Constness
[pspp] / src / math / categoricals.c
1 /* PSPP - a program for statistical analysis.
2    Copyright (C) 2009, 2010, 2011 Free Software Foundation, Inc.
3
4    This program is free software: you can redistribute it and/or modify
5    it under the terms of the GNU General Public License as published by
6    the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
7    (at your option) any later version.
8
9    This program is distributed in the hope that it will be useful,
10    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
11    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
12    GNU General Public License for more details.
13
14    You should have received a copy of the GNU General Public License
15    along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>. */
16
17 #include <config.h>
18
19 #include "math/categoricals.h"
20 #include "math/interaction.h"
21
22 #include <stdio.h>
23
24 #include "data/case.h"
25 #include "data/value.h"
26 #include "data/variable.h"
27 #include "libpspp/array.h"
28 #include "libpspp/hmap.h"
29 #include "libpspp/pool.h"
30 #include "libpspp/str.h"
31 #include "libpspp/hash-functions.h"
32
33 #include "gl/xalloc.h"
34
35 struct value_node
36 {
37   struct hmap_node node;      /* Node in hash map. */
38
39   union value val;            /* The value */
40
41   void *user_data;            /* A pointer to data which the caller can store stuff */
42 };
43
44 struct interaction_value
45 {
46   struct hmap_node node;        /* Node in hash map. */
47
48   struct ccase *ccase;          /* A case (probably the first in the dataset) which matches this value */
49
50   /* Total of the weights of cases matching this interaction */
51   double cc; 
52 };
53
54 static struct value_node *
55 lookup_value (const struct hmap *map, const union value *val, unsigned int hash, int width)
56 {
57   struct value_node *vn = NULL;
58   HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (vn, struct value_node, node, hash, map)
59     {
60       if (value_equal (&vn->val, val, width))
61         break;
62     }
63   
64   return vn;
65 }
66
67 struct variable_node
68 {
69   struct hmap_node node;      /* Node in hash map. */
70   const struct variable *var; /* The variable */
71
72   struct hmap valmap;         /* A map of value nodes */
73 };
74
75 static void
76 dump_interaction (const struct interaction *iact)
77 {
78   struct string str = DS_EMPTY_INITIALIZER;
79   interaction_to_string (iact, &str);
80   printf ("Interaction: %s\n", ds_cstr (&str));
81   ds_destroy (&str);
82 }
83
84
85 static struct variable_node *
86 lookup_variable (const struct hmap *map, const struct variable *var, unsigned int hash)
87 {
88   struct variable_node *vn = NULL;
89   HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (vn, struct variable_node, node, hash, map)
90     {
91       if (vn->var == var)
92         break;
93       
94       fprintf (stderr, "Warning: Hash table collision\n");
95     }
96   
97   return vn;
98 }
99
100
101 struct interact_params
102 {
103   /* A map indexed by a interaction_value */
104   struct hmap ivmap;
105
106   const struct interaction *iact;
107
108   int base_subscript_short;
109   int base_subscript_long;
110
111   /* The number of distinct values of this interaction */
112   int n_cats;
113
114   /* The degrees of freedom for this interaction */
115   int df; 
116
117   /* A map of interaction_values indexed by subscript */
118   struct interaction_value **reverse_interaction_value_map;
119
120   double cc;
121 };
122
123
124 #if 0
125 /* Comparison function to sort the reverse_value_map in ascending order */
126 static int
127 compare_value_node (const void *vn1_, const void *vn2_, const void *aux)
128 {
129   const struct value_node * const *vn1 = vn1_;
130   const struct value_node * const *vn2 = vn2_;
131   const struct interact_params *vp = aux;
132
133   return interaction_case_cmp_3way (vp->iact, (*vn1)->ccase, (*vn2)->ccase);
134 }
135 #endif
136
137 struct categoricals
138 {
139   /* The weight variable */
140   const struct variable *wv;
141
142   /* An array of interact_params */
143   struct interact_params *iap;
144
145   /* Map whose members are the union of the variables which comprise IAP */
146   struct hmap varmap;
147
148   /* The size of IAP. (ie, the number of interactions involved.) */
149   size_t n_iap;
150
151   /* The number of categorical variables which contain entries.
152      In the absence of missing values, this will be equal to N_IAP */
153   size_t n_vars;
154
155   size_t df_sum;
156
157   /* A map to enable the lookup of variables indexed by subscript.
158      This map considers only the N - 1 of the N variables.
159    */
160   int *reverse_variable_map_short;
161
162   /* Like the above, but uses all N variables */
163   int *reverse_variable_map_long;
164
165   size_t n_cats_total;
166
167   struct pool *pool;
168
169   /* Missing values to be excluded */
170   enum mv_class exclude;
171
172   /* Function to be called on each update */
173   update_func *update;
174
175   /* Function specified by the caller to create user_data */
176   user_data_create_func *user_data_create;
177
178   /* Auxilliary data to be passed to update and user_data_create_func*/
179   void *aux1;
180   void *aux2;
181 };
182
183
184 static void
185 categoricals_dump (const struct categoricals *cat)
186 {
187   int i;
188 #if 1
189   printf ("Reverse Variable Map (short):\n");
190   for (i = 0; i < cat->df_sum; ++i)
191     {
192       printf (" %d", cat->reverse_variable_map_short[i]);
193     }
194   printf ("\n");
195
196   printf ("Number of interactions %d\n", cat->n_iap);
197   for (i = 0 ; i < cat->n_iap; ++i)
198     {
199       int v;
200       struct string str;
201       const struct interact_params *iap = &cat->iap[i];
202       const struct interaction *iact = iap->iact;
203
204       ds_init_empty (&str);
205       interaction_to_string (iact, &str);
206
207       printf ("\nInteraction: %s (n: %d; df: %d ); ", ds_cstr (&str), iap->n_cats, iap->df);
208       ds_destroy (&str);
209       printf ("Base subscript: %d\n", iap->base_subscript_short);
210
211       printf ("\t(");
212       for (v = 0; v < hmap_count (&iap->ivmap); ++v)
213         {
214           int vv;
215           const struct interaction_value *iv = iap->reverse_interaction_value_map[v];
216           
217           if (v > 0)  printf ("   ");
218           printf ("{");
219           for (vv = 0; vv < iact->n_vars; ++vv)
220             {
221               const struct variable *var = iact->vars[vv];
222               const union value *val = case_data (iv->ccase, var);
223               
224               printf ("%g", val->f);
225               if (vv < iact->n_vars - 1)
226                 printf (", ");
227             }
228           printf ("}");
229         }
230       printf (")\n");
231     }
232 #endif
233 }
234
235
236 void
237 categoricals_destroy (struct categoricals *cat)
238 {
239   free (cat);
240 }
241
242
243
244 static struct interaction_value *
245 lookup_case (const struct hmap *map, const struct interaction *iact, const struct ccase *c)
246 {
247   struct interaction_value *iv = NULL;
248   size_t hash = interaction_case_hash (iact, c);
249
250   HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (iv, struct interaction_value, node, hash, map)
251     {
252       if (interaction_case_equal (iact, c, iv->ccase))
253         break;
254
255       fprintf (stderr, "Warning: Hash table collision\n");
256     }
257
258   return iv;
259 }
260
261
262 struct categoricals *
263 categoricals_create (struct interaction *const*inter, size_t n_inter,
264                      const struct variable *wv, enum mv_class exclude,
265                      user_data_create_func *udf,
266                      update_func *update, void *aux1, void *aux2
267                      )
268 {
269   size_t i;
270   struct categoricals *cat = xmalloc (sizeof *cat);
271   
272   cat->n_iap = n_inter;
273   cat->wv = wv;
274   cat->n_cats_total = 0;
275   cat->n_vars = 0;
276   cat->reverse_variable_map_short = NULL;
277   cat->reverse_variable_map_long = NULL;
278   cat->pool = pool_create ();
279   cat->exclude = exclude;
280   cat->update = update;
281   cat->user_data_create = udf;
282
283   cat->aux1 = aux1;
284   cat->aux2 = aux2;
285
286   cat->iap = pool_calloc (cat->pool, cat->n_iap, sizeof *cat->iap);
287
288   hmap_init (&cat->varmap);
289   for (i = 0 ; i < cat->n_iap; ++i)
290     {
291       int v;
292       hmap_init (&cat->iap[i].ivmap);
293       cat->iap[i].iact = inter[i];
294       cat->iap[i].cc = 0.0;
295       for (v = 0; v < inter[i]->n_vars; ++v)
296         {
297           const struct variable *var = inter[i]->vars[v];
298           unsigned int hash = hash_pointer (var, 0);
299           struct variable_node *vn = lookup_variable (&cat->varmap, var, hash);
300           if (vn == NULL)
301             {
302               vn = pool_malloc (cat->pool, sizeof *vn);
303               vn->var = var;
304               hmap_init (&vn->valmap);
305
306               hmap_insert (&cat->varmap, &vn->node,  hash);
307             }
308         }
309     }
310
311   return cat;
312 }
313
314
315
316 void
317 categoricals_update (struct categoricals *cat, const struct ccase *c)
318 {
319   int i;
320   struct variable_node *vn = NULL;
321   const double weight = cat->wv ? case_data (c, cat->wv)->f : 1.0;
322
323   assert (NULL == cat->reverse_variable_map_short);
324   assert (NULL == cat->reverse_variable_map_long);
325
326   /* Interate over each variable, and add the value of that variable
327      to the appropriate map, if it's not already present. */
328   HMAP_FOR_EACH (vn, struct variable_node, node, &cat->varmap)
329     {
330       const int width = var_get_width (vn->var);
331       const union value *val = case_data (c, vn->var);
332       unsigned int hash = value_hash (val, width, 0);
333
334       struct value_node *valn = lookup_value (&vn->valmap, val, hash, width);
335       if (valn == NULL)
336         {
337           valn = pool_malloc (cat->pool, sizeof *valn);
338           value_init (&valn->val, width);
339           value_copy (&valn->val, val, width);
340           hmap_insert (&vn->valmap, &valn->node, hash);
341         }
342     }     
343   
344
345   for (i = 0 ; i < cat->n_iap; ++i)
346     {
347       const struct interaction *iact = cat->iap[i].iact;
348
349       //      if ( interaction_case_is_missing (iact, c, cat->exclude))
350       //         continue;
351
352       size_t hash = interaction_case_hash (iact, c);
353       struct interaction_value *node = lookup_case (&cat->iap[i].ivmap, iact, c);
354
355       if ( NULL == node)
356         {
357           node = pool_malloc (cat->pool, sizeof *node);
358
359           node->ccase = case_ref (c);
360           node->cc = weight;
361
362           hmap_insert (&cat->iap[i].ivmap, &node->node, hash);
363
364           //      if (cat->user_data_create)
365           //       node->user_data = cat->user_data_create (cat->aux1, cat->aux2);
366         }
367       else
368         {
369           node->cc += weight;
370         }
371       cat->iap[i].cc += weight;
372
373       //      if (cat->update)
374       //        cat->update (node->user_data, cat->exclude, cat->wv, NULL, c, cat->aux1, cat->aux2);
375
376     }
377 }
378
379 /* Return the number of categories (distinct values) for interction N */
380 size_t
381 categoricals_n_count (const struct categoricals *cat, size_t n)
382 {
383   return hmap_count (&cat->iap[n].ivmap);
384 }
385
386
387 size_t
388 categoricals_df (const struct categoricals *cat, size_t n)
389 {
390   return cat->iap[n].df;
391 }
392
393
394 /* Return the total number of categories */
395 size_t
396 categoricals_n_total (const struct categoricals *cat)
397 {
398   return cat->n_cats_total;
399 }
400
401 size_t
402 categoricals_df_total (const struct categoricals *cat)
403 {
404   return cat->df_sum;
405 }
406
407 /* This function must be called *before* any call to categoricals_get_*_by subscript and
408  *after* all calls to categoricals_update */
409 void
410 categoricals_done (const struct categoricals *cat_)
411 {
412   /* Implementation Note: Whilst this function is O(n) in cat->n_cats_total, in most
413      uses it will be more efficient that using a tree based structure, since it
414      is called only once, and means that subsequent lookups will be O(1).
415
416      1 call of O(n) + 10^9 calls of O(1) is better than 10^9 calls of O(log n).
417   */
418   struct categoricals *cat = CONST_CAST (struct categoricals *, cat_);
419   int v;
420   int i;
421   int idx_short = 0;
422   int idx_long = 0;
423   cat->df_sum = 0;
424   cat->n_cats_total = 0;
425
426   /* Calculate the degrees of freedom, and the number of categories */
427   for (i = 0 ; i < cat->n_iap; ++i)
428     {
429       const struct interaction *iact = cat->iap[i].iact;
430
431       cat->iap[i].df = 1;
432       cat->iap[i].n_cats = 1;
433
434       for (v = 0 ; v < iact->n_vars; ++v)
435         {
436           const struct variable *var = iact->vars[v];
437
438           struct variable_node *vn = lookup_variable (&cat->varmap, var, hash_pointer (var, 0));
439
440           cat->iap[i].df *= hmap_count (&vn->valmap) - 1;
441           cat->iap[i].n_cats *= hmap_count (&vn->valmap);
442         }
443
444       cat->df_sum += cat->iap[i].df;
445       cat->n_cats_total += cat->iap[i].n_cats;
446     }
447
448
449   cat->reverse_variable_map_short = pool_calloc (cat->pool,
450                                                  cat->df_sum,
451                                                  sizeof *cat->reverse_variable_map_short);
452
453   cat->reverse_variable_map_long = pool_calloc (cat->pool,
454                                                 cat->n_cats_total,
455                                                 sizeof *cat->reverse_variable_map_long);
456
457   for (i = 0 ; i < cat->n_iap; ++i)
458     {
459       struct interaction_value *ivn = NULL;
460       int x = 0;
461       int ii;
462       struct interact_params *iap = &cat->iap[i];
463
464       iap->base_subscript_short = idx_short;
465       iap->base_subscript_long = idx_long;
466
467       iap->reverse_interaction_value_map = pool_calloc (cat->pool, iap->n_cats,
468                                                         sizeof *iap->reverse_interaction_value_map);
469
470       HMAP_FOR_EACH (ivn, struct interaction_value, node, &iap->ivmap)
471         {
472           iap->reverse_interaction_value_map[x++] = ivn;
473         }
474
475 #if 0
476       /* For some purposes (eg CONTRASTS in ONEWAY) the values need to be sorted */
477       sort (vp->reverse_interaction_value_map, vp->n_cats, sizeof (const struct interaction_value *),
478             compare_value_node, vp);
479 #endif
480
481       /* Populate the reverse variable maps. */
482       for (ii = 0; ii < iap->df; ++ii)
483         cat->reverse_variable_map_short[idx_short++] = i;
484
485       for (ii = 0; ii < iap->n_cats; ++ii)
486         cat->reverse_variable_map_long[idx_long++] = i;
487     }
488
489   assert (cat->n_vars <= cat->n_iap);
490 }
491
492
493 static int
494 reverse_variable_lookup_short (const struct categoricals *cat, int subscript)
495 {
496   assert (cat->reverse_variable_map_short);
497   assert (subscript >= 0);
498   assert (subscript < cat->df_sum);
499
500   return cat->reverse_variable_map_short[subscript];
501 }
502
503 static int
504 reverse_variable_lookup_long (const struct categoricals *cat, int subscript)
505 {
506   printf ("%s\n", __FUNCTION__);
507   assert (cat->reverse_variable_map_long);
508   assert (subscript >= 0);
509   assert (subscript < cat->n_cats_total);
510
511   return cat->reverse_variable_map_long[subscript];
512 }
513
514
515 /* Return the interaction corresponding to SUBSCRIPT */
516 const struct interaction *
517 categoricals_get_interaction_by_subscript (const struct categoricals *cat, int subscript)
518 {
519   int index = reverse_variable_lookup_short (cat, subscript);
520
521   return cat->iap[index].iact;
522 }
523
524
525 /* Return the case corresponding to SUBSCRIPT */
526 static const struct ccase *
527 categoricals_get_case_by_subscript (const struct categoricals *cat, int subscript)
528 {
529   int vindex = reverse_variable_lookup_short (cat, subscript);
530   const struct interact_params *vp = &cat->iap[vindex];
531   const struct interaction_value *vn = vp->reverse_interaction_value_map [subscript - vp->base_subscript_short];
532   return vn->ccase;
533 }
534
535
536 double
537 categoricals_get_weight_by_subscript (const struct categoricals *cat, int subscript)
538 {
539   int vindex = reverse_variable_lookup_short (cat, subscript);
540   const struct interact_params *vp = &cat->iap[vindex];
541
542   return vp->cc;
543 }
544
545 double
546 categoricals_get_sum_by_subscript (const struct categoricals *cat, int subscript)
547 {
548   int vindex = reverse_variable_lookup_short (cat, subscript);
549   const struct interact_params *vp = &cat->iap[vindex];
550
551   const struct interaction_value *iv = vp->reverse_interaction_value_map [subscript - vp->base_subscript_short];
552
553   return iv->cc;
554 }
555
556 /* Returns unity if the value in case C at SUBSCRIPT is equal to the category
557    for that subscript */
558 double
559 categoricals_get_binary_by_subscript (const struct categoricals *cat, int subscript,
560                                       const struct ccase *c)
561 {
562   const struct interaction *iact = categoricals_get_interaction_by_subscript (cat, subscript);
563
564   const struct ccase *c2 =  categoricals_get_case_by_subscript (cat, subscript);
565
566   return interaction_case_equal (iact, c, c2);
567 }
568
569
570 size_t
571 categoricals_get_n_variables (const struct categoricals *cat)
572 {
573   printf ("%s\n", __FUNCTION__);
574   return cat->n_vars;
575 }
576
577
578
579 /* Return a case containing the set of values corresponding to SUBSCRIPT */
580 const struct ccase *
581 categoricals_get_case_by_category (const struct categoricals *cat, int subscript)
582 {
583   int vindex = reverse_variable_lookup_long (cat, subscript);
584   const struct interact_params *vp = &cat->iap[vindex];
585   //  const struct interaction_value *vn = vp->reverse_interaction_value_map [subscript - vp->base_subscript_long];
586
587   //  return vn->ccase;
588   return NULL;
589 }
590
591 void *
592 categoricals_get_user_data_by_category (const struct categoricals *cat, int subscript)
593 {
594   int vindex = reverse_variable_lookup_long (cat, subscript);
595   const struct interact_params *vp = &cat->iap[vindex];
596
597   //const struct value_node *vn = vp->reverse_interaction_value_map [subscript - vp->base_subscript_long];
598   //return vn->user_data;
599   assert (0);
600   return NULL;
601 }