ViewVC Help
View File | Revision Log | Show Annotations | View Changeset | Root Listing
root/group/trunk/OOPSE-2.0/src/math/SquareMatrix.hpp
(Generate patch)

Comparing trunk/OOPSE-2.0/src/math/SquareMatrix.hpp (file contents):
Revision 1606 by tim, Tue Oct 19 23:01:03 2004 UTC vs.
Revision 1616 by tim, Wed Oct 20 18:07:08 2004 UTC

# Line 29 | Line 29
29   * @date 10/11/2004
30   * @version 1.0
31   */
32 < #ifndef MATH_SQUAREMATRIX_HPP
32 > #ifndef MATH_SQUAREMATRIX_HPP
33   #define MATH_SQUAREMATRIX_HPP
34  
35   #include "math/RectMatrix.hpp"
# Line 154 | Line 154 | namespace oopse {
154          }
155  
156          /**
157         * Finds the eigenvalues and eigenvectors of a symmetric matrix
158         * @param eigenvals a reference to a vector3 where the
159         * eigenvalues will be stored. The eigenvalues are ordered so
160         * that eigenvals[0] <= eigenvals[1] <= eigenvals[2].
161         * @return an orthogonal matrix whose ith column is an
162         * eigenvector for the eigenvalue eigenvals[i]
163         */
164        SquareMatrix<Real, Dim>  findEigenvectors(Vector<Real, Dim>& eigenValues) {
165            SquareMatrix<Real, Dim> ortMat;
166            
167            if ( !isSymmetric()){
168                //throw();
169            }
170            
171            SquareMatrix<Real, Dim> m(*this);
172            jacobi(m, eigenValues, ortMat);
173
174            return ortMat;
175        }
176        /**
157           * Jacobi iteration routines for computing eigenvalues/eigenvectors of
158           * real symmetric matrix
159           *
160           * @return true if success, otherwise return false
161 <         * @param a source matrix
162 <         * @param w output eigenvalues
163 <         * @param v output eigenvectors
161 >         * @param a symmetric matrix whose eigenvectors are to be computed. On return, the matrix is
162 >         *     overwritten
163 >         * @param w will contain the eigenvalues of the matrix On return of this function
164 >         * @param v the columns of this matrix will contain the eigenvectors. The eigenvectors are
165 >         *    normalized and mutually orthogonal.
166           */
167 <        bool jacobi(SquareMatrix<Real, Dim>& a, Vector<Real, Dim>& w,
167 >      
168 >        static int jacobi(SquareMatrix<Real, Dim>& a, Vector<Real, Dim>& d,
169                                SquareMatrix<Real, Dim>& v);
170      };//end SquareMatrix
171  
172  
173 < #define ROT(a,i,j,k,l) g=a(i, j);h=a(k, l);a(i, j)=g-s*(h+g*tau);a(k, l)=h+s*(g-h*tau)
191 < #define MAX_ROTATIONS 60
173 > /*=========================================================================
174  
175 < template<typename Real, int Dim>
176 < bool SquareMatrix<Real, Dim>::jacobi(SquareMatrix<Real, Dim>& a, Vector<Real, Dim>& w,
195 <                              SquareMatrix<Real, Dim>& v) {
196 <    const int N = Dim;                                                                      
197 <    int i, j, k, iq, ip;
198 <    Real tresh, theta, tau, t, sm, s, h, g, c;
199 <    Real tmp;
200 <    Vector<Real, Dim> b, z;
175 >  Program:   Visualization Toolkit
176 >  Module:    $RCSfile: SquareMatrix.hpp,v $
177  
178 <    // initialize
179 <    for (ip=0; ip<N; ip++) {
180 <        for (iq=0; iq<N; iq++)
205 <            v(ip, iq) = 0.0;
206 <        v(ip, ip) = 1.0;
207 <    }
208 <    
209 <    for (ip=0; ip<N; ip++) {
210 <        b(ip) = w(ip) = a(ip, ip);
211 <        z(ip) = 0.0;
212 <    }
178 >  Copyright (c) Ken Martin, Will Schroeder, Bill Lorensen
179 >  All rights reserved.
180 >  See Copyright.txt or http://www.kitware.com/Copyright.htm for details.
181  
182 <    // begin rotation sequence
183 <    for (i=0; i<MAX_ROTATIONS; i++) {
184 <        sm = 0.0;
217 <        for (ip=0; ip<2; ip++) {
218 <            for (iq=ip+1; iq<N; iq++)
219 <                sm += fabs(a(ip, iq));
220 <        }
221 <        
222 <        if (sm == 0.0)
223 <            break;
182 >     This software is distributed WITHOUT ANY WARRANTY; without even
183 >     the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR
184 >     PURPOSE.  See the above copyright notice for more information.
185  
186 <        if (i < 4)
226 <            tresh = 0.2*sm/(9);
227 <        else
228 <            tresh = 0.0;
186 > =========================================================================*/
187  
188 <        for (ip=0; ip<2; ip++) {
189 <            for (iq=ip+1; iq<N; iq++) {
232 <                g = 100.0*fabs(a(ip, iq));
233 <                if (i > 4 && (fabs(w(ip))+g) == fabs(w(ip))
234 <                    && (fabs(w(iq))+g) == fabs(w(iq))) {
235 <                    a(ip, iq) = 0.0;
236 <                } else if (fabs(a(ip, iq)) > tresh) {
237 <                    h = w(iq) - w(ip);
238 <                    if ( (fabs(h)+g) == fabs(h)) {
239 <                        t = (a(ip, iq)) / h;
240 <                    } else {
241 <                        theta = 0.5*h / (a(ip, iq));
242 <                        t = 1.0 / (fabs(theta)+sqrt(1.0+theta*theta));
188 > #define VTK_ROTATE(a,i,j,k,l) g=a(i, j);h=a(k, l);a(i, j)=g-s*(h+g*tau);\
189 >        a(k, l)=h+s*(g-h*tau)
190  
191 <                        if (theta < 0.0)
245 <                            t = -t;
246 <                    }
191 > #define VTK_MAX_ROTATIONS 20
192  
193 <                    c = 1.0 / sqrt(1+t*t);
194 <                    s = t*c;
195 <                    tau = s/(1.0+c);
196 <                    h = t*a(ip, iq);
197 <                    z(ip) -= h;
198 <                    z(iq) += h;
199 <                    w(ip) -= h;
200 <                    w(iq) += h;
201 <                    a(ip, iq)=0.0;
202 <                    
203 <                    for (j=0;j<ip-1;j++)
204 <                        ROT(a,j,ip,j,iq);
193 >    // Jacobi iteration for the solution of eigenvectors/eigenvalues of a nxn
194 >    // real symmetric matrix. Square nxn matrix a; size of matrix in n;
195 >    // output eigenvalues in w; and output eigenvectors in v. Resulting
196 >    // eigenvalues/vectors are sorted in decreasing order; eigenvectors are
197 >    // normalized.
198 >    template<typename Real, int Dim>
199 >    int SquareMatrix<Real, Dim>::jacobi(SquareMatrix<Real, Dim>& a, Vector<Real, Dim>& w,
200 >                                  SquareMatrix<Real, Dim>& v) {
201 >      const int n = Dim;  
202 >      int i, j, k, iq, ip, numPos;
203 >      Real tresh, theta, tau, t, sm, s, h, g, c, tmp;
204 >      Real bspace[4], zspace[4];
205 >      Real *b = bspace;
206 >      Real *z = zspace;
207  
208 <                    for (j=ip+1;j<iq-1;j++)
209 <                        ROT(a,ip,j,j,iq);
208 >      // only allocate memory if the matrix is large
209 >      if (n > 4)
210 >        {
211 >        b = new Real[n];
212 >        z = new Real[n];
213 >        }
214  
215 <                    for (j=iq+1; j<N; j++)
216 <                        ROT(a,ip,j,iq,j);
217 <                    
218 <                    for (j=0; j<N; j++)
219 <                        ROT(v,j,ip,j,iq);
220 <                }
221 <            }
222 <        }//for (ip=0; ip<2; ip++)
272 <
273 <        for (ip=0; ip<N; ip++) {
274 <            b(ip) += z(ip);
275 <            w(ip) = b(ip);
276 <            z(ip) = 0.0;
215 >      // initialize
216 >      for (ip=0; ip<n; ip++)
217 >        {
218 >        for (iq=0; iq<n; iq++)
219 >          {
220 >          v(ip, iq) = 0.0;
221 >          }
222 >        v(ip, ip) = 1.0;
223          }
224 <        
225 <    } // end for (i=0; i<MAX_ROTATIONS; i++)
224 >      for (ip=0; ip<n; ip++)
225 >        {
226 >        b[ip] = w[ip] = a(ip, ip);
227 >        z[ip] = 0.0;
228 >        }
229  
230 <    if ( i >= MAX_ROTATIONS )
231 <        return false;
232 <
233 <    // sort eigenfunctions
234 <    for (j=0; j<N; j++) {
235 <        k = j;
236 <        tmp = w(k);
237 <        for (i=j; i<N; i++) {
238 <            if (w(i) >= tmp) {
290 <            k = i;
291 <            tmp = w(k);
230 >      // begin rotation sequence
231 >      for (i=0; i<VTK_MAX_ROTATIONS; i++)
232 >        {
233 >        sm = 0.0;
234 >        for (ip=0; ip<n-1; ip++)
235 >          {
236 >          for (iq=ip+1; iq<n; iq++)
237 >            {
238 >            sm += fabs(a(ip, iq));
239              }
240 +          }
241 +        if (sm == 0.0)
242 +          {
243 +          break;
244 +          }
245 +
246 +        if (i < 3)                                // first 3 sweeps
247 +          {
248 +          tresh = 0.2*sm/(n*n);
249 +          }
250 +        else
251 +          {
252 +          tresh = 0.0;
253 +          }
254 +
255 +        for (ip=0; ip<n-1; ip++)
256 +          {
257 +          for (iq=ip+1; iq<n; iq++)
258 +            {
259 +            g = 100.0*fabs(a(ip, iq));
260 +
261 +            // after 4 sweeps
262 +            if (i > 3 && (fabs(w[ip])+g) == fabs(w[ip])
263 +            && (fabs(w[iq])+g) == fabs(w[iq]))
264 +              {
265 +              a(ip, iq) = 0.0;
266 +              }
267 +            else if (fabs(a(ip, iq)) > tresh)
268 +              {
269 +              h = w[iq] - w[ip];
270 +              if ( (fabs(h)+g) == fabs(h))
271 +                {
272 +                t = (a(ip, iq)) / h;
273 +                }
274 +              else
275 +                {
276 +                theta = 0.5*h / (a(ip, iq));
277 +                t = 1.0 / (fabs(theta)+sqrt(1.0+theta*theta));
278 +                if (theta < 0.0)
279 +                  {
280 +                  t = -t;
281 +                  }
282 +                }
283 +              c = 1.0 / sqrt(1+t*t);
284 +              s = t*c;
285 +              tau = s/(1.0+c);
286 +              h = t*a(ip, iq);
287 +              z[ip] -= h;
288 +              z[iq] += h;
289 +              w[ip] -= h;
290 +              w[iq] += h;
291 +              a(ip, iq)=0.0;
292 +
293 +              // ip already shifted left by 1 unit
294 +              for (j = 0;j <= ip-1;j++)
295 +                {
296 +                VTK_ROTATE(a,j,ip,j,iq);
297 +                }
298 +              // ip and iq already shifted left by 1 unit
299 +              for (j = ip+1;j <= iq-1;j++)
300 +                {
301 +                VTK_ROTATE(a,ip,j,j,iq);
302 +                }
303 +              // iq already shifted left by 1 unit
304 +              for (j=iq+1; j<n; j++)
305 +                {
306 +                VTK_ROTATE(a,ip,j,iq,j);
307 +                }
308 +              for (j=0; j<n; j++)
309 +                {
310 +                VTK_ROTATE(v,j,ip,j,iq);
311 +                }
312 +              }
313 +            }
314 +          }
315 +
316 +        for (ip=0; ip<n; ip++)
317 +          {
318 +          b[ip] += z[ip];
319 +          w[ip] = b[ip];
320 +          z[ip] = 0.0;
321 +          }
322          }
323 <    
324 <        if (k != j) {
325 <            w(k) = w(j);
326 <            w(j) = tmp;
327 <            for (i=0; i<N; i++)  {
328 <                tmp = v(i, j);
329 <                v(i, j) = v(i, k);
330 <                v(i, k) = tmp;
323 >
324 >      //// this is NEVER called
325 >      if ( i >= VTK_MAX_ROTATIONS )
326 >        {
327 >           std::cout << "vtkMath::Jacobi: Error extracting eigenfunctions" << std::endl;
328 >           return 0;
329 >        }
330 >
331 >      // sort eigenfunctions                 these changes do not affect accuracy
332 >      for (j=0; j<n-1; j++)                  // boundary incorrect
333 >        {
334 >        k = j;
335 >        tmp = w[k];
336 >        for (i=j+1; i<n; i++)                // boundary incorrect, shifted already
337 >          {
338 >          if (w[i] >= tmp)                   // why exchage if same?
339 >            {
340 >            k = i;
341 >            tmp = w[k];
342              }
343 +          }
344 +        if (k != j)
345 +          {
346 +          w[k] = w[j];
347 +          w[j] = tmp;
348 +          for (i=0; i<n; i++)
349 +            {
350 +            tmp = v(i, j);
351 +            v(i, j) = v(i, k);
352 +            v(i, k) = tmp;
353 +            }
354 +          }
355          }
356 <    }
356 >      // insure eigenvector consistency (i.e., Jacobi can compute vectors that
357 >      // are negative of one another (.707,.707,0) and (-.707,-.707,0). This can
358 >      // reek havoc in hyperstreamline/other stuff. We will select the most
359 >      // positive eigenvector.
360 >      int ceil_half_n = (n >> 1) + (n & 1);
361 >      for (j=0; j<n; j++)
362 >        {
363 >        for (numPos=0, i=0; i<n; i++)
364 >          {
365 >          if ( v(i, j) >= 0.0 )
366 >            {
367 >            numPos++;
368 >            }
369 >          }
370 >    //    if ( numPos < ceil(double(n)/double(2.0)) )
371 >        if ( numPos < ceil_half_n)
372 >          {
373 >          for(i=0; i<n; i++)
374 >            {
375 >            v(i, j) *= -1.0;
376 >            }
377 >          }
378 >        }
379  
380 <    //    insure eigenvector consistency (i.e., Jacobi can compute
381 <    //    vectors that are negative of one another (.707,.707,0) and
382 <    //    (-.707,-.707,0). This can reek havoc in
383 <    //    hyperstreamline/other stuff. We will select the most
384 <    //    positive eigenvector.
385 <    int numPos;
312 <    for (j=0; j<N; j++) {
313 <        for (numPos=0, i=0; i<N; i++) if ( v(i, j) >= 0.0 ) numPos++;
314 <        if ( numPos < 2 ) for(i=0; i<N; i++) v(i, j) *= -1.0;
380 >      if (n > 4)
381 >        {
382 >        delete [] b;
383 >        delete [] z;
384 >        }
385 >      return 1;
386      }
387  
317    return true;
318 }
388  
320 #undef ROT
321 #undef MAX_ROTATIONS
322
389   }
324
390   #endif //MATH_SQUAREMATRIX_HPP
391 +

Diff Legend

Removed lines
+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines