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 1567 by tim, Wed Oct 13 23:53:40 2004 UTC vs.
Revision 1644 by tim, Mon Oct 25 22:46:19 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 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*/
58 >            /** Constructs and initializes every element of this matrix to a scalar */
59 >            SquareMatrix(Real s) : RectMatrix<Real, Dim, Dim>(s){
60 >            }
61  
62 <       static SquareMatrix<Real, Dim> identity() {
63 <            SquareMatrix<Real, Dim> m;
62 >            /** Constructs and initializes from an array */
63 >            SquareMatrix(Real* array) : RectMatrix<Real, Dim, Dim>(array){
64 >            }
65 >
66 >
67 >            /** copy constructor */
68 >            SquareMatrix(const RectMatrix<Real, Dim, Dim>& m) : RectMatrix<Real, Dim, Dim>(m) {
69 >            }
70              
71 <            for (unsigned int i = 0; i < Dim; i++)
72 <                for (unsigned int j = 0; j < Dim; j++)
73 <                    if (i == j)
74 <                        m(i, j) = 1.0;
75 <                    else
76 <                        m(i, j) = 0.0;
71 >            /** copy assignment operator */
72 >            SquareMatrix<Real, Dim>& operator =(const RectMatrix<Real, Dim, Dim>& m) {
73 >                RectMatrix<Real, Dim, Dim>::operator=(m);
74 >                return *this;
75 >            }
76 >                                  
77 >            /** Retunrs  an identity matrix*/
78  
79 <            return m;
80 <        }
79 >           static SquareMatrix<Real, Dim> identity() {
80 >                SquareMatrix<Real, Dim> m;
81 >                
82 >                for (unsigned int i = 0; i < Dim; i++)
83 >                    for (unsigned int j = 0; j < Dim; j++)
84 >                        if (i == j)
85 >                            m(i, j) = 1.0;
86 >                        else
87 >                            m(i, j) = 0.0;
88  
89 <        /** Retunrs  the inversion of this matrix. */
90 <         SquareMatrix<Real, Dim>  inverse() {
83 <             SquareMatrix<Real, Dim> result;
89 >                return m;
90 >            }
91  
92 <             return result;
93 <        }
92 >            /**
93 >             * Retunrs  the inversion of this matrix.
94 >             * @todo need implementation
95 >             */
96 >             SquareMatrix<Real, Dim>  inverse() {
97 >                 SquareMatrix<Real, Dim> result;
98  
99 <        
99 >                 return result;
100 >            }        
101  
102 <        /** Returns the determinant of this matrix. */
103 <        double determinant() const {
104 <            double det;
105 <            return det;
106 <        }
102 >            /**
103 >             * Returns the determinant of this matrix.
104 >             * @todo need implementation
105 >             */
106 >            Real determinant() const {
107 >                Real det;
108 >                return det;
109 >            }
110  
111 <        /** Returns the trace of this matrix. */
112 <        double trace() const {
113 <           double tmp = 0;
114 <          
115 <            for (unsigned int i = 0; i < Dim ; i++)
116 <                tmp += data_[i][i];
111 >            /** Returns the trace of this matrix. */
112 >            Real trace() const {
113 >               Real tmp = 0;
114 >              
115 >                for (unsigned int i = 0; i < Dim ; i++)
116 >                    tmp += data_[i][i];
117  
118 <            return tmp;
119 <        }
118 >                return tmp;
119 >            }
120  
121 <        /** Tests if this matrix is symmetrix. */            
122 <        bool isSymmetric() const {
123 <            for (unsigned int i = 0; i < Dim - 1; i++)
124 <                for (unsigned int j = i; j < Dim; j++)
125 <                    if (fabs(data_[i][j] - data_[j][i]) > oopse::epsilon)
126 <                        return false;
127 <                    
128 <            return true;
129 <        }
121 >            /** Tests if this matrix is symmetrix. */            
122 >            bool isSymmetric() const {
123 >                for (unsigned int i = 0; i < Dim - 1; i++)
124 >                    for (unsigned int j = i; j < Dim; j++)
125 >                        if (fabs(data_[i][j] - data_[j][i]) > oopse::epsilon)
126 >                            return false;
127 >                        
128 >                return true;
129 >            }
130  
131 <        /** Tests if this matrix is orthogona. */            
132 <        bool isOrthogonal() {
133 <            SquareMatrix<Real, Dim> tmp;
131 >            /** Tests if this matrix is orthogonal. */            
132 >            bool isOrthogonal() {
133 >                SquareMatrix<Real, Dim> tmp;
134  
135 <            tmp = *this * transpose();
135 >                tmp = *this * transpose();
136  
137 <            return tmp.isUnitMatrix();
138 <        }
137 >                return tmp.isDiagonal();
138 >            }
139  
140 <        /** Tests if this matrix is diagonal. */
141 <        bool isDiagonal() const {
142 <            for (unsigned int i = 0; i < Dim ; i++)
143 <                for (unsigned int j = 0; j < Dim; j++)
144 <                    if (i !=j && fabs(data_[i][j]) > oopse::epsilon)
145 <                        return false;
146 <                    
147 <            return true;
148 <        }
140 >            /** Tests if this matrix is diagonal. */
141 >            bool isDiagonal() const {
142 >                for (unsigned int i = 0; i < Dim ; i++)
143 >                    for (unsigned int j = 0; j < Dim; j++)
144 >                        if (i !=j && fabs(data_[i][j]) > oopse::epsilon)
145 >                            return false;
146 >                        
147 >                return true;
148 >            }
149  
150 <        /** Tests if this matrix is the unit matrix. */
151 <        bool isUnitMatrix() const {
152 <            if (!isDiagonal())
138 <                return false;
139 <            
140 <            for (unsigned int i = 0; i < Dim ; i++)
141 <                if (fabs(data_[i][i] - 1) > oopse::epsilon)
150 >            /** Tests if this matrix is the unit matrix. */
151 >            bool isUnitMatrix() const {
152 >                if (!isDiagonal())
153                      return false;
154                  
155 <            return true;
156 <        }        
155 >                for (unsigned int i = 0; i < Dim ; i++)
156 >                    if (fabs(data_[i][i] - 1) > oopse::epsilon)
157 >                        return false;
158 >                    
159 >                return true;
160 >            }        
161  
162 +            /** @todo need implementation */
163 +            void diagonalize() {
164 +                //jacobi(m, eigenValues, ortMat);
165 +            }
166 +
167 +            /**
168 +             * Jacobi iteration routines for computing eigenvalues/eigenvectors of
169 +             * real symmetric matrix
170 +             *
171 +             * @return true if success, otherwise return false
172 +             * @param a symmetric matrix whose eigenvectors are to be computed. On return, the matrix is
173 +             *     overwritten
174 +             * @param w will contain the eigenvalues of the matrix On return of this function
175 +             * @param v the columns of this matrix will contain the eigenvectors. The eigenvectors are
176 +             *    normalized and mutually orthogonal.
177 +             */
178 +          
179 +            static int jacobi(SquareMatrix<Real, Dim>& a, Vector<Real, Dim>& d,
180 +                                  SquareMatrix<Real, Dim>& v);
181      };//end SquareMatrix
182  
183 +
184 + /*=========================================================================
185 +
186 +  Program:   Visualization Toolkit
187 +  Module:    $RCSfile: SquareMatrix.hpp,v $
188 +
189 +  Copyright (c) Ken Martin, Will Schroeder, Bill Lorensen
190 +  All rights reserved.
191 +  See Copyright.txt or http://www.kitware.com/Copyright.htm for details.
192 +
193 +     This software is distributed WITHOUT ANY WARRANTY; without even
194 +     the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR
195 +     PURPOSE.  See the above copyright notice for more information.
196 +
197 + =========================================================================*/
198 +
199 + #define VTK_ROTATE(a,i,j,k,l) g=a(i, j);h=a(k, l);a(i, j)=g-s*(h+g*tau);\
200 +        a(k, l)=h+s*(g-h*tau)
201 +
202 + #define VTK_MAX_ROTATIONS 20
203 +
204 +    // Jacobi iteration for the solution of eigenvectors/eigenvalues of a nxn
205 +    // real symmetric matrix. Square nxn matrix a; size of matrix in n;
206 +    // output eigenvalues in w; and output eigenvectors in v. Resulting
207 +    // eigenvalues/vectors are sorted in decreasing order; eigenvectors are
208 +    // normalized.
209 +    template<typename Real, int Dim>
210 +    int SquareMatrix<Real, Dim>::jacobi(SquareMatrix<Real, Dim>& a, Vector<Real, Dim>& w,
211 +                                        SquareMatrix<Real, Dim>& v) {
212 +        const int n = Dim;  
213 +        int i, j, k, iq, ip, numPos;
214 +        Real tresh, theta, tau, t, sm, s, h, g, c, tmp;
215 +        Real bspace[4], zspace[4];
216 +        Real *b = bspace;
217 +        Real *z = zspace;
218 +
219 +        // only allocate memory if the matrix is large
220 +        if (n > 4) {
221 +            b = new Real[n];
222 +            z = new Real[n];
223 +        }
224 +
225 +        // initialize
226 +        for (ip=0; ip<n; ip++) {
227 +            for (iq=0; iq<n; iq++) {
228 +                v(ip, iq) = 0.0;
229 +            }
230 +            v(ip, ip) = 1.0;
231 +        }
232 +        for (ip=0; ip<n; ip++) {
233 +            b[ip] = w[ip] = a(ip, ip);
234 +            z[ip] = 0.0;
235 +        }
236 +
237 +        // begin rotation sequence
238 +        for (i=0; i<VTK_MAX_ROTATIONS; i++) {
239 +            sm = 0.0;
240 +            for (ip=0; ip<n-1; ip++) {
241 +                for (iq=ip+1; iq<n; iq++) {
242 +                    sm += fabs(a(ip, iq));
243 +                }
244 +            }
245 +            if (sm == 0.0) {
246 +                break;
247 +            }
248 +
249 +            if (i < 3) {                                // first 3 sweeps
250 +                tresh = 0.2*sm/(n*n);
251 +            } else {
252 +                tresh = 0.0;
253 +            }
254 +
255 +            for (ip=0; ip<n-1; ip++) {
256 +                for (iq=ip+1; iq<n; iq++) {
257 +                    g = 100.0*fabs(a(ip, iq));
258 +
259 +                    // after 4 sweeps
260 +                    if (i > 3 && (fabs(w[ip])+g) == fabs(w[ip])
261 +                        && (fabs(w[iq])+g) == fabs(w[iq])) {
262 +                        a(ip, iq) = 0.0;
263 +                    } else if (fabs(a(ip, iq)) > tresh) {
264 +                        h = w[iq] - w[ip];
265 +                        if ( (fabs(h)+g) == fabs(h)) {
266 +                            t = (a(ip, iq)) / h;
267 +                        } else {
268 +                            theta = 0.5*h / (a(ip, iq));
269 +                            t = 1.0 / (fabs(theta)+sqrt(1.0+theta*theta));
270 +                            if (theta < 0.0) {
271 +                                t = -t;
272 +                            }
273 +                        }
274 +                        c = 1.0 / sqrt(1+t*t);
275 +                        s = t*c;
276 +                        tau = s/(1.0+c);
277 +                        h = t*a(ip, iq);
278 +                        z[ip] -= h;
279 +                        z[iq] += h;
280 +                        w[ip] -= h;
281 +                        w[iq] += h;
282 +                        a(ip, iq)=0.0;
283 +
284 +                        // ip already shifted left by 1 unit
285 +                        for (j = 0;j <= ip-1;j++) {
286 +                            VTK_ROTATE(a,j,ip,j,iq);
287 +                        }
288 +                        // ip and iq already shifted left by 1 unit
289 +                        for (j = ip+1;j <= iq-1;j++) {
290 +                            VTK_ROTATE(a,ip,j,j,iq);
291 +                        }
292 +                        // iq already shifted left by 1 unit
293 +                        for (j=iq+1; j<n; j++) {
294 +                            VTK_ROTATE(a,ip,j,iq,j);
295 +                        }
296 +                        for (j=0; j<n; j++) {
297 +                            VTK_ROTATE(v,j,ip,j,iq);
298 +                        }
299 +                    }
300 +                }
301 +            }
302 +
303 +            for (ip=0; ip<n; ip++) {
304 +                b[ip] += z[ip];
305 +                w[ip] = b[ip];
306 +                z[ip] = 0.0;
307 +            }
308 +        }
309 +
310 +        //// this is NEVER called
311 +        if ( i >= VTK_MAX_ROTATIONS ) {
312 +            std::cout << "vtkMath::Jacobi: Error extracting eigenfunctions" << std::endl;
313 +            return 0;
314 +        }
315 +
316 +        // sort eigenfunctions                 these changes do not affect accuracy
317 +        for (j=0; j<n-1; j++) {                  // boundary incorrect
318 +            k = j;
319 +            tmp = w[k];
320 +            for (i=j+1; i<n; i++) {                // boundary incorrect, shifted already
321 +                if (w[i] >= tmp) {                   // why exchage if same?
322 +                    k = i;
323 +                    tmp = w[k];
324 +                }
325 +            }
326 +            if (k != j) {
327 +                w[k] = w[j];
328 +                w[j] = tmp;
329 +                for (i=0; i<n; i++) {
330 +                    tmp = v(i, j);
331 +                    v(i, j) = v(i, k);
332 +                    v(i, k) = tmp;
333 +                }
334 +            }
335 +        }
336 +        // insure eigenvector consistency (i.e., Jacobi can compute vectors that
337 +        // are negative of one another (.707,.707,0) and (-.707,-.707,0). This can
338 +        // reek havoc in hyperstreamline/other stuff. We will select the most
339 +        // positive eigenvector.
340 +        int ceil_half_n = (n >> 1) + (n & 1);
341 +        for (j=0; j<n; j++) {
342 +            for (numPos=0, i=0; i<n; i++) {
343 +                if ( v(i, j) >= 0.0 ) {
344 +                    numPos++;
345 +                }
346 +            }
347 +            //    if ( numPos < ceil(double(n)/double(2.0)) )
348 +            if ( numPos < ceil_half_n) {
349 +                for (i=0; i<n; i++) {
350 +                    v(i, j) *= -1.0;
351 +                }
352 +            }
353 +        }
354 +
355 +        if (n > 4) {
356 +            delete [] b;
357 +            delete [] z;
358 +        }
359 +        return 1;
360 +    }
361 +
362 +
363   }
364   #endif //MATH_SQUAREMATRIX_HPP
365 +

Diff Legend

Removed lines
+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines