Assert((int)Math.Round(lm.w[1])==logitvnum, "MNLRMSError: Incorrect MNL version!");
782            mnlallerrors(ref lm, ref xy, npoints, ref relcls, ref avgce, ref rms, ref avg, ref avgrel);
783            result = rms;
784            return result;
785        }
786
787
788        /*************************************************************************
789        Average error on the test set
790
791        INPUT PARAMETERS:
792            LM      -   logit model
793            XY      -   test set
794            NPoints -   test set size
795
796        RESULT:
797            average error (error when estimating posterior probabilities).
798
799          -- ALGLIB --
800             Copyright 30.08.2008 by Bochkanov Sergey
801        *************************************************************************/
802        public static double mnlavgerror(ref logitmodel lm,
803            ref double[,] xy,
804            int npoints)
805        {
806            double result = 0;
807            double relcls = 0;
808            double avgce = 0;
809            double rms = 0;
810            double avg = 0;
811            double avgrel = 0;
812
813            System.Diagnostics.Debug.Assert((int)Math.Round(lm.w[1])==logitvnum, "MNLRMSError: Incorrect MNL version!");
814            mnlallerrors(ref lm, ref xy, npoints, ref relcls, ref avgce, ref rms, ref avg, ref avgrel);
815            result = avg;
816            return result;
817        }
818
819
820        /*************************************************************************
821        Average relative error on the test set
822
823        INPUT PARAMETERS:
824            LM      -   logit model
825            XY      -   test set
826            NPoints -   test set size
827
828        RESULT:
829            average relative error (error when estimating posterior probabilities).
830
831          -- ALGLIB --
832             Copyright 30.08.2008 by Bochkanov Sergey
833        *************************************************************************/
834        public static double mnlavgrelerror(ref logitmodel lm,
835            ref double[,] xy,
836            int ssize)
837        {
838            double result = 0;
839            double relcls = 0;
840            double avgce = 0;
841            double rms = 0;
842            double avg = 0;
843            double avgrel = 0;
844
845            System.Diagnostics.Debug.Assert((int)Math.Round(lm.w[1])==logitvnum, "MNLRMSError: Incorrect MNL version!");
846            mnlallerrors(ref lm, ref xy, ssize, ref relcls, ref avgce, ref rms, ref avg, ref avgrel);
847            result = avgrel;
848            return result;
849        }
850
851
852        /*************************************************************************
853        Classification error on test set = MNLRelClsError*NPoints
854
855          -- ALGLIB --
856             Copyright 10.09.2008 by Bochkanov Sergey
857        *************************************************************************/
858        public static int mnlclserror(ref logitmodel lm,
859            ref double[,] xy,
860            int npoints)
861        {
862            int result = 0;
863            int nvars = 0;
864            int nclasses = 0;
865            int i = 0;
866            int j = 0;
867            double[] workx = new double[0];
868            double[] worky = new double[0];
869            int nmax = 0;
870            int i_ = 0;
871
872            System.Diagnostics.Debug.Assert((double)(lm.w[1])==(double)(logitvnum), "MNLClsError: unexpected model version");
873            nvars = (int)Math.Round(lm.w[2]);
874            nclasses = (int)Math.Round(lm.w[3]);
875            workx = new double[nvars-1+1];
876            worky = new double[nclasses-1+1];
877            result = 0;
878            for(i=0; i<=npoints-1; i++)
879            {
880               
881                //
882                // Process
883                //
884                for(i_=0; i_<=nvars-1;i_++)
885                {
886                    workx[i_] = xy[i,i_];
887                }
888                mnlprocess(ref lm, ref workx, ref worky);
889               
890                //
891                // Logit version of the answer
892                //
893                nmax = 0;
894                for(j=0; j<=nclasses-1; j++)
895                {
896                    if( (double)(worky[j])>(double)(worky[nmax]) )
897                    {
898                        nmax = j;
899                    }
900                }
901               
902                //
903                // compare
904                //
905                if( nmax!=(int)Math.Round(xy[i,nvars]) )
906                {
907                    result = result+1;
908                }
909            }
910            return result;
911        }
912
913
914        /*************************************************************************
915        Internal subroutine. Places exponents of the anti-overflow shifted
916        internal linear outputs into the service part of the W array.
917        *************************************************************************/
918        private static void mnliexp(ref double[] w,
919            ref double[] x)
920        {
921            int nvars = 0;
922            int nclasses = 0;
923            int offs = 0;
924            int i = 0;
925            int i1 = 0;
926            double v = 0;
927            double mx = 0;
928            int i_ = 0;
929            int i1_ = 0;
930
931            System.Diagnostics.Debug.Assert((double)(w[1])==(double)(logitvnum), "LOGIT: unexpected model version");
932            nvars = (int)Math.Round(w[2]);
933            nclasses = (int)Math.Round(w[3]);
934            offs = (int)Math.Round(w[4]);
935            i1 = offs+(nvars+1)*(nclasses-1);
936            for(i=0; i<=nclasses-2; i++)
937            {
938                i1_ = (0)-(offs+i*(nvars+1));
939                v = 0.0;
940                for(i_=offs+i*(nvars+1); i_<=offs+i*(nvars+1)+nvars-1;i_++)
941                {
942                    v += w[i_]*x[i_+i1_];
943                }
944                w[i1+i] = v+w[offs+i*(nvars+1)+nvars];
945            }
946            w[i1+nclasses-1] = 0;
947            mx = 0;
948            for(i=i1; i<=i1+nclasses-1; i++)
949            {
950                mx = Math.Max(mx, w[i]);
951            }
952            for(i=i1; i<=i1+nclasses-1; i++)
953            {
954                w[i] = Math.Exp(w[i]-mx);
955            }
956        }
957
958
959        /*************************************************************************
960        Calculation of all types of errors
961
962          -- ALGLIB --
963             Copyright 30.08.2008 by Bochkanov Sergey
964        *************************************************************************/
965        private static void mnlallerrors(ref logitmodel lm,
966            ref double[,] xy,
967            int npoints,
968            ref double relcls,
969            ref double avgce,
970            ref double rms,
971            ref double avg,
972            ref double avgrel)
973        {
974            int nvars = 0;
975            int nclasses = 0;
976            int i = 0;
977            double[] buf = new double[0];
978            double[] workx = new double[0];
979            double[] y = new double[0];
980            double[] dy = new double[0];
981            int i_ = 0;
982
983            System.Diagnostics.Debug.Assert((int)Math.Round(lm.w[1])==logitvnum, "MNL unit: Incorrect MNL version!");
984            nvars = (int)Math.Round(lm.w[2]);
985            nclasses = (int)Math.Round(lm.w[3]);
986            workx = new double[nvars-1+1];
987            y = new double[nclasses-1+1];
988            dy = new double[0+1];
989            bdss.dserrallocate(nclasses, ref buf);
990            for(i=0; i<=npoints-1; i++)
991            {
992                for(i_=0; i_<=nvars-1;i_++)
993                {
994                    workx[i_] = xy[i,i_];
995                }
996                mnlprocess(ref lm, ref workx, ref y);
997                dy[0] = xy[i,nvars];
998                bdss.dserraccumulate(ref buf, ref y, ref dy);
999            }
1000            bdss.dserrfinish(ref buf);
1001            relcls = buf[0];
1002            avgce = buf[1];
1003            rms = buf[2];
1004            avg = buf[3];
1005            avgrel = buf[4];
1006        }
1007
1008
1009        /*************************************************************************
1010        THE  PURPOSE  OF  MCSRCH  IS  TO  FIND A STEP WHICH SATISFIES A SUFFICIENT
1011        DECREASE CONDITION AND A CURVATURE CONDITION.
1012
1013        AT EACH STAGE THE SUBROUTINE  UPDATES  AN  INTERVAL  OF  UNCERTAINTY  WITH
1014        ENDPOINTS  STX  AND  STY.  THE INTERVAL OF UNCERTAINTY IS INITIALLY CHOSEN
1015        SO THAT IT CONTAINS A MINIMIZER OF THE MODIFIED FUNCTION
1016
1017            F(X+STP*S) - F(X) - FTOL*STP*(GRADF(X)'S).
1018
1019        IF  A STEP  IS OBTAINED FOR  WHICH THE MODIFIED FUNCTION HAS A NONPOSITIVE
1020        FUNCTION  VALUE  AND  NONNEGATIVE  DERIVATIVE,   THEN   THE   INTERVAL  OF
1021        UNCERTAINTY IS CHOSEN SO THAT IT CONTAINS A MINIMIZER OF F(X+STP*S).
1022
1023        THE  ALGORITHM  IS  DESIGNED TO FIND A STEP WHICH SATISFIES THE SUFFICIENT
1024        DECREASE CONDITION
1025
1026            F(X+STP*S) .LE. F(X) + FTOL*STP*(GRADF(X)'S),
1027
1028        AND THE CURVATURE CONDITION
1029
1030            ABS(GRADF(X+STP*S)'S)) .LE. GTOL*ABS(GRADF(X)'S).
1031
1032        IF  FTOL  IS  LESS  THAN GTOL AND IF, FOR EXAMPLE, THE FUNCTION IS BOUNDED
1033        BELOW,  THEN  THERE  IS  ALWAYS  A  STEP  WHICH SATISFIES BOTH CONDITIONS.
1034        IF  NO  STEP  CAN BE FOUND  WHICH  SATISFIES  BOTH  CONDITIONS,  THEN  THE
1035        ALGORITHM  USUALLY STOPS  WHEN  ROUNDING ERRORS  PREVENT FURTHER PROGRESS.
1036        IN THIS CASE STP ONLY SATISFIES THE SUFFICIENT DECREASE CONDITION.
1037
1038        PARAMETERS DESCRIPRION
1039
1040        N IS A POSITIVE INTEGER INPUT VARIABLE SET TO THE NUMBER OF VARIABLES.
1041
1042        X IS  AN  ARRAY  OF  LENGTH N. ON INPUT IT MUST CONTAIN THE BASE POINT FOR
1043        THE LINE SEARCH. ON OUTPUT IT CONTAINS X+STP*S.
1044
1045        F IS  A  VARIABLE. ON INPUT IT MUST CONTAIN THE VALUE OF F AT X. ON OUTPUT
1046        IT CONTAINS THE VALUE OF F AT X + STP*S.
1047
1048        G IS AN ARRAY OF LENGTH N. ON INPUT IT MUST CONTAIN THE GRADIENT OF F AT X.
1049        ON OUTPUT IT CONTAINS THE GRADIENT OF F AT X + STP*S.
1050
1051        S IS AN INPUT ARRAY OF LENGTH N WHICH SPECIFIES THE SEARCH DIRECTION.
1052
1053        STP  IS  A NONNEGATIVE VARIABLE. ON INPUT STP CONTAINS AN INITIAL ESTIMATE
1054        OF A SATISFACTORY STEP. ON OUTPUT STP CONTAINS THE FINAL ESTIMATE.
1055
1056        FTOL AND GTOL ARE NONNEGATIVE INPUT VARIABLES. TERMINATION OCCURS WHEN THE
1057        SUFFICIENT DECREASE CONDITION AND THE DIRECTIONAL DERIVATIVE CONDITION ARE
1058        SATISFIED.
1059
1060        XTOL IS A NONNEGATIVE INPUT VARIABLE. TERMINATION OCCURS WHEN THE RELATIVE
1061        WIDTH OF THE INTERVAL OF UNCERTAINTY IS AT MOST XTOL.
1062
1063        STPMIN AND STPMAX ARE NONNEGATIVE INPUT VARIABLES WHICH SPECIFY LOWER  AND
1064        UPPER BOUNDS FOR THE STEP.
1065
1066        MAXFEV IS A POSITIVE INTEGER INPUT VARIABLE. TERMINATION OCCURS WHEN THE
1067        NUMBER OF CALLS TO FCN IS AT LEAST MAXFEV BY THE END OF AN ITERATION.
1068
1069        INFO IS AN INTEGER OUTPUT VARIABLE SET AS FOLLOWS:
1070            INFO = 0  IMPROPER INPUT PARAMETERS.
1071
1072            INFO = 1  THE SUFFICIENT DECREASE CONDITION AND THE
1073                      DIRECTIONAL DERIVATIVE CONDITION HOLD.
1074
1075            INFO = 2  RELATIVE WIDTH OF THE INTERVAL OF UNCERTAINTY
1076                      IS AT MOST XTOL.
1077
1078            INFO = 3  NUMBER OF CALLS TO FCN HAS REACHED MAXFEV.
1079
1080            INFO = 4  THE STEP IS AT THE LOWER BOUND STPMIN.
1081
1082            INFO = 5  THE STEP IS AT THE UPPER BOUND STPMAX.
1083
1084            INFO = 6  ROUNDING ERRORS PREVENT FURTHER PROGRESS.
1085                      THERE MAY NOT BE A STEP WHICH SATISFIES THE
1086                      SUFFICIENT DECREASE AND CURVATURE CONDITIONS.
1087                      TOLERANCES MAY BE TOO SMALL.
1088
1089        NFEV IS AN INTEGER OUTPUT VARIABLE SET TO THE NUMBER OF CALLS TO FCN.
1090
1091        WA IS A WORK ARRAY OF LENGTH N.
1092
1093        ARGONNE NATIONAL LABORATORY. MINPACK PROJECT. JUNE 1983
1094        JORGE J. MORE', DAVID J. THUENTE
1095        *************************************************************************/
1096        private static void mnlmcsrch(int n,
1097            ref double[] x,
1098            ref double f,
1099            ref double[] g,
1100            ref double[] s,
1101            ref double stp,
1102            ref int info,
1103            ref int nfev,
1104            ref double[] wa,
1105            ref logitmcstate state,
1106            ref int stage)
1107        {
1108            double v = 0;
1109            double p5 = 0;
1110            double p66 = 0;
1111            double zero = 0;
1112            int i_ = 0;
1113
1114           
1115            //
1116            // init
1117            //
1118            p5 = 0.5;
1119            p66 = 0.66;
1120            state.xtrapf = 4.0;
1121            zero = 0;
1122           
1123            //
1124            // Main cycle
1125            //
1126            while( true )
1127            {
1128                if( stage==0 )
1129                {
1130                   
1131                    //
1132                    // NEXT
1133                    //
1134                    stage = 2;
1135                    continue;
1136                }
1137                if( stage==2 )
1138                {
1139                    state.infoc = 1;
1140                    info = 0;
1141                   
1142                    //
1143                    //     CHECK THE INPUT PARAMETERS FOR ERRORS.
1144                    //
1145                    if( n<=0 | (double)(stp)<=(double)(0) | (double)(ftol)<(double)(0) | (double)(gtol)<(double)(zero) | (double)(xtol)<(double)(zero) | (double)(stpmin)<(double)(zero) | (double)(stpmax)<(double)(stpmin) | maxfev<=0 )
1146                    {
1147                        stage = 0;
1148                        return;
1149                    }
1150                   
1151                    //
1152                    //     COMPUTE THE INITIAL GRADIENT IN THE SEARCH DIRECTION
1153                    //     AND CHECK THAT S IS A DESCENT DIRECTION.
1154                    //
1155                    v = 0.0;
1156                    for(i_=0; i_<=n-1;i_++)
1157                    {
1158                        v += g[i_]*s[i_];
1159                    }
1160                    state.dginit = v;
1161                    if( (double)(state.dginit)>=(double)(0) )
1162                    {
1163                        stage = 0;
1164                        return;
1165                    }
1166                   
1167                    //
1168                    //     INITIALIZE LOCAL VARIABLES.
1169                    //
1170                    state.brackt = false;
1171                    state.stage1 = true;
1172                    nfev = 0;
1173                    state.finit = f;
1174                    state.dgtest = ftol*state.dginit;
1175                    state.width = stpmax-stpmin;
1176                    state.width1 = state.width/p5;
1177                    for(i_=0; i_<=n-1;i_++)
1178                    {
1179                        wa[i_] = x[i_];
1180                    }
1181                   
1182                    //
1183                    //     THE VARIABLES STX, FX, DGX CONTAIN THE VALUES OF THE STEP,
1184                    //     FUNCTION, AND DIRECTIONAL DERIVATIVE AT THE BEST STEP.
1185                    //     THE VARIABLES STY, FY, DGY CONTAIN THE VALUE OF THE STEP,
1186                    //     FUNCTION, AND DERIVATIVE AT THE OTHER ENDPOINT OF
1187                    //     THE INTERVAL OF UNCERTAINTY.
1188                    //     THE VARIABLES STP, F, DG CONTAIN THE VALUES OF THE STEP,
1189                    //     FUNCTION, AND DERIVATIVE AT THE CURRENT STEP.
1190                    //
1191                    state.stx = 0;
1192                    state.fx = state.finit;
1193                    state.dgx = state.dginit;
1194                    state.sty = 0;
1195                    state.fy = state.finit;
1196                    state.dgy = state.dginit;
1197                   
1198                    //
1199                    // NEXT
1200                    //
1201                    stage = 3;
1202                    continue;
1203                }
1204                if( stage==3 )
1205                {
1206                   
1207                    //
1208                    //     START OF ITERATION.
1209                    //
1210                    //     SET THE MINIMUM AND MAXIMUM STEPS TO CORRESPOND
1211                    //     TO THE PRESENT INTERVAL OF UNCERTAINTY.
1212                    //
1213                    if( state.brackt )
1214                    {
1215                        if( (double)(state.stx)<(double)(state.sty) )
1216                        {
1217                            state.stmin = state.stx;
1218                            state.stmax = state.sty;
1219                        }
1220                        else
1221                        {
1222                            state.stmin = state.sty;
1223                            state.stmax = state.stx;
1224                        }
1225                    }
1226                    else
1227                    {
1228                        state.stmin = state.stx;
1229                        state.stmax = stp+state.xtrapf*(stp-state.stx);
1230                    }
1231                   
1232                    //
1233                    //        FORCE THE STEP TO BE WITHIN THE BOUNDS STPMAX AND STPMIN.
1234                    //
1235                    if( (double)(stp)>(double)(stpmax) )
1236                    {
1237                        stp = stpmax;
1238                    }
1239                    if( (double)(stp)<(double)(stpmin) )
1240                    {
1241                        stp = stpmin;
1242                    }
1243                   
1244                    //
1245                    //        IF AN UNUSUAL TERMINATION IS TO OCCUR THEN LET
1246                    //        STP BE THE LOWEST POINT OBTAINED SO FAR.
1247                    //
1248                    if( state.brackt & ((double)(stp)<=(double)(state.stmin) | (double)(stp)>=(double)(state.stmax)) | nfev>=maxfev-1 | state.infoc==0 | state.brackt & (double)(state.stmax-state.stmin)<=(double)(xtol*state.stmax) )
1249                    {
1250                        stp = state.stx;
1251                    }
1252                   
1253                    //
1254                    //        EVALUATE THE FUNCTION AND GRADIENT AT STP
1255                    //        AND COMPUTE THE DIRECTIONAL DERIVATIVE.
1256                    //
1257                    for(i_=0; i_<=n-1;i_++)
1258                    {
1259                        x[i_] = wa[i_];
1260                    }
1261                    for(i_=0; i_<=n-1;i_++)
1262                    {
1263                        x[i_] = x[i_] + stp*s[i_];
1264                    }
1265                   
1266                    //
1267                    // NEXT
1268                    //
1269                    stage = 4;
1270                    return;
1271                }
1272                if( stage==4 )
1273                {
1274                    info = 0;
1275                    nfev = nfev+1;
1276                    v = 0.0;
1277                    for(i_=0; i_<=n-1;i_++)
1278                    {
1279                        v += g[i_]*s[i_];
1280                    }
1281                    state.dg = v;
1282                    state.ftest1 = state.finit+stp*state.dgtest;
1283                   
1284                    //
1285                    //        TEST FOR CONVERGENCE.
1286                    //
1287                    if( state.brackt & ((double)(stp)<=(double)(state.stmin) | (double)(stp)>=(double)(state.stmax)) | state.infoc==0 )
1288                    {
1289                        info = 6;
1290                    }
1291                    if( (double)(stp)==(double)(stpmax) & (double)(f)<=(double)(state.ftest1) & (double)(state.dg)<=(double)(state.dgtest) )
1292                    {
1293                        info = 5;
1294                    }
1295                    if( (double)(stp)==(double)(stpmin) & ((double)(f)>(double)(state.ftest1) | (double)(state.dg)>=(double)(state.dgtest)) )
1296                    {
1297                        info = 4;
1298                    }
1299                    if( nfev>=maxfev )
1300                    {
1301                        info = 3;
1302                    }
1303                    if( state.brackt & (double)(state.stmax-state.stmin)<=(double)(xtol*state.stmax) )
1304                    {
1305                        info = 2;
1306                    }
1307                    if( (double)(f)<=(double)(state.ftest1) & (double)(Math.Abs(state.dg))<=(double)(-(gtol*state.dginit)) )
1308                    {
1309                        info = 1;
1310                    }
1311                   
1312                    //
1313                    //        CHECK FOR TERMINATION.
1314                    //
1315                    if( info!=0 )
1316                    {
1317                        stage = 0;
1318                        return;
1319                    }
1320                   
1321                    //
1322                    //        IN THE FIRST STAGE WE SEEK A STEP FOR WHICH THE MODIFIED
1323                    //        FUNCTION HAS A NONPOSITIVE VALUE AND NONNEGATIVE DERIVATIVE.
1324                    //
1325                    if( state.stage1 & (double)(f)<=(double)(state.ftest1) & (double)(state.dg)>=(double)(Math.Min(ftol, gtol)*state.dginit) )
1326                    {
1327                        state.stage1 = false;
1328                    }
1329                   
1330                    //
1331                    //        A MODIFIED FUNCTION IS USED TO PREDICT THE STEP ONLY IF
1332                    //        WE HAVE NOT OBTAINED A STEP FOR WHICH THE MODIFIED
1333                    //        FUNCTION HAS A NONPOSITIVE FUNCTION VALUE AND NONNEGATIVE
1334                    //        DERIVATIVE, AND IF A LOWER FUNCTION VALUE HAS BEEN
1335                    //        OBTAINED BUT THE DECREASE IS NOT SUFFICIENT.
1336                    //
1337                    if( state.stage1 & (double)(f)<=(double)(state.fx) & (double)(f)>(double)(state.ftest1) )
1338                    {
1339                       
1340                        //
1341                        //           DEFINE THE MODIFIED FUNCTION AND DERIVATIVE VALUES.
1342                        //
1343                        state.fm = f-stp*state.dgtest;
1344                        state.fxm = state.fx-state.stx*state.dgtest;
1345                        state.fym = state.fy-state.sty*state.dgtest;
1346                        state.dgm = state.dg-state.dgtest;
1347                        state.dgxm = state.dgx-state.dgtest;
1348                        state.dgym = state.dgy-state.dgtest;
1349                       
1350                        //
1351                        //           CALL CSTEP TO UPDATE THE INTERVAL OF UNCERTAINTY
1352                        //           AND TO COMPUTE THE NEW STEP.
1353                        //
1354                        mnlmcstep(ref state.stx, ref state.fxm, ref state.dgxm, ref state.sty, ref state.fym, ref state.dgym, ref stp, state.fm, state.dgm, ref state.brackt, state.stmin, state.stmax, ref state.infoc);
1355                       
1356                        //
1357                        //           RESET THE FUNCTION AND GRADIENT VALUES FOR F.
1358                        //
1359                        state.fx = state.fxm+state.stx*state.dgtest;
1360                        state.fy = state.fym+state.sty*state.dgtest;
1361                        state.dgx = state.dgxm+state.dgtest;
1362                        state.dgy = state.dgym+state.dgtest;
1363                    }
1364                    else
1365                    {
1366                       
1367                        //
1368                        //           CALL MCSTEP TO UPDATE THE INTERVAL OF UNCERTAINTY
1369                        //           AND TO COMPUTE THE NEW STEP.
1370                        //
1371                        mnlmcstep(ref state.stx, ref state.fx, ref state.dgx, ref state.sty, ref state.fy, ref state.dgy, ref stp, f, state.dg, ref state.brackt, state.stmin, state.stmax, ref state.infoc);
1372                    }
1373                   
1374                    //
1375                    //        FORCE A SUFFICIENT DECREASE IN THE SIZE OF THE
1376                    //        INTERVAL OF UNCERTAINTY.
1377                    //
1378                    if( state.brackt )
1379                    {
1380                        if( (double)(Math.Abs(state.sty-state.stx))>=(double)(p66*state.width1) )
1381                        {
1382                            stp = state.stx+p5*(state.sty-state.stx);
1383                        }
1384                        state.width1 = state.width;
1385                        state.width = Math.Abs(state.sty-state.stx);
1386                    }
1387                   
1388                    //
1389                    //  NEXT.
1390                    //
1391                    stage = 3;
1392                    continue;
1393                }
1394            }
1395        }
1396
1397
1398        private static void mnlmcstep(ref double stx,
1399            ref double fx,
1400            ref double dx,
1401            ref double sty,
1402            ref double fy,
1403            ref double dy,
1404            ref double stp,
1405            double fp,
1406            double dp,
1407            ref bool brackt,
1408            double stmin,
1409            double stmax,
1410            ref int info)
1411        {
1412            bool bound = new bool();
1413            double gamma = 0;
1414            double p = 0;
1415            double q = 0;
1416            double r = 0;
1417            double s = 0;
1418            double sgnd = 0;
1419            double stpc = 0;
1420            double stpf = 0;
1421            double stpq = 0;
1422            double theta = 0;
1423
1424            info = 0;
1425           
1426            //
1427            //     CHECK THE INPUT PARAMETERS FOR ERRORS.
1428            //
1429            if( brackt & ((double)(stp)<=(double)(Math.Min(stx, sty)) | (double)(stp)>=(double)(Math.Max(stx, sty))) | (double)(dx*(stp-stx))>=(double)(0) | (double)(stmax)<(double)(stmin) )
1430            {
1431                return;
1432            }
1433           
1434            //
1435            //     DETERMINE IF THE DERIVATIVES HAVE OPPOSITE SIGN.
1436            //
1437            sgnd = dp*(dx/Math.Abs(dx));
1438           
1439            //
1440            //     FIRST CASE. A HIGHER FUNCTION VALUE.
1441            //     THE MINIMUM IS BRACKETED. IF THE CUBIC STEP IS CLOSER
1442            //     TO STX THAN THE QUADRATIC STEP, THE CUBIC STEP IS TAKEN,
1443            //     ELSE THE AVERAGE OF THE CUBIC AND QUADRATIC STEPS IS TAKEN.
1444            //
1445            if( (double)(fp)>(double)(fx) )
1446            {
1447                info = 1;
1448                bound = true;
1449                theta = 3*(fx-fp)/(stp-stx)+dx+dp;
1450                s = Math.Max(Math.Abs(theta), Math.Max(Math.Abs(dx), Math.Abs(dp)));
1451                gamma = s*Math.Sqrt(AP.Math.Sqr(theta/s)-dx/s*(dp/s));
1452                if( (double)(stp)<(double)(stx) )
1453                {
1454                    gamma = -gamma;
1455                }
1456                p = gamma-dx+theta;
1457                q = gamma-dx+gamma+dp;
1458                r = p/q;
1459                stpc = stx+r*(stp-stx);
1460                stpq = stx+dx/((fx-fp)/(stp-stx)+dx)/2*(stp-stx);
1461                if( (double)(Math.Abs(stpc-stx))<(double)(Math.Abs(stpq-stx)) )
1462                {
1463                    stpf = stpc;
1464                }
1465                else
1466                {
1467                    stpf = stpc+(stpq-stpc)/2;
1468                }
1469                brackt = true;
1470            }
1471            else
1472            {
1473                if( (double)(sgnd)<(double)(0) )
1474                {
1475                   
1476                    //
1477                    //     SECOND CASE. A LOWER FUNCTION VALUE AND DERIVATIVES OF
1478                    //     OPPOSITE SIGN. THE MINIMUM IS BRACKETED. IF THE CUBIC
1479                    //     STEP IS CLOSER TO STX THAN THE QUADRATIC (SECANT) STEP,
1480                    //     THE CUBIC STEP IS TAKEN, ELSE THE QUADRATIC STEP IS TAKEN.
1481                    //
1482                    info = 2;
1483                    bound = false;
1484                    theta = 3*(fx-fp)/(stp-stx)+dx+dp;
1485                    s = Math.Max(Math.Abs(theta), Math.Max(Math.Abs(dx), Math.Abs(dp)));
1486                    gamma = s*Math.Sqrt(AP.Math.Sqr(theta/s)-dx/s*(dp/s));
1487                    if( (double)(stp)>(double)(stx) )
1488                    {
1489                        gamma = -gamma;
1490                    }
1491                    p = gamma-dp+theta;
1492                    q = gamma-dp+gamma+dx;
1493                    r = p/q;
1494                    stpc = stp+r*(stx-stp);
1495                    stpq = stp+dp/(dp-dx)*(stx-stp);
1496                    if( (double)(Math.Abs(stpc-stp))>(double)(Math.Abs(stpq-stp)) )
1497                    {
1498                        stpf = stpc;
1499                    }
1500                    else
1501                    {
1502                        stpf = stpq;
1503                    }
1504                    brackt = true;
1505                }
1506                else
1507                {
1508                    if( (double)(Math.Abs(dp))<(double)(Math.Abs(dx)) )
1509                    {
1510                       
1511                        //
1512                        //     THIRD CASE. A LOWER FUNCTION VALUE, DERIVATIVES OF THE
1513                        //     SAME SIGN, AND THE MAGNITUDE OF THE DERIVATIVE DECREASES.
1514                        //     THE CUBIC STEP IS ONLY USED IF THE CUBIC TENDS TO INFINITY
1515                        //     IN THE DIRECTION OF THE STEP OR IF THE MINIMUM OF THE CUBIC
1516                        //     IS BEYOND STP. OTHERWISE THE CUBIC STEP IS DEFINED TO BE
1517                        //     EITHER STPMIN OR STPMAX. THE QUADRATIC (SECANT) STEP IS ALSO
1518                        //     COMPUTED AND IF THE MINIMUM IS BRACKETED THEN THE THE STEP
1519                        //     CLOSEST TO STX IS TAKEN, ELSE THE STEP FARTHEST AWAY IS TAKEN.
1520                        //
1521                        info = 3;
1522                        bound = true;
1523                        theta = 3*(fx-fp)/(stp-stx)+dx+dp;
1524                        s = Math.Max(Math.Abs(theta), Math.Max(Math.Abs(dx), Math.Abs(dp)));
1525                       
1526                        //
1527                        //        THE CASE GAMMA = 0 ONLY ARISES IF THE CUBIC DOES NOT TEND
1528                        //        TO INFINITY IN THE DIRECTION OF THE STEP.
1529                        //
1530                        gamma = s*Math.Sqrt(Math.Max(0, AP.Math.Sqr(theta/s)-dx/s*(dp/s)));
1531                        if( (double)(stp)>(double)(stx) )
1532                        {
1533                            gamma = -gamma;
1534                        }
1535                        p = gamma-dp+theta;
1536                        q = gamma+(dx-dp)+gamma;
1537                        r = p/q;
1538                        if( (double)(r)<(double)(0) & (double)(gamma)!=(double)(0) )
1539                        {
1540                            stpc = stp+r*(stx-stp);
1541                        }
1542                        else
1543                        {
1544                            if( (double)(stp)>(double)(stx) )
1545                            {
1546                                stpc = stmax;
1547                            }
1548                            else
1549                            {
1550                                stpc = stmin;
1551                            }
1552                        }
1553                        stpq = stp+dp/(dp-dx)*(stx-stp);
1554                        if( brackt )
1555                        {
1556                            if( (double)(Math.Abs(stp-stpc))<(double)(Math.Abs(stp-stpq)) )
1557                            {
1558                                stpf = stpc;
1559                            }
1560                            else
1561                            {
1562                                stpf = stpq;
1563                            }
1564                        }
1565                        else
1566                        {
1567                            if( (double)(Math.Abs(stp-stpc))>(double)(Math.Abs(stp-stpq)) )
1568                            {
1569                                stpf = stpc;
1570                            }
1571                            else
1572                            {
1573                                stpf = stpq;
1574                            }
1575                        }
1576                    }
1577                    else
1578                    {
1579                       
1580                        //
1581                        //     FOURTH CASE. A LOWER FUNCTION VALUE, DERIVATIVES OF THE
1582                        //     SAME SIGN, AND THE MAGNITUDE OF THE DERIVATIVE DOES
1583                        //     NOT DECREASE. IF THE MINIMUM IS NOT BRACKETED, THE STEP
1584                        //     IS EITHER STPMIN OR STPMAX, ELSE THE CUBIC STEP IS TAKEN.
1585                        //
1586                        info = 4;
1587                        bound = false;
1588                        if( brackt )
1589                        {
1590                            theta = 3*(fp-fy)/(sty-stp)+dy+dp;
1591                            s = Math.Max(Math.Abs(theta), Math.Max(Math.Abs(dy), Math.Abs(dp)));
1592                            gamma = s*Math.Sqrt(AP.Math.Sqr(theta/s)-dy/s*(dp/s));
1593                            if( (double)(stp)>(double)(sty) )
1594                            {
1595                                gamma = -gamma;
1596                            }
1597                            p = gamma-dp+theta;
1598                            q = gamma-dp+gamma+dy;
1599                            r = p/q;
1600                            stpc = stp+r*(sty-stp);
1601                            stpf = stpc;
1602                        }
1603                        else
1604                        {
1605                            if( (double)(stp)>(double)(stx) )
1606                            {
1607                                stpf = stmax;
1608                            }
1609                            else
1610                            {
1611                                stpf = stmin;
1612                            }
1613                        }
1614                    }
1615                }
1616            }
1617           
1618            //
1619            //     UPDATE THE INTERVAL OF UNCERTAINTY. THIS UPDATE DOES NOT
1620            //     DEPEND ON THE NEW STEP OR THE CASE ANALYSIS ABOVE.
1621            //
1622            if( (double)(fp)>(double)(fx) )
1623            {
1624                sty = stp;
1625                fy = fp;
1626                dy = dp;
1627            }
1628            else
1629            {
1630                if( (double)(sgnd)<(double)(0.0) )
1631                {
1632                    sty = stx;
1633                    fy = fx;
1634                    dy = dx;
1635                }
1636                stx = stp;
1637                fx = fp;
1638                dx = dp;
1639            }
1640           
1641            //
1642            //     COMPUTE THE NEW STEP AND SAFEGUARD IT.
1643            //
1644            stpf = Math.Min(stmax, stpf);
1645            stpf = Math.Max(stmin, stpf);
1646            stp = stpf;
1647            if( brackt & bound )
1648            {
1649                if( (double)(sty)>(double)(stx) )
1650                {
1651                    stp = Math.Min(stx+0.66*(sty-stx), stp);
1652                }
1653                else
1654                {
1655                    stp = Math.Max(stx+0.66*(sty-stx), stp);
1656                }
1657            }
1658        }
1659    }
1660}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.