output: Introduce pivot tables.
[pspp] / src / language / stats / correlations.c
index 4899fd039b8959efde0baa06edea851305f2cfac..826a640a8e99a6956cf069baaf35da4c17dc3fd7 100644 (file)
@@ -1,5 +1,5 @@
 /* PSPP - a program for statistical analysis.
-   Copyright (C) 2009 Free Software Foundation, Inc.
+   Copyright (C) 2009, 2010, 2011 Free Software Foundation, Inc.
 
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    it under the terms of the GNU General Public License as published by
 
 #include <config.h>
 
-#include <math/design-matrix.h>
+#include <gsl/gsl_cdf.h>
 #include <gsl/gsl_matrix.h>
-#include <data/casegrouper.h>
-#include <data/casereader.h>
-#include <data/dictionary.h>
-#include <data/procedure.h>
-#include <data/variable.h>
-#include <language/command.h>
-#include <language/dictionary/split-file.h>
-#include <language/lexer/lexer.h>
-#include <language/lexer/variable-parser.h>
-#include <output/manager.h>
-#include <output/table.h>
-#include <libpspp/message.h>
-#include <data/format.h>
-
 #include <math.h>
-#include "xalloc.h"
-#include "minmax.h"
-#include <libpspp/misc.h>
-#include <gsl/gsl_cdf.h>
+
+#include "data/casegrouper.h"
+#include "data/casereader.h"
+#include "data/dataset.h"
+#include "data/dictionary.h"
+#include "data/format.h"
+#include "data/variable.h"
+#include "language/command.h"
+#include "language/dictionary/split-file.h"
+#include "language/lexer/lexer.h"
+#include "language/lexer/variable-parser.h"
+#include "libpspp/assertion.h"
+#include "libpspp/message.h"
+#include "libpspp/misc.h"
+#include "math/correlation.h"
+#include "math/covariance.h"
+#include "math/moments.h"
+#include "output/pivot-table.h"
+
+#include "gl/xalloc.h"
+#include "gl/minmax.h"
 
 #include "gettext.h"
 #define _(msgid) gettext (msgid)
 #define N_(msgid) msgid
 
-/* Returns the correlation matrix corresponding to the covariance
-matrix COV.  The return value must be freed with gsl_matrix_free
-when no longer required.
-*/
-static gsl_matrix *
-covariance_to_correlation (const gsl_matrix *cov)
-{
-  size_t r, c;
-  gsl_matrix *corr = gsl_matrix_alloc (cov->size1, cov->size2);
-
-  for (r = 0 ; r < cov->size1; ++r)
-    {
-      for (c = 0 ; c < cov->size2 ; ++c)
-       {
-         double x = gsl_matrix_get (cov, r, c);
-         x /= sqrt (gsl_matrix_get (cov, r, r)
-           * gsl_matrix_get (cov, c, c) );
-         gsl_matrix_set (corr, r, c, x);
-       }
-    }
-
-  return corr;
-}
-
-static double
-significance_of_correlation (double rho, double w)
-{
-  double t = w - 2;
-  t /= 1 - MIN (1, pow2 (rho));
-  t = sqrt (t);
-  t *= rho;
-  
-  if (t > 0)
-    return  gsl_cdf_tdist_Q (t, w - 2);
-  else
-    return  gsl_cdf_tdist_P (t, w - 2);
-}
-
 
 struct corr
 {
@@ -97,6 +62,13 @@ enum corr_missing_type
     CORR_LISTWISE        /* Discard entire case if any variable is missing. */
   };
 
+enum stats_opts
+  {
+    STATS_DESCRIPTIVES = 0x01,
+    STATS_XPROD = 0x02,
+    STATS_ALL = STATS_XPROD | STATS_DESCRIPTIVES
+  };
+
 struct corr_opts
 {
   enum corr_missing_type missing_type;
@@ -104,129 +76,189 @@ struct corr_opts
 
   bool sig;   /* Flag significant values or not */
   int tails;  /* Report significance with how many tails ? */
+  enum stats_opts statistics;
 
   const struct variable *wv;  /* The weight variable (if any) */
 };
 
 
 static void
-output_correlation (const struct corr *corr, const struct corr_opts *opts,
-                   const gsl_matrix *cm, const gsl_matrix *samples)
+output_descriptives (const struct corr *corr, const struct corr_opts *opts,
+                     const gsl_matrix *means,
+                    const gsl_matrix *vars, const gsl_matrix *ns)
 {
-  int r, c;
-  struct tab_table *t;
-  int matrix_cols;
-  int nr = corr->n_vars1;
-  int nc = matrix_cols = corr->n_vars_total > corr->n_vars1 ?
-    corr->n_vars_total - corr->n_vars1 : corr->n_vars1;
-
-  const struct fmt_spec *wfmt = opts->wv ? var_get_print_format (opts->wv) : & F_8_0;
+  struct pivot_table *table = pivot_table_create (
+    N_("Descriptive Statistics"));
+  pivot_table_set_weight_var (table, opts->wv);
 
-  const int heading_columns = 2;
-  const int heading_rows = 1;
+  pivot_dimension_create (table, PIVOT_AXIS_COLUMN, N_("Statistics"),
+                          N_("Mean"), PIVOT_RC_OTHER,
+                          N_("Std. Deviation"), PIVOT_RC_OTHER,
+                          N_("N"), PIVOT_RC_COUNT);
 
-  const int rows_per_variable = opts->missing_type == CORR_LISTWISE ? 2 : 3;
+  struct pivot_dimension *variables = pivot_dimension_create (
+    table, PIVOT_AXIS_ROW, N_("Variable"));
 
-  /* Two header columns */
-  nc += heading_columns;
+  for (size_t r = 0 ; r < corr->n_vars_total ; ++r)
+    {
+      const struct variable *v = corr->vars[r];
+
+      int row = pivot_category_create_leaf (variables->root,
+                                            pivot_value_new_variable (v));
+
+      double mean = gsl_matrix_get (means, r, 0);
+      /* Here we want to display the non-biased estimator */
+      double n = gsl_matrix_get (ns, r, 0);
+      double stddev = sqrt (gsl_matrix_get (vars, r, 0) * n / (n - 1));
+      double entries[] = { mean, stddev, n };
+      for (size_t i = 0; i < sizeof entries / sizeof *entries; i++)
+        pivot_table_put2 (table, i, row, pivot_value_new_number (entries[i]));
+    }
 
-  /* Three data per variable */
-  nr *= rows_per_variable;
+  pivot_table_submit (table);
+}
 
-  /* One header row */
-  nr += heading_rows;
+static void
+output_correlation (const struct corr *corr, const struct corr_opts *opts,
+                   const gsl_matrix *cm, const gsl_matrix *samples,
+                   const gsl_matrix *cv)
+{
+  struct pivot_table *table = pivot_table_create (N_("Correlations"));
+  pivot_table_set_weight_var (table, opts->wv);
 
-  t = tab_create (nc, nr, 0);
-  tab_title (t, _("Correlations"));
-  tab_dim (t, tab_natural_dimensions, NULL);
+  /* Column variable dimension. */
+  struct pivot_dimension *columns = pivot_dimension_create (
+    table, PIVOT_AXIS_COLUMN, N_("Variables"));
 
-  tab_headers (t, heading_columns, 0, heading_rows, 0);
+  int matrix_cols = (corr->n_vars_total > corr->n_vars1
+                     ? corr->n_vars_total - corr->n_vars1
+                     : corr->n_vars1);
+  for (int c = 0; c < matrix_cols; c++)
+    {
+      const struct variable *v = corr->n_vars_total > corr->n_vars1 ?
+       corr->vars[corr->n_vars1 + c] : corr->vars[c];
+      pivot_category_create_leaf (columns->root, pivot_value_new_variable (v));
+    }
 
-  /* Outline the box */
-  tab_box (t,
-          TAL_2, TAL_2,
-          -1, -1,
-          0, 0,
-          nc - 1, nr - 1);
+  /* Statistics dimension. */
+  struct pivot_dimension *statistics = pivot_dimension_create (
+    table, PIVOT_AXIS_ROW, N_("Statistics"),
+    N_("Pearson Correlation"), PIVOT_RC_CORRELATION,
+    opts->tails == 2 ? N_("Sig. (2-tailed)") : N_("Sig. (1-tailed)"),
+    PIVOT_RC_SIGNIFICANCE);
 
-  /* Vertical lines */
-  tab_box (t,
-          -1, -1,
-          -1, TAL_1,
-          heading_columns, 0,
-          nc - 1, nr - 1);
+  if (opts->statistics & STATS_XPROD)
+    pivot_category_create_leaves (statistics->root, N_("Cross-products"),
+                                  N_("Covariance"));
 
-  tab_vline (t, TAL_2, heading_columns, 0, nr - 1);
-  tab_vline (t, TAL_1, 1, heading_rows, nr - 1);
+  if (opts->missing_type != CORR_LISTWISE)
+    pivot_category_create_leaves (statistics->root, N_("N"), PIVOT_RC_COUNT);
 
-  for (r = 0 ; r < corr->n_vars1 ; ++r)
-    {
-      tab_text (t, 0, 1 + r * rows_per_variable, TAB_LEFT | TAT_TITLE, 
-               var_to_string (corr->vars[r]));
-
-      tab_text (t, 1, 1 + r * rows_per_variable, TAB_LEFT | TAT_TITLE, _("Pearson Correlation"));
-      tab_text (t, 1, 2 + r * rows_per_variable, TAB_LEFT | TAT_TITLE, 
-               (opts->tails == 2) ? _("Sig. (2-tailed)") : _("Sig. (1-tailed)"));
-      if ( opts->missing_type != CORR_LISTWISE )
-       tab_text (t, 1, 3 + r * rows_per_variable, TAB_LEFT | TAT_TITLE, _("N"));
-      tab_hline (t, TAL_1, 0, nc - 1, r * rows_per_variable + 1);
-    }
+  /* Row variable dimension. */
+  struct pivot_dimension *rows = pivot_dimension_create (
+    table, PIVOT_AXIS_ROW, N_("Variables"));
+  for (size_t r = 0; r < corr->n_vars1; r++)
+    pivot_category_create_leaf (rows->root,
+                                pivot_value_new_variable (corr->vars[r]));
 
-  for (c = 0 ; c < matrix_cols ; ++c)
-    {
-      const struct variable *v = corr->n_vars_total > corr->n_vars1 ? corr->vars[corr->n_vars_total - corr->n_vars1 + c] : corr->vars[c];
-      tab_text (t, heading_columns + c, 0, TAB_LEFT | TAT_TITLE, var_to_string (v));      
-    }
+  struct pivot_footnote *sig_footnote = pivot_table_create_footnote (
+    table, pivot_value_new_text (N_("Significant at .05 level")));
 
-  for (r = 0 ; r < corr->n_vars1 ; ++r)
-    {
-      const int row = r * rows_per_variable + heading_rows;
-      for (c = 0 ; c < matrix_cols ; ++c)
-       {
-         unsigned char flags = 0; 
-         int col_index = corr->n_vars_total - corr->n_vars1 + c;
-         double pearson = gsl_matrix_get (cm, r, col_index);
-         double w = gsl_matrix_get (samples, r, col_index);
-         double sig = opts->tails * significance_of_correlation (pearson, w);
-
-         if ( opts->missing_type != CORR_LISTWISE )
-           tab_double (t, c + heading_columns, row + 2, 0, w, wfmt);
-
-         if ( c != r)
-           tab_double (t, c + heading_columns, row + 1, 0,  sig, NULL);
-
-         if ( opts->sig && c != r && sig < 0.05)
-           flags = TAB_EMPH;
-         
-         tab_double (t, c + heading_columns, row, flags, pearson, NULL);
-       }
-    }
+  for (int r = 0; r < corr->n_vars1; r++)
+    for (int c = 0; c < matrix_cols; c++)
+      {
+        const int col_index = (corr->n_vars_total > corr->n_vars1
+                               ? corr->n_vars1 + c
+                               : c);
+        double pearson = gsl_matrix_get (cm, r, col_index);
+        double w = gsl_matrix_get (samples, r, col_index);
+        double sig = opts->tails * significance_of_correlation (pearson, w);
+
+        double entries[5];
+        int n = 0;
+        entries[n++] = pearson;
+        entries[n++] = col_index != r ? sig : SYSMIS;
+        if (opts->statistics & STATS_XPROD)
+          {
+            double cov = gsl_matrix_get (cv, r, col_index);
+            const double xprod_dev = cov * w;
+            cov *= w / (w - 1.0);
+
+            entries[n++] = xprod_dev;
+            entries[n++] = cov;
+          }
+        if (opts->missing_type != CORR_LISTWISE)
+          entries[n++] = w;
+
+        for (int i = 0; i < n; i++)
+          if (entries[i] != SYSMIS)
+            {
+              struct pivot_value *v = pivot_value_new_number (entries[i]);
+              if (!i && opts->sig && col_index != r && sig < 0.05)
+                pivot_value_add_footnote (v, sig_footnote);
+              pivot_table_put3 (table, c, i, r, v);
+            }
+      }
 
-  tab_submit (t);
+  pivot_table_submit (table);
 }
 
+
 static void
 run_corr (struct casereader *r, const struct corr_opts *opts, const struct corr *corr)
 {
   struct ccase *c;
-  const struct design_matrix *cov_matrix;
-  const gsl_matrix *samples_matrix;
-
+  const gsl_matrix *var_matrix,  *samples_matrix, *mean_matrix;
+  gsl_matrix *cov_matrix = NULL;
+  gsl_matrix *corr_matrix = NULL;
+  struct covariance *cov = covariance_2pass_create (corr->n_vars_total, corr->vars,
+                                                   NULL,
+                                                   opts->wv, opts->exclude,
+                                                   true);
+
+  struct casereader *rc = casereader_clone (r);
   for ( ; (c = casereader_read (r) ); case_unref (c))
     {
+      covariance_accumulate_pass1 (cov, c);
+    }
+
+  for ( ; (c = casereader_read (rc) ); case_unref (c))
+    {
+      covariance_accumulate_pass2 (cov, c);
+    }
+  casereader_destroy (rc);
 
+  cov_matrix = covariance_calculate (cov);
+  if (! cov_matrix)
+    {
+      msg (SE, _("The data for the chosen variables are all missing or empty."));
+      goto error;
     }
 
+  samples_matrix = covariance_moments (cov, MOMENT_NONE);
+  var_matrix = covariance_moments (cov, MOMENT_VARIANCE);
+  mean_matrix = covariance_moments (cov, MOMENT_MEAN);
 
-  output_correlation (corr, opts,
-                     covariance_to_correlation (cov_matrix->m),
-                     samples_matrix );
+  corr_matrix = correlation_from_covariance (cov_matrix, var_matrix);
+
+  if ( opts->statistics & STATS_DESCRIPTIVES)
+    output_descriptives (corr, opts, mean_matrix, var_matrix, samples_matrix);
+
+  output_correlation (corr, opts, corr_matrix,
+                     samples_matrix, cov_matrix);
+
+ error:
+  covariance_destroy (cov);
+  gsl_matrix_free (corr_matrix);
+  gsl_matrix_free (cov_matrix);
 }
 
 int
 cmd_correlation (struct lexer *lexer, struct dataset *ds)
 {
+  int i;
   int n_all_vars = 0; /* Total number of variables involved in this command */
+  const struct variable **all_vars ;
   const struct dictionary *dict = dataset_dict (ds);
   bool ok = true;
 
@@ -242,15 +274,16 @@ cmd_correlation (struct lexer *lexer, struct dataset *ds)
   opts.tails = 2;
   opts.sig = false;
   opts.exclude = MV_ANY;
+  opts.statistics = 0;
 
   /* Parse CORRELATIONS. */
-  while (lex_token (lexer) != '.')
+  while (lex_token (lexer) != T_ENDCMD)
     {
-      lex_match (lexer, '/');
+      lex_match (lexer, T_SLASH);
       if (lex_match_id (lexer, "MISSING"))
         {
-          lex_match (lexer, '=');
-          while (lex_token (lexer) != '.' && lex_token (lexer) != '/')
+          lex_match (lexer, T_EQUALS);
+          while (lex_token (lexer) != T_ENDCMD && lex_token (lexer) != T_SLASH)
             {
               if (lex_match_id (lexer, "PAIRWISE"))
                 opts.missing_type = CORR_PAIRWISE;
@@ -266,13 +299,13 @@ cmd_correlation (struct lexer *lexer, struct dataset *ds)
                   lex_error (lexer, NULL);
                   goto error;
                 }
-              lex_match (lexer, ',');
+              lex_match (lexer, T_COMMA);
             }
         }
       else if (lex_match_id (lexer, "PRINT"))
        {
-          lex_match (lexer, '=');
-          while (lex_token (lexer) != '.' && lex_token (lexer) != '/')
+          lex_match (lexer, T_EQUALS);
+          while (lex_token (lexer) != T_ENDCMD && lex_token (lexer) != T_SLASH)
            {
              if ( lex_match_id (lexer, "TWOTAIL"))
                opts.tails = 2;
@@ -288,20 +321,43 @@ cmd_correlation (struct lexer *lexer, struct dataset *ds)
                  goto error;
                }
 
-              lex_match (lexer, ',');
+              lex_match (lexer, T_COMMA);
+           }
+       }
+      else if (lex_match_id (lexer, "STATISTICS"))
+       {
+         lex_match (lexer, T_EQUALS);
+          while (lex_token (lexer) != T_ENDCMD && lex_token (lexer) != T_SLASH)
+           {
+             if ( lex_match_id (lexer, "DESCRIPTIVES"))
+               opts.statistics = STATS_DESCRIPTIVES;
+             else if (lex_match_id (lexer, "XPROD"))
+               opts.statistics = STATS_XPROD;
+             else if (lex_token (lexer) == T_ALL)
+               {
+                 opts.statistics = STATS_ALL;
+                 lex_get (lexer);
+               }
+             else
+               {
+                 lex_error (lexer, NULL);
+                 goto error;
+               }
+
+              lex_match (lexer, T_COMMA);
            }
        }
       else
        {
          if (lex_match_id (lexer, "VARIABLES"))
            {
-             lex_match (lexer, '=');
+             lex_match (lexer, T_EQUALS);
            }
 
          corr = xrealloc (corr, sizeof (*corr) * (n_corrs + 1));
          corr[n_corrs].n_vars_total = corr[n_corrs].n_vars1 = 0;
-      
-         if ( ! parse_variables_const (lexer, dict, &corr[n_corrs].vars, 
+
+         if ( ! parse_variables_const (lexer, dict, &corr[n_corrs].vars,
                                        &corr[n_corrs].n_vars_total,
                                        PV_NUMERIC))
            {
@@ -336,8 +392,7 @@ cmd_correlation (struct lexer *lexer, struct dataset *ds)
     }
 
 
-  const struct variable **all_vars = xmalloc (sizeof (*all_vars) * n_all_vars);
-  int i;
+  all_vars = xmalloc (sizeof (*all_vars) * n_all_vars);
 
   {
     /* FIXME:  Using a hash here would make more sense */
@@ -365,6 +420,7 @@ cmd_correlation (struct lexer *lexer, struct dataset *ds)
            r = casereader_create_filter_missing (r, all_vars, n_all_vars,
                                                  opts.exclude, NULL, NULL);
 
+
          run_corr (r, &opts,  &corr[i]);
          casereader_destroy (r);
        }
@@ -378,10 +434,14 @@ cmd_correlation (struct lexer *lexer, struct dataset *ds)
 
 
   /* Done. */
+  free (corr->vars);
   free (corr);
+
   return ok ? CMD_SUCCESS : CMD_CASCADING_FAILURE;
 
  error:
+  if (corr)
+    free (corr->vars);
   free (corr);
   return CMD_FAILURE;
 }