]> Creatis software - CreaPhase.git/blobdiff - octave_packages/m/linear-algebra/condest.m
update packages
[CreaPhase.git] / octave_packages / m / linear-algebra / condest.m
diff --git a/octave_packages/m/linear-algebra/condest.m b/octave_packages/m/linear-algebra/condest.m
new file mode 100644 (file)
index 0000000..2f3ea10
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,238 @@
+## Copyright (C) 2007-2012 Regents of the University of California
+##
+## This file is part of Octave.
+##
+## Octave is free software; you can redistribute it and/or modify it
+## under the terms of the GNU General Public License as published by
+## the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or (at
+## your option) any later version.
+##
+## Octave is distributed in the hope that it will be useful, but
+## WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+## MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
+## General Public License for more details.
+##
+## You should have received a copy of the GNU General Public License
+## along with Octave; see the file COPYING.  If not, see
+## <http://www.gnu.org/licenses/>.
+
+## -*- texinfo -*-
+## @deftypefn  {Function File} {} condest (@var{A})
+## @deftypefnx {Function File} {} condest (@var{A}, @var{t})
+## @deftypefnx {Function File} {[@var{est}, @var{v}] =} condest (@dots{})
+## @deftypefnx {Function File} {[@var{est}, @var{v}] =} condest (@var{A}, @var{solve}, @var{solve_t}, @var{t})
+## @deftypefnx {Function File} {[@var{est}, @var{v}] =} condest (@var{apply}, @var{apply_t}, @var{solve}, @var{solve_t}, @var{n}, @var{t})
+##
+## Estimate the 1-norm condition number of a matrix @var{A}
+## using @var{t} test vectors using a randomized 1-norm estimator.
+## If @var{t} exceeds 5, then only 5 test vectors are used.
+##
+## If the matrix is not explicit, e.g., when estimating the condition
+## number of @var{A} given an LU@tie{}factorization, @code{condest} uses the
+## following functions:
+##
+## @table @var
+## @item apply
+## @code{A*x} for a matrix @code{x} of size @var{n} by @var{t}.
+##
+## @item apply_t
+## @code{A'*x} for a matrix @code{x} of size @var{n} by @var{t}.
+##
+## @item solve
+## @code{A \ b} for a matrix @code{b} of size @var{n} by @var{t}.
+##
+## @item solve_t
+## @code{A' \ b} for a matrix @code{b} of size @var{n} by @var{t}.
+## @end table
+##
+## The implicit version requires an explicit dimension @var{n}.
+##
+## @code{condest} uses a randomized algorithm to approximate
+## the 1-norms.
+##
+## @code{condest} returns the 1-norm condition estimate @var{est} and
+## a vector @var{v} satisfying @code{norm (A*v, 1) == norm (A, 1) * norm
+## (@var{v}, 1) / @var{est}}.  When @var{est} is large, @var{v} is an
+## approximate null vector.
+##
+## References:
+## @itemize
+## @item
+## N.J. Higham and F. Tisseur, @cite{A Block Algorithm
+## for Matrix 1-Norm Estimation, with an Application to 1-Norm
+## Pseudospectra}. SIMAX vol 21, no 4, pp 1185-1201.
+## @url{http://dx.doi.org/10.1137/S0895479899356080}
+##
+## @item
+## N.J. Higham and F. Tisseur, @cite{A Block Algorithm
+## for Matrix 1-Norm Estimation, with an Application to 1-Norm
+## Pseudospectra}. @url{http://citeseer.ist.psu.edu/223007.html}
+## @end itemize
+##
+## @seealso{cond, norm, onenormest}
+## @end deftypefn
+
+## Code originally licensed under
+##
+##  Copyright (c) 2007, Regents of the University of California
+##  All rights reserved.
+##
+##  Redistribution and use in source and binary forms, with or without
+##  modification, are permitted provided that the following conditions
+##  are met:
+##
+##     * Redistributions of source code must retain the above copyright
+##       notice, this list of conditions and the following disclaimer.
+##
+##     * Redistributions in binary form must reproduce the above
+##       copyright notice, this list of conditions and the following
+##       disclaimer in the documentation and/or other materials provided
+##       with the distribution.
+##
+##     * Neither the name of the University of California, Berkeley nor
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+##       products derived from this software without specific prior
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+##  THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS''
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+##  TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A
+##  PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE REGENTS AND
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+##  SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
+##  LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF
+##  USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND
+##  ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
+##  OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
+##  OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
+##  SUCH DAMAGE.
+
+## Author: Jason Riedy <ejr@cs.berkeley.edu>
+## Keywords: linear-algebra norm estimation
+## Version: 0.2
+
+function [est, v] = condest (varargin)
+
+  if (nargin < 1 || nargin > 6)
+    print_usage ();
+  endif
+
+  default_t = 5;
+
+  have_A = false;
+  have_t = false;
+  have_solve = false;
+
+  if (ismatrix (varargin{1}))
+    A = varargin{1};
+    if (! issquare (A))
+      error ("condest: matrix must be square");
+    endif
+    n = rows (A);
+    have_A = true;
+
+    if (nargin > 1)
+      if (isscalar (varargin{2}))
+        t = varargin{2};
+        have_t = true;
+      elseif (nargin > 2)
+        solve = varargin{2};
+        solve_t = varargin{3};
+        have_solve = true;
+        if (nargin > 3)
+          t = varargin{4};
+          have_t = true;
+        endif
+      else
+        error ("condest: must supply both SOLVE and SOLVE_T");
+      endif
+    endif
+  elseif (nargin > 4)
+    apply = varargin{1};
+    apply_t = varargin{2};
+    solve = varargin{3};
+    solve_t = varargin{4};
+    have_solve = true;
+    n = varargin{5};
+    if (! isscalar (n))
+      error ("condest: dimension argument of implicit form must be scalar");
+    endif
+    if (nargin > 5)
+      t = varargin{6};
+      have_t = true;
+    endif
+  else
+    error ("condest: implicit form of condest requires at least 5 arguments");
+  endif
+
+  if (! have_t)
+    t = min (n, default_t);
+  endif
+
+  if (! have_solve)
+    if (issparse (A))
+      [L, U, P, Pc] = lu (A);
+      solve = @(x) Pc' * (U \ (L \ (P * x)));
+      solve_t = @(x) P' * (L' \ (U' \ (Pc * x)));
+    else
+      [L, U, P] = lu (A);
+      solve = @(x) U \ (L \ (P*x));
+      solve_t = @(x) P' * (L' \ (U' \ x));
+    endif
+  endif
+
+  if (have_A)
+    Anorm = norm (A, 1);
+  else
+    Anorm = onenormest (apply, apply_t, n, t);
+  endif
+
+  [Ainv_norm, v, w] = onenormest (solve, solve_t, n, t);
+
+  est = Anorm * Ainv_norm;
+  v = w / norm (w, 1);
+
+endfunction
+
+%!demo
+%!  N = 100;
+%!  A = randn (N) + eye (N);
+%!  condest (A)
+%!  [L,U,P] = lu (A);
+%!  condest (A, @(x) U\ (L\ (P*x)), @(x) P'*(L'\ (U'\x)))
+%!  condest (@(x) A*x, @(x) A'*x, @(x) U\ (L\ (P*x)), @(x) P'*(L'\ (U'\x)), N)
+%!  norm (inv (A), 1) * norm (A, 1)
+
+## Yes, these test bounds are really loose.  There's
+## enough randomization to trigger odd cases with hilb().
+
+%!test
+%!  N = 6;
+%!  A = hilb (N);
+%!  cA = condest (A);
+%!  cA_test = norm (inv (A), 1) * norm (A, 1);
+%!  assert (cA, cA_test, -2^-8);
+
+%!test
+%!  N = 6;
+%!  A = hilb (N);
+%!  solve = @(x) A\x; solve_t = @(x) A'\x;
+%!  cA = condest (A, solve, solve_t);
+%!  cA_test = norm (inv (A), 1) * norm (A, 1);
+%!  assert (cA, cA_test, -2^-8);
+
+%!test
+%!  N = 6;
+%!  A = hilb (N);
+%!  apply = @(x) A*x; apply_t = @(x) A'*x;
+%!  solve = @(x) A\x; solve_t = @(x) A'\x;
+%!  cA = condest (apply, apply_t, solve, solve_t, N);
+%!  cA_test = norm (inv (A), 1) * norm (A, 1);
+%!  assert (cA, cA_test, -2^-6);
+
+%!test
+%!  N = 12;
+%!  A = hilb (N);
+%!  [rcondA, v] = condest (A);
+%!  x = A*v;
+%!  assert (norm(x, inf), 0, eps);