]> Creatis software - CreaPhase.git/blobdiff - octave_packages/optim-1.2.0/minimize.m
Add a useful package (from Source forge) for octave
[CreaPhase.git] / octave_packages / optim-1.2.0 / minimize.m
diff --git a/octave_packages/optim-1.2.0/minimize.m b/octave_packages/optim-1.2.0/minimize.m
new file mode 100644 (file)
index 0000000..02a9bbe
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,297 @@
+## Copyright (C) 2002 Etienne Grossmann <etienne@egdn.net>
+##
+## This program 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.
+##
+## This program 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
+## this program; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+
+## [x,v,nev,...] = minimize (f,args,...) - Minimize f
+##
+## ARGUMENTS
+## f    : string  : Name of function. Must return a real value
+## args : list or : List of arguments to f (by default, minimize the first)
+##        matrix  : f's only argument
+##
+## RETURNED VALUES
+## x   : matrix  : Local minimum of f. Let's suppose x is M-by-N.
+## v   : real    : Value of f in x0
+## nev : integer : Number of function evaluations 
+##     or 1 x 2  : Number of function and derivative evaluations (if
+##                 derivatives are used)
+## 
+##
+## Extra arguments are either a succession of option-value pairs or a single
+## list or struct of option-value pairs (for unary options, the value in the
+## struct is ignored).
+## 
+## OPTIONS : DERIVATIVES   Derivatives may be used if one of these options
+## ---------------------   uesd. Otherwise, the Nelder-Mean (see
+##                         nelder_mead_min) method is used.
+## 
+## 'd2f', d2f     : Name of a function that returns the value of f, of its
+##                  1st and 2nd derivatives : [fx,dfx,d2fx] = feval (d2f, x)
+##                  where fx is a real number, dfx is 1x(M*N) and d2fx is
+##                  (M*N)x(M*N). A Newton-like method (d2_min) will be used.
+##
+## 'hess'         : Use [fx,dfx,d2fx] = leval (f, args) to compute 1st and
+##                  2nd derivatives, and use a Newton-like method (d2_min).
+##
+## 'd2i', d2i     : Name of a function that returns the value of f, of its
+##                  1st and pseudo-inverse of second derivatives : 
+##                  [fx,dfx,id2fx] = feval (d2i, x) where fx is a real
+##                  number, dfx is 1x(M*N) and d2ix is (M*N)x(M*N).
+##                  A Newton-like method will be used (see d2_min).
+##
+## 'ihess'        : Use [fx,dfx,id2fx] = leval (f, args) to compute 1st
+##                  derivative and the pseudo-inverse of 2nd derivatives,
+##                  and use a Newton-like method (d2_min).
+##
+##            NOTE : df, d2f or d2i take the same arguments as f.
+## 
+## 'order', n     : Use derivatives of order n. If the n'th order derivative
+##                  is not specified by 'df', 'd2f' or 'd2i', it will be
+##                  computed numerically. Currently, only order 1 works.
+## 
+## 'ndiff'        : Use a variable metric method (bfgs) using numerical
+##                  differentiation.
+##
+## OPTIONS : STOPPING CRITERIA  Default is to use 'tol'
+## ---------------------------
+## 'ftol', ftol   : Stop search when value doesn't improve, as tested by
+##
+##              ftol > Deltaf/max(|f(x)|,1)
+##
+##                 where Deltaf is the decrease in f observed in the last
+##                 iteration.                                 Default=10*eps
+##
+## 'utol', utol   : Stop search when updates are small, as tested by
+##
+##              tol > max { dx(i)/max(|x(i)|,1) | i in 1..N }
+##
+##                 where  dx is the change in the x that occured in the last
+##                 iteration.
+##
+## 'dtol',dtol    : Stop search when derivatives are small, as tested by
+##
+##              dtol > max { df(i)*max(|x(i)|,1)/max(v,1) | i in 1..N }
+##
+##                 where x is the current minimum, v is func(x) and df is
+##                 the derivative of f in x. This option is ignored if
+##                 derivatives are not used in optimization.
+##
+## MISC. OPTIONS
+## -------------
+## 'maxev', m     : Maximum number of function evaluations             <inf>
+##
+## 'narg' , narg  : Position of the minimized argument in args           <1>
+## 'isz'  , step  : Initial step size (only for 0 and 1st order method)  <1>
+##                  Should correspond to expected distance to minimum
+## 'verbose'      : Display messages during execution
+##
+## 'backend'      : Instead of performing the minimization itself, return
+##                  [backend, control], the name and control argument of the
+##                  backend used by minimize(). Minimimzation can then be
+##                  obtained without the overhead of minimize by calling, if
+##                  a 0 or 1st order method is used :
+##
+##              [x,v,nev] = feval (backend, args, control)
+##                   
+##                  or, if a 2nd order method is used :
+##
+##              [x,v,nev] = feval (backend, control.d2f, args, control)
+
+function [x,v,nev,varargout] = minimize (f,args,varargin)
+
+## Oldies
+##
+## 'df' , df      : Name of a function that returns the derivatives of f
+##                  in x : dfx = feval (df, x) where dfx is 1x(M*N). A
+##                  variable metric method (see bfgs) will be used.
+##
+## 'jac'          : Use [fx, dfx] = leval(f, args) to compute derivatives
+##                  and use a variable metric method (bfgs).
+##
+
+
+# ####################################################################
+# Read the options ###################################################
+# ####################################################################
+# Options with a value
+op1 = "ftol utol dtol df d2f d2i order narg maxev isz";
+# Boolean options 
+op0 = "verbose backend jac hess ihess ndiff" ;
+
+default = struct ("backend",0,"verbose",0,\
+                   "df","",  "df", "","d2f","","d2i","",  \
+                   "hess", 0,  "ihess", 0,  "jac", 0,"ndiff", 0,  \
+                   "ftol" ,nan, "utol",nan, "dtol", nan,\
+                   "order",nan, "narg",nan, "maxev",nan,\
+                   "isz",  nan);
+
+if nargin == 3                 # Accomodation to struct and list optional
+  tmp = varargin{1};
+
+  if isstruct (tmp)
+    opls = {};
+    for [v,k] = tmp            # Treat separately unary and binary opts
+      if findstr ([" ",k," "],op0)
+       opls (end+1) = {k};        # append k 
+      else
+       opls (end+[1:2]) = {k, v}; # append k and v 
+      end
+    end
+  elseif iscell (tmp)
+    opls = tmp;
+  else
+    opls = {tmp};
+  end
+else
+  opls = varargin;
+end
+ops = read_options (opls,\
+                   "op0",op0, "op1",op1, "default",default);
+
+backend=ops.backend; verbose=ops.verbose; 
+df=ops.df; d2f=ops.d2f; d2i=ops.d2i; 
+hess=ops.hess; ihess=ops.ihess; jac=ops.jac; 
+ftol=ops.ftol; utol=ops.utol; dtol=ops.dtol;
+order=ops.order; narg=ops.narg; maxev=ops.maxev; 
+isz=ops.isz; ndiff=ops.ndiff;
+
+if length (df), error ("Option 'df' doesn't exist any more. Sorry.\n");end
+if jac, error ("Option 'jac' doesn't exist any more. Sorry.\n");end
+
+                               # Basic coherence checks #############
+
+ws = "";                       # Warning string
+es = "";                       # Error string
+
+                               # Warn if more than 1 differential is given
+if !!length (df) + !!length (d2f) + !!length (d2i) + jac + hess + ihess + \
+      ndiff > 1
+                               # Order of preference of 
+  if length (d2i), ws = [ws,"d2i='",d2i,"', "]; end
+  if length (d2f), ws = [ws,"d2f='",d2f,"', "]; end
+  if length (df),  ws = [ws,"df='",df,"', "]; end
+  if hess       ,  ws = [ws,"hess, "]; end
+  if ihess      ,  ws = [ws,"ihess, "]; end
+  if jac        ,  ws = [ws,"jac, "]; end
+  if ndiff      ,  ws = [ws,"ndiff, "]; end
+  ws = ws(1:length(ws)-2);
+  ws = ["Options ",ws," were passed. Only one will be used\n"]
+end
+
+                               # Check that enough args are passed to call
+                               # f(), unless backend is specified, in which
+                               # case I don't need to call f()
+if ! isnan (narg) && ! backend
+  if narg > 1
+    es = [es,sprintf("narg=%i, but a single argument was passed\n",narg)];
+  end
+end
+
+if length (ws), warn (ws); end
+if length (es), error (es); end        # EOF Basic coherence checks #########
+
+
+op = 0;                                # Set if any option is passed and should be
+                               # passed to backend
+
+if ! isnan (ftol)   , ctls.ftol    = ftol;  op = 1; end
+if ! isnan (utol)   , ctls.utol    = utol;  op = 1; end
+if ! isnan (dtol)   , ctls.dtol    = dtol;  op = 1; end
+if ! isnan (maxev)  , ctls.maxev   = maxev; op = 1; end
+if ! isnan (narg)   , ctls.narg    = narg;  op = 1; end
+if ! isnan (isz)    , ctls.isz     = isz;   op = 1; end
+if         verbose  , ctls.verbose = 1;     op = 1; end
+
+                               # defaults That are used in this function :
+if isnan (narg), narg = 1; end
+
+                               # ##########################################
+                               # Choose one optimization method ###########
+                               # Choose according to available derivatives 
+if     ihess, d2f = f;  ctls.id2f = 1; op = 1;
+elseif hess,  d2f = f;
+end
+  
+
+if     length (d2i), method = "d2_min"; ctls.id2f = 1; op = 1; d2f = d2i;
+elseif length (d2f), method = "d2_min";
+### elseif length (df) , method = "bfgsmin"; ctls.df  = df; op = 1;
+### elseif jac         , method = "bfgsmin"; ctls.jac = 1 ; op = 1;
+  ## else                 method = "nelder_mead_min";
+  ## end
+                               # Choose method because ndiff is passed ####
+elseif ndiff       , method = "bfgsmin";
+
+                               # Choose method by specifying order ########
+elseif ! isnan (order)
+
+  if     order == 0, method = "nelder_mead_min";
+  elseif order == 1
+    method = "bfgsmin";
+
+  elseif order == 2
+    if ! (length (d2f) || length (d2i))
+      error ("minimize(): 'order' is 2, but 2nd differential is missing\n");
+    end
+  else
+    error ("minimize(): 'order' option only implemented for order<=2\n");
+  end
+else                           # Default is nelder_mead_min
+  method = "nelder_mead_min";
+end                            # EOF choose method ########################
+
+if verbose
+  printf ("minimize(): Using '%s' as back-end\n",method);
+end
+
+                               # More checks ##############################
+ws = "";
+if !isnan (isz) && strcmp (method,"d2_min")
+  ws = [ws,"option 'isz' is passed to method that doesn't use it"];
+end
+if length (ws), warn (ws); end
+                               # EOF More checks ##########################
+
+if     strcmp (method, "d2_min"), all_args = {f, d2f, args};
+elseif strcmp (method, "bfgsmin"),all_args = {f, args};
+else                              all_args = {f, args};
+end
+                               # Eventually add ctls to argument list
+if op, all_args{end+1} = ctls; end
+
+if ! backend                   # Call the backend ###################
+  if strcmp (method, "d2_min"),
+    [x,v,nev,h] = d2_min(all_args{:});
+                               # Eventually return inverse of Hessian
+    if nargout > 3, varargout{1} = h; vr_val_cnt=2; end 
+  elseif strcmp (method, "bfgsmin")
+    nev = nan;
+    if !iscell(args), args = {args}; end
+    if isnan (ftol), ftol = 1e-12; end # Use bfgsmin's defaults
+    if isnan (utol), utol = 1e-6; end
+    if isnan (dtol), dtol = 1e-5; end
+    if isnan (maxev), maxev = inf; end
+    [x, v, okcv] = bfgsmin (f, args, {maxev,verbose,1,narg,0,ftol,utol,dtol});
+  else
+    [x,v,nev] = feval (method, all_args{:});
+  end
+
+else                           # Don't call backend, just return its name
+                               # and arguments. 
+
+  x = method;
+  if op, v = ctls; else v = []; end
+end
+
+