Free cookie consent management tool by TermsFeed Policy Generator

source: trunk/sources/HeuristicLab.Random/NormalDistributedRandom.cs @ 22

Last change on this file since 22 was 2, checked in by swagner, 17 years ago

Added HeuristicLab 3.0 sources from former SVN repository at revision 52

File size: 13.5 KB
Line 
1#region License Information
2/* HeuristicLab
3 * Copyright (C) 2002-2008 Heuristic and Evolutionary Algorithms Laboratory (HEAL)
4 *
5 * This file is part of HeuristicLab.
6 *
7 * HeuristicLab is free software: you can redistribute it and/or modify
8 * it under the terms of the GNU General Public License as published by
9 * the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10 * (at your option) any later version.
11 *
12 * HeuristicLab is distributed in the hope that it will be useful,
13 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15 * GNU General Public License for more details.
16 *
17 * You should have received a copy of the GNU General Public License
18 * along with HeuristicLab. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20#endregion
21
22using System;
23using System.Collections.Generic;
24using System.Text;
25using HeuristicLab.Core;
26using System.Xml;
27
28namespace HeuristicLab.Random {
29
30  /// <summary>
31  /// Normally distributed random variable.
32  /// Uses the Ziggurat transform to efficiently generate normal distributed random numbers.
33  /// See "The Ziggurat Method for Generating Random Variables" (G. Marsaglia and W.W. Tsang 2000).
34  /// </summary>
35  public class NormalDistributedRandom : ItemBase, IRandom {
36
37    private double mu;
38
39    public double Mu {
40      get { return mu; }
41      set { mu = value; }
42    }
43    private double sigma;
44
45    public double Sigma {
46      get { return sigma; }
47      set { sigma = value; }
48    }
49    private IRandom uniform;
50    private double[] w = new double[] {
51      1.7290404664e-09,
52      1.2680928529e-10,
53      1.6897518107e-10,
54      1.9862687883e-10,
55      2.2232431174e-10,
56      2.4244936614e-10,
57      2.6016130916e-10,
58      2.7611987696e-10,
59      2.9073962682e-10,
60      3.0429969655e-10,
61      3.1699795566e-10,
62      3.2898020419e-10,
63      3.4035738117e-10,
64      3.5121602848e-10,
65      3.6162509098e-10,
66      3.7164057942e-10,
67      3.8130856805e-10,
68      3.9066758162e-10,
69      3.9975012189e-10,
70      4.0858399997e-10,
71      4.1719308563e-10,
72      4.2559822333e-10,
73      4.3381759296e-10,
74      4.4186720949e-10,
75      4.4976131153e-10,
76      4.5751258337e-10,
77      4.6513240481e-10,
78      4.7263104541e-10,
79      4.8001774777e-10,
80      4.8730097735e-10,
81      4.9448850570e-10,
82      5.0158732723e-10,
83      5.0860404777e-10,
84      5.1554460700e-10,
85      5.2241466708e-10,
86      5.2921933502e-10,
87      5.3596349581e-10,
88      5.4265170135e-10,
89      5.4928817050e-10,
90      5.5587695558e-10,
91      5.6242188684e-10,
92      5.6892646150e-10,
93      5.7539412124e-10,
94      5.8182819673e-10,
95      5.8823168558e-10,
96      5.9460769641e-10,
97      6.0095900478e-10,
98      6.0728838625e-10,
99      6.1359850534e-10,
100      6.1989202660e-10,
101      6.2617133700e-10,
102      6.3243904558e-10,
103      6.3869737277e-10,
104      6.4494881657e-10,
105      6.5119559745e-10,
106      6.5744004685e-10,
107      6.6368432972e-10,
108      6.6993072201e-10,
109      6.7618144417e-10,
110      6.8243871665e-10,
111      6.8870464887e-10,
112      6.9498151678e-10,
113      7.0127148533e-10,
114      7.0757677495e-10,
115      7.1389966161e-10,
116      7.2024242126e-10,
117      7.2660727435e-10,
118      7.3299660786e-10,
119      7.3941280876e-10,
120      7.4585826404e-10,
121      7.5233547170e-10,
122      7.5884698525e-10,
123      7.6539541372e-10,
124      7.7198347714e-10,
125      7.7861395109e-10,
126      7.8528972214e-10,
127      7.9201378789e-10,
128      7.9878920145e-10,
129      8.0561923799e-10,
130      8.1250728368e-10,
131      8.1945689123e-10,
132      8.2647166888e-10,
133      8.3355555791e-10,
134      8.4071272166e-10,
135      8.4794732347e-10,
136      8.5526402627e-10,
137      8.6266754851e-10,
138      8.7016316375e-10,
139      8.7775620106e-10,
140      8.8545243360e-10,
141      8.9325818964e-10,
142      9.0117996399e-10,
143      9.0922497309e-10,
144      9.1740082198e-10,
145      9.2571583732e-10,
146      9.3417884539e-10,
147      9.4279972718e-10,
148      9.5158891877e-10,
149      9.6055785548e-10,
150      9.6971930486e-10,
151      9.7908692265e-10,
152      9.8867602993e-10,
153      9.9850361313e-10,
154      1.0085882129e-09,
155      1.0189509236e-09,
156      1.0296150599e-09,
157      1.0406069340e-09,
158      1.0519566329e-09,
159      1.0636980186e-09,
160      1.0758701707e-09,
161      1.0885182755e-09,
162      1.1016947354e-09,
163      1.1154610569e-09,
164      1.1298901814e-09,
165      1.1450695947e-09,
166      1.1611052120e-09,
167      1.1781275955e-09,
168      1.1962995039e-09,
169      1.2158286600e-09,
170      1.2369856250e-09,
171      1.2601323318e-09,
172      1.2857697129e-09,
173      1.3146201905e-09,
174      1.3477839955e-09,
175      1.3870635751e-09,
176      1.4357403044e-09,
177      1.5008658760e-09,
178      1.6030947680e-09
179    };
180    private long[] k = new long[] {
181      1991057938,
182      0,
183      1611602771,
184      1826899878,
185      1918584482,
186      1969227037,
187      2001281515,
188      2023368125,
189      2039498179,
190      2051788381,
191      2061460127,
192      2069267110,
193      2075699398,
194      2081089314,
195      2085670119,
196      2089610331,
197      2093034710,
198      2096037586,
199      2098691595,
200      2101053571,
201      2103168620,
202      2105072996,
203      2106796166,
204      2108362327,
205      2109791536,
206      2111100552,
207      2112303493,
208      2113412330,
209      2114437283,
210      2115387130,
211      2116269447,
212      2117090813,
213      2117856962,
214      2118572919,
215      2119243101,
216      2119871411,
217      2120461303,
218      2121015852,
219      2121537798,
220      2122029592,
221      2122493434,
222      2122931299,
223      2123344971,
224      2123736059,
225      2124106020,
226      2124456175,
227      2124787725,
228      2125101763,
229      2125399283,
230      2125681194,
231      2125948325,
232      2126201433,
233      2126441213,
234      2126668298,
235      2126883268,
236      2127086657,
237      2127278949,
238      2127460589,
239      2127631985,
240      2127793506,
241      2127945490,
242      2128088244,
243      2128222044,
244      2128347141,
245      2128463758,
246      2128572095,
247      2128672327,
248      2128764606,
249      2128849065,
250      2128925811,
251      2128994934,
252      2129056501,
253      2129110560,
254      2129157136,
255      2129196237,
256      2129227847,
257      2129251929,
258      2129268426,
259      2129277255,
260      2129278312,
261      2129271467,
262      2129256561,
263      2129233410,
264      2129201800,
265      2129161480,
266      2129112170,
267      2129053545,
268      2128985244,
269      2128906855,
270      2128817916,
271      2128717911,
272      2128606255,
273      2128482298,
274      2128345305,
275      2128194452,
276      2128028813,
277      2127847342,
278      2127648860,
279      2127432031,
280      2127195339,
281      2126937058,
282      2126655214,
283      2126347546,
284      2126011445,
285      2125643893,
286      2125241376,
287      2124799783,
288      2124314271,
289      2123779094,
290      2123187386,
291      2122530867,
292      2121799464,
293      2120980787,
294      2120059418,
295      2119015917,
296      2117825402,
297      2116455471,
298      2114863093,
299      2112989789,
300      2110753906,
301      2108037662,
302      2104664315,
303      2100355223,
304      2094642347,
305      2086670106,
306      2074676188,
307      2054300022,
308      2010539237
309   };
310    private double[] f = new double[] {
311      1.0000000000e+00,
312      9.6359968185e-01,
313      9.3628269434e-01,
314      9.1304361820e-01,
315      8.9228165150e-01,
316      8.7324303389e-01,
317      8.5550057888e-01,
318      8.3878362179e-01,
319      8.2290720940e-01,
320      8.0773830414e-01,
321      7.9317700863e-01,
322      7.7914607525e-01,
323      7.6558417082e-01,
324      7.5244158506e-01,
325      7.3967725039e-01,
326      7.2725689411e-01,
327      7.1515148878e-01,
328      7.0333611965e-01,
329      6.9178915024e-01,
330      6.8049186468e-01,
331      6.6942769289e-01,
332      6.5858197212e-01,
333      6.4794182777e-01,
334      6.3749545813e-01,
335      6.2723249197e-01,
336      6.1714339256e-01,
337      6.0721951723e-01,
338      5.9745317698e-01,
339      5.8783704042e-01,
340      5.7836467028e-01,
341      5.6902998686e-01,
342      5.5982738733e-01,
343      5.5075180531e-01,
344      5.4179835320e-01,
345      5.3296267986e-01,
346      5.2424055338e-01,
347      5.1562821865e-01,
348      5.0712203979e-01,
349      4.9871864915e-01,
350      4.9041482806e-01,
351      4.8220765591e-01,
352      4.7409430146e-01,
353      4.6607214212e-01,
354      4.5813870430e-01,
355      4.5029163361e-01,
356      4.4252872467e-01,
357      4.3484783173e-01,
358      4.2724698782e-01,
359      4.1972434521e-01,
360      4.1227802634e-01,
361      4.0490642190e-01,
362      3.9760786295e-01,
363      3.9038079977e-01,
364      3.8322380185e-01,
365      3.7613546848e-01,
366      3.6911445856e-01,
367      3.6215949059e-01,
368      3.5526937246e-01,
369      3.4844297171e-01,
370      3.4167915583e-01,
371      3.3497685194e-01,
372      3.2833510637e-01,
373      3.2175290585e-01,
374      3.1522938609e-01,
375      3.0876362324e-01,
376      3.0235484242e-01,
377      2.9600214958e-01,
378      2.8970485926e-01,
379      2.8346219659e-01,
380      2.7727350593e-01,
381      2.7113807201e-01,
382      2.6505529881e-01,
383      2.5902456045e-01,
384      2.5304529071e-01,
385      2.4711695313e-01,
386      2.4123899639e-01,
387      2.3541094363e-01,
388      2.2963231802e-01,
389      2.2390270233e-01,
390      2.1822164953e-01,
391      2.1258877218e-01,
392      2.0700371265e-01,
393      2.0146611333e-01,
394      1.9597564638e-01,
395      1.9053204358e-01,
396      1.8513499200e-01,
397      1.7978426814e-01,
398      1.7447963357e-01,
399      1.6922089458e-01,
400      1.6400785744e-01,
401      1.5884037316e-01,
402      1.5371830761e-01,
403      1.4864157140e-01,
404      1.4361007512e-01,
405      1.3862377405e-01,
406      1.3368265331e-01,
407      1.2878671288e-01,
408      1.2393598258e-01,
409      1.1913054436e-01,
410      1.1437050998e-01,
411      1.0965602100e-01,
412      1.0498725623e-01,
413      1.0036443919e-01,
414      9.5787845552e-02,
415      9.1257803142e-02,
416      8.6774669588e-02,
417      8.2338899374e-02,
418      7.7950984240e-02,
419      7.3611505330e-02,
420      6.9321118295e-02,
421      6.5080583096e-02,
422      6.0890771449e-02,
423      5.6752663106e-02,
424      5.2667401731e-02,
425      4.8636294901e-02,
426      4.4660862535e-02,
427      4.0742866695e-02,
428      3.6884389818e-02,
429      3.3087886870e-02,
430      2.9356317595e-02,
431      2.5693291798e-02,
432      2.2103304043e-02,
433      1.8592102453e-02,
434      1.5167297795e-02,
435      1.1839478277e-02,
436      8.6244847625e-03,
437      5.5489949882e-03,
438      2.6696291752e-03
439    };
440
441    public NormalDistributedRandom() {
442      this.mu = 0.0;
443      this.sigma = 1.0;
444      this.uniform = new MersenneTwister();
445    }
446
447    public NormalDistributedRandom(IRandom uniformRandom, double mu, double sigma) {
448      this.mu = mu;
449      this.sigma = sigma;
450      this.uniform = uniformRandom;
451    }
452
453    #region IRandom Members
454
455    public void Reset() {
456      uniform.Reset();
457    }
458
459    public void Reset(int seed) {
460      uniform.Reset(seed);
461    }
462
463    public int Next() {
464      throw new Exception("The method or operation is not implemented.");
465    }
466
467    public int Next(int maxVal) {
468      throw new Exception("The method or operation is not implemented.");
469    }
470
471    public int Next(int minVal, int maxVal) {
472      throw new Exception("The method or operation is not implemented.");
473    }
474
475    public double NextDouble() {
476      double signFactor = uniform.Next()%2==0?1.0:-1.0;
477      return sigma* signFactor * NextPositiveDouble() + mu;
478    }
479
480    private double NextPositiveDouble() {
481      int j = uniform.Next();
482      int i = (j & 127);
483      if(Math.Abs(j) < k[i]) {
484        return j * w[i];
485      } else {
486        double r = 3.442620;
487        double x, y;
488        x = j * w[i];
489        if(i == 0) {
490          do {
491            x = -Math.Log(ScaledUniform()) * 0.2904764;
492            y = -Math.Log(ScaledUniform());
493          } while(y + y < x * x);
494          return (j > 0) ? r + x : -r - x;
495        }
496        if(f[i] + ScaledUniform() * (f[i - 1] - f[i]) < Math.Exp(-0.5 * x * x)) {
497          return x;
498        } else {
499          // recurse
500          return (NextPositiveDouble());
501        }
502      }
503    }
504
505    private double ScaledUniform() {
506      return 0.5 + uniform.Next() * 0.2328306e-9;
507    }
508
509
510    #endregion
511
512    #region IStorable Members
513
514
515    public override XmlNode GetXmlNode(string name, XmlDocument document, IDictionary<Guid, IStorable> persistedObjects) {
516      XmlNode node = base.GetXmlNode(name, document, persistedObjects);
517
518      XmlNode muNode = document.CreateNode(XmlNodeType.Element, "Mu", null);
519      muNode.InnerText = mu.ToString();
520      node.AppendChild(muNode);
521
522      XmlNode sigmaNode = document.CreateNode(XmlNodeType.Element, "Sigma", null);
523      sigmaNode.InnerText = sigma.ToString();
524      node.AppendChild(sigmaNode);
525
526      node.AppendChild(PersistenceManager.Persist("UniformRandom", uniform, document, persistedObjects));
527
528      return node;
529    }
530
531    public override void Populate(XmlNode node, IDictionary<Guid, IStorable> restoredObjects) {
532      base.Populate(node, restoredObjects);
533
534      mu = double.Parse(node.SelectSingleNode("Mu").InnerText);
535      sigma = double.Parse(node.SelectSingleNode("Sigma").InnerText);
536      uniform = (IRandom)PersistenceManager.Restore(node.SelectSingleNode("UniformRandom"), restoredObjects);
537    }
538
539    public override object Clone(IDictionary<Guid, object> clonedObjects) {
540      NormalDistributedRandom clone = new NormalDistributedRandom((IRandom)Auxiliary.Clone(uniform, clonedObjects), mu, sigma);
541      clonedObjects.Add(Guid, clone);
542      return clone;
543    }
544
545    #endregion
546  }
547}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.