ViewVC Help
View File | Revision Log | Show Annotations | View Changeset | Root Listing
root/group/trunk/OOPSE-4/src/math/SquareMatrix.hpp
(Generate patch)

Comparing trunk/OOPSE-4/src/math/SquareMatrix.hpp (file contents):
Revision 1616 by tim, Wed Oct 20 18:07:08 2004 UTC vs.
Revision 1639 by tim, Fri Oct 22 23:09:57 2004 UTC

# Line 45 | Line 45 | namespace oopse {
45      template<typename Real, int Dim>
46      class SquareMatrix : public RectMatrix<Real, Dim, Dim> {
47          public:
48 +            typedef Real ElemType;
49 +            typedef Real* ElemPoinerType;
50  
51 <        /** default constructor */
52 <        SquareMatrix() {
53 <            for (unsigned int i = 0; i < Dim; i++)
54 <                for (unsigned int j = 0; j < Dim; j++)
55 <                    data_[i][j] = 0.0;
56 <         }
51 >            /** default constructor */
52 >            SquareMatrix() {
53 >                for (unsigned int i = 0; i < Dim; i++)
54 >                    for (unsigned int j = 0; j < Dim; j++)
55 >                        data_[i][j] = 0.0;
56 >             }
57  
58 <        /** copy constructor */
59 <        SquareMatrix(const RectMatrix<Real, Dim, Dim>& m)  : RectMatrix<Real, Dim, Dim>(m) {
60 <        }
59 <        
60 <        /** copy assignment operator */
61 <        SquareMatrix<Real, Dim>& operator =(const RectMatrix<Real, Dim, Dim>& m) {
62 <            RectMatrix<Real, Dim, Dim>::operator=(m);
63 <            return *this;
64 <        }
65 <                              
66 <        /** Retunrs  an identity matrix*/
67 <
68 <       static SquareMatrix<Real, Dim> identity() {
69 <            SquareMatrix<Real, Dim> m;
58 >            /** copy constructor */
59 >            SquareMatrix(const RectMatrix<Real, Dim, Dim>& m) : RectMatrix<Real, Dim, Dim>(m) {
60 >            }
61              
62 <            for (unsigned int i = 0; i < Dim; i++)
63 <                for (unsigned int j = 0; j < Dim; j++)
64 <                    if (i == j)
65 <                        m(i, j) = 1.0;
66 <                    else
67 <                        m(i, j) = 0.0;
62 >            /** copy assignment operator */
63 >            SquareMatrix<Real, Dim>& operator =(const RectMatrix<Real, Dim, Dim>& m) {
64 >                RectMatrix<Real, Dim, Dim>::operator=(m);
65 >                return *this;
66 >            }
67 >                                  
68 >            /** Retunrs  an identity matrix*/
69  
70 <            return m;
71 <        }
70 >           static SquareMatrix<Real, Dim> identity() {
71 >                SquareMatrix<Real, Dim> m;
72 >                
73 >                for (unsigned int i = 0; i < Dim; i++)
74 >                    for (unsigned int j = 0; j < Dim; j++)
75 >                        if (i == j)
76 >                            m(i, j) = 1.0;
77 >                        else
78 >                            m(i, j) = 0.0;
79  
80 <        /**
81 <         * Retunrs  the inversion of this matrix.
83 <         * @todo need implementation
84 <         */
85 <         SquareMatrix<Real, Dim>  inverse() {
86 <             SquareMatrix<Real, Dim> result;
80 >                return m;
81 >            }
82  
83 <             return result;
84 <        }        
83 >            /**
84 >             * Retunrs  the inversion of this matrix.
85 >             * @todo need implementation
86 >             */
87 >             SquareMatrix<Real, Dim>  inverse() {
88 >                 SquareMatrix<Real, Dim> result;
89  
90 <        /**
91 <         * Returns the determinant of this matrix.
93 <         * @todo need implementation
94 <         */
95 <        Real determinant() const {
96 <            Real det;
97 <            return det;
98 <        }
90 >                 return result;
91 >            }        
92  
93 <        /** Returns the trace of this matrix. */
94 <        Real trace() const {
95 <           Real tmp = 0;
96 <          
97 <            for (unsigned int i = 0; i < Dim ; i++)
98 <                tmp += data_[i][i];
93 >            /**
94 >             * Returns the determinant of this matrix.
95 >             * @todo need implementation
96 >             */
97 >            Real determinant() const {
98 >                Real det;
99 >                return det;
100 >            }
101  
102 <            return tmp;
103 <        }
102 >            /** Returns the trace of this matrix. */
103 >            Real trace() const {
104 >               Real tmp = 0;
105 >              
106 >                for (unsigned int i = 0; i < Dim ; i++)
107 >                    tmp += data_[i][i];
108  
109 <        /** Tests if this matrix is symmetrix. */            
110 <        bool isSymmetric() const {
112 <            for (unsigned int i = 0; i < Dim - 1; i++)
113 <                for (unsigned int j = i; j < Dim; j++)
114 <                    if (fabs(data_[i][j] - data_[j][i]) > oopse::epsilon)
115 <                        return false;
116 <                    
117 <            return true;
118 <        }
109 >                return tmp;
110 >            }
111  
112 <        /** Tests if this matrix is orthogonal. */            
113 <        bool isOrthogonal() {
114 <            SquareMatrix<Real, Dim> tmp;
112 >            /** Tests if this matrix is symmetrix. */            
113 >            bool isSymmetric() const {
114 >                for (unsigned int i = 0; i < Dim - 1; i++)
115 >                    for (unsigned int j = i; j < Dim; j++)
116 >                        if (fabs(data_[i][j] - data_[j][i]) > oopse::epsilon)
117 >                            return false;
118 >                        
119 >                return true;
120 >            }
121  
122 <            tmp = *this * transpose();
122 >            /** Tests if this matrix is orthogonal. */            
123 >            bool isOrthogonal() {
124 >                SquareMatrix<Real, Dim> tmp;
125  
126 <            return tmp.isDiagonal();
127 <        }
126 >                tmp = *this * transpose();
127  
128 <        /** Tests if this matrix is diagonal. */
129 <        bool isDiagonal() const {
131 <            for (unsigned int i = 0; i < Dim ; i++)
132 <                for (unsigned int j = 0; j < Dim; j++)
133 <                    if (i !=j && fabs(data_[i][j]) > oopse::epsilon)
134 <                        return false;
135 <                    
136 <            return true;
137 <        }
128 >                return tmp.isDiagonal();
129 >            }
130  
131 <        /** Tests if this matrix is the unit matrix. */
132 <        bool isUnitMatrix() const {
133 <            if (!isDiagonal())
134 <                return false;
135 <            
136 <            for (unsigned int i = 0; i < Dim ; i++)
137 <                if (fabs(data_[i][i] - 1) > oopse::epsilon)
131 >            /** Tests if this matrix is diagonal. */
132 >            bool isDiagonal() const {
133 >                for (unsigned int i = 0; i < Dim ; i++)
134 >                    for (unsigned int j = 0; j < Dim; j++)
135 >                        if (i !=j && fabs(data_[i][j]) > oopse::epsilon)
136 >                            return false;
137 >                        
138 >                return true;
139 >            }
140 >
141 >            /** Tests if this matrix is the unit matrix. */
142 >            bool isUnitMatrix() const {
143 >                if (!isDiagonal())
144                      return false;
145                  
146 <            return true;
147 <        }        
146 >                for (unsigned int i = 0; i < Dim ; i++)
147 >                    if (fabs(data_[i][i] - 1) > oopse::epsilon)
148 >                        return false;
149 >                    
150 >                return true;
151 >            }        
152  
153 <        /** @todo need implementation */
154 <        void diagonalize() {
155 <            //jacobi(m, eigenValues, ortMat);
156 <        }
153 >            /** @todo need implementation */
154 >            void diagonalize() {
155 >                //jacobi(m, eigenValues, ortMat);
156 >            }
157  
158 <        /**
159 <         * Jacobi iteration routines for computing eigenvalues/eigenvectors of
160 <         * real symmetric matrix
161 <         *
162 <         * @return true if success, otherwise return false
163 <         * @param a symmetric matrix whose eigenvectors are to be computed. On return, the matrix is
164 <         *     overwritten
165 <         * @param w will contain the eigenvalues of the matrix On return of this function
166 <         * @param v the columns of this matrix will contain the eigenvectors. The eigenvectors are
167 <         *    normalized and mutually orthogonal.
168 <         */
169 <      
170 <        static int jacobi(SquareMatrix<Real, Dim>& a, Vector<Real, Dim>& d,
171 <                              SquareMatrix<Real, Dim>& v);
158 >            /**
159 >             * Jacobi iteration routines for computing eigenvalues/eigenvectors of
160 >             * real symmetric matrix
161 >             *
162 >             * @return true if success, otherwise return false
163 >             * @param a symmetric matrix whose eigenvectors are to be computed. On return, the matrix is
164 >             *     overwritten
165 >             * @param w will contain the eigenvalues of the matrix On return of this function
166 >             * @param v the columns of this matrix will contain the eigenvectors. The eigenvectors are
167 >             *    normalized and mutually orthogonal.
168 >             */
169 >          
170 >            static int jacobi(SquareMatrix<Real, Dim>& a, Vector<Real, Dim>& d,
171 >                                  SquareMatrix<Real, Dim>& v);
172      };//end SquareMatrix
173  
174  
# Line 197 | Line 199 | namespace oopse {
199      // normalized.
200      template<typename Real, int Dim>
201      int SquareMatrix<Real, Dim>::jacobi(SquareMatrix<Real, Dim>& a, Vector<Real, Dim>& w,
202 <                                  SquareMatrix<Real, Dim>& v) {
203 <      const int n = Dim;  
204 <      int i, j, k, iq, ip, numPos;
205 <      Real tresh, theta, tau, t, sm, s, h, g, c, tmp;
206 <      Real bspace[4], zspace[4];
207 <      Real *b = bspace;
208 <      Real *z = zspace;
202 >                                        SquareMatrix<Real, Dim>& v) {
203 >        const int n = Dim;  
204 >        int i, j, k, iq, ip, numPos;
205 >        Real tresh, theta, tau, t, sm, s, h, g, c, tmp;
206 >        Real bspace[4], zspace[4];
207 >        Real *b = bspace;
208 >        Real *z = zspace;
209  
210 <      // only allocate memory if the matrix is large
211 <      if (n > 4)
212 <        {
213 <        b = new Real[n];
212 <        z = new Real[n];
210 >        // only allocate memory if the matrix is large
211 >        if (n > 4) {
212 >            b = new Real[n];
213 >            z = new Real[n];
214          }
215  
216 <      // initialize
217 <      for (ip=0; ip<n; ip++)
218 <        {
219 <        for (iq=0; iq<n; iq++)
220 <          {
221 <          v(ip, iq) = 0.0;
221 <          }
222 <        v(ip, ip) = 1.0;
216 >        // initialize
217 >        for (ip=0; ip<n; ip++) {
218 >            for (iq=0; iq<n; iq++) {
219 >                v(ip, iq) = 0.0;
220 >            }
221 >            v(ip, ip) = 1.0;
222          }
223 <      for (ip=0; ip<n; ip++)
224 <        {
225 <        b[ip] = w[ip] = a(ip, ip);
227 <        z[ip] = 0.0;
223 >        for (ip=0; ip<n; ip++) {
224 >            b[ip] = w[ip] = a(ip, ip);
225 >            z[ip] = 0.0;
226          }
227  
228 <      // begin rotation sequence
229 <      for (i=0; i<VTK_MAX_ROTATIONS; i++)
230 <        {
231 <        sm = 0.0;
232 <        for (ip=0; ip<n-1; ip++)
233 <          {
234 <          for (iq=ip+1; iq<n; iq++)
237 <            {
238 <            sm += fabs(a(ip, iq));
228 >        // begin rotation sequence
229 >        for (i=0; i<VTK_MAX_ROTATIONS; i++) {
230 >            sm = 0.0;
231 >            for (ip=0; ip<n-1; ip++) {
232 >                for (iq=ip+1; iq<n; iq++) {
233 >                    sm += fabs(a(ip, iq));
234 >                }
235              }
236 <          }
237 <        if (sm == 0.0)
238 <          {
243 <          break;
244 <          }
236 >            if (sm == 0.0) {
237 >                break;
238 >            }
239  
240 <        if (i < 3)                                // first 3 sweeps
241 <          {
242 <          tresh = 0.2*sm/(n*n);
243 <          }
244 <        else
251 <          {
252 <          tresh = 0.0;
253 <          }
240 >            if (i < 3) {                                // first 3 sweeps
241 >                tresh = 0.2*sm/(n*n);
242 >            } else {
243 >                tresh = 0.0;
244 >            }
245  
246 <        for (ip=0; ip<n-1; ip++)
247 <          {
248 <          for (iq=ip+1; iq<n; iq++)
258 <            {
259 <            g = 100.0*fabs(a(ip, iq));
246 >            for (ip=0; ip<n-1; ip++) {
247 >                for (iq=ip+1; iq<n; iq++) {
248 >                    g = 100.0*fabs(a(ip, iq));
249  
250 <            // after 4 sweeps
251 <            if (i > 3 && (fabs(w[ip])+g) == fabs(w[ip])
252 <            && (fabs(w[iq])+g) == fabs(w[iq]))
253 <              {
254 <              a(ip, iq) = 0.0;
255 <              }
256 <            else if (fabs(a(ip, iq)) > tresh)
257 <              {
258 <              h = w[iq] - w[ip];
259 <              if ( (fabs(h)+g) == fabs(h))
260 <                {
261 <                t = (a(ip, iq)) / h;
262 <                }
263 <              else
264 <                {
265 <                theta = 0.5*h / (a(ip, iq));
266 <                t = 1.0 / (fabs(theta)+sqrt(1.0+theta*theta));
267 <                if (theta < 0.0)
268 <                  {
269 <                  t = -t;
270 <                  }
271 <                }
272 <              c = 1.0 / sqrt(1+t*t);
273 <              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;
250 >                    // after 4 sweeps
251 >                    if (i > 3 && (fabs(w[ip])+g) == fabs(w[ip])
252 >                        && (fabs(w[iq])+g) == fabs(w[iq])) {
253 >                        a(ip, iq) = 0.0;
254 >                    } else if (fabs(a(ip, iq)) > tresh) {
255 >                        h = w[iq] - w[ip];
256 >                        if ( (fabs(h)+g) == fabs(h)) {
257 >                            t = (a(ip, iq)) / h;
258 >                        } else {
259 >                            theta = 0.5*h / (a(ip, iq));
260 >                            t = 1.0 / (fabs(theta)+sqrt(1.0+theta*theta));
261 >                            if (theta < 0.0) {
262 >                                t = -t;
263 >                            }
264 >                        }
265 >                        c = 1.0 / sqrt(1+t*t);
266 >                        s = t*c;
267 >                        tau = s/(1.0+c);
268 >                        h = t*a(ip, iq);
269 >                        z[ip] -= h;
270 >                        z[iq] += h;
271 >                        w[ip] -= h;
272 >                        w[iq] += h;
273 >                        a(ip, iq)=0.0;
274  
275 <              // ip already shifted left by 1 unit
276 <              for (j = 0;j <= ip-1;j++)
277 <                {
278 <                VTK_ROTATE(a,j,ip,j,iq);
275 >                        // ip already shifted left by 1 unit
276 >                        for (j = 0;j <= ip-1;j++) {
277 >                            VTK_ROTATE(a,j,ip,j,iq);
278 >                        }
279 >                        // ip and iq already shifted left by 1 unit
280 >                        for (j = ip+1;j <= iq-1;j++) {
281 >                            VTK_ROTATE(a,ip,j,j,iq);
282 >                        }
283 >                        // iq already shifted left by 1 unit
284 >                        for (j=iq+1; j<n; j++) {
285 >                            VTK_ROTATE(a,ip,j,iq,j);
286 >                        }
287 >                        for (j=0; j<n; j++) {
288 >                            VTK_ROTATE(v,j,ip,j,iq);
289 >                        }
290 >                    }
291                  }
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              }
292              }
314          }
293  
294 <        for (ip=0; ip<n; ip++)
295 <          {
296 <          b[ip] += z[ip];
297 <          w[ip] = b[ip];
298 <          z[ip] = 0.0;
321 <          }
294 >            for (ip=0; ip<n; ip++) {
295 >                b[ip] += z[ip];
296 >                w[ip] = b[ip];
297 >                z[ip] = 0.0;
298 >            }
299          }
300  
301 <      //// this is NEVER called
302 <      if ( i >= VTK_MAX_ROTATIONS )
303 <        {
304 <           std::cout << "vtkMath::Jacobi: Error extracting eigenfunctions" << std::endl;
328 <           return 0;
301 >        //// this is NEVER called
302 >        if ( i >= VTK_MAX_ROTATIONS ) {
303 >            std::cout << "vtkMath::Jacobi: Error extracting eigenfunctions" << std::endl;
304 >            return 0;
305          }
306  
307 <      // sort eigenfunctions                 these changes do not affect accuracy
308 <      for (j=0; j<n-1; j++)                  // boundary incorrect
309 <        {
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;
307 >        // sort eigenfunctions                 these changes do not affect accuracy
308 >        for (j=0; j<n-1; j++) {                  // boundary incorrect
309 >            k = j;
310              tmp = w[k];
311 +            for (i=j+1; i<n; i++) {                // boundary incorrect, shifted already
312 +                if (w[i] >= tmp) {                   // why exchage if same?
313 +                    k = i;
314 +                    tmp = w[k];
315 +                }
316              }
317 <          }
318 <        if (k != j)
319 <          {
320 <          w[k] = w[j];
321 <          w[j] = tmp;
322 <          for (i=0; i<n; i++)
323 <            {
324 <            tmp = v(i, j);
351 <            v(i, j) = v(i, k);
352 <            v(i, k) = tmp;
317 >            if (k != j) {
318 >                w[k] = w[j];
319 >                w[j] = tmp;
320 >                for (i=0; i<n; i++) {
321 >                    tmp = v(i, j);
322 >                    v(i, j) = v(i, k);
323 >                    v(i, k) = tmp;
324 >                }
325              }
354          }
326          }
327 <      // insure eigenvector consistency (i.e., Jacobi can compute vectors that
328 <      // are negative of one another (.707,.707,0) and (-.707,-.707,0). This can
329 <      // reek havoc in hyperstreamline/other stuff. We will select the most
330 <      // positive eigenvector.
331 <      int ceil_half_n = (n >> 1) + (n & 1);
332 <      for (j=0; j<n; j++)
333 <        {
334 <        for (numPos=0, i=0; i<n; i++)
335 <          {
336 <          if ( v(i, j) >= 0.0 )
366 <            {
367 <            numPos++;
327 >        // insure eigenvector consistency (i.e., Jacobi can compute vectors that
328 >        // are negative of one another (.707,.707,0) and (-.707,-.707,0). This can
329 >        // reek havoc in hyperstreamline/other stuff. We will select the most
330 >        // positive eigenvector.
331 >        int ceil_half_n = (n >> 1) + (n & 1);
332 >        for (j=0; j<n; j++) {
333 >            for (numPos=0, i=0; i<n; i++) {
334 >                if ( v(i, j) >= 0.0 ) {
335 >                    numPos++;
336 >                }
337              }
338 <          }
339 <    //    if ( numPos < ceil(double(n)/double(2.0)) )
340 <        if ( numPos < ceil_half_n)
341 <          {
342 <          for(i=0; i<n; i++)
374 <            {
375 <            v(i, j) *= -1.0;
338 >            //    if ( numPos < ceil(double(n)/double(2.0)) )
339 >            if ( numPos < ceil_half_n) {
340 >                for (i=0; i<n; i++) {
341 >                    v(i, j) *= -1.0;
342 >                }
343              }
377          }
344          }
345  
346 <      if (n > 4)
347 <        {
348 <        delete [] b;
383 <        delete [] z;
346 >        if (n > 4) {
347 >            delete [] b;
348 >            delete [] z;
349          }
350 <      return 1;
350 >        return 1;
351      }
352  
353  

Diff Legend

Removed lines
+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines