removed src/math/linreg/
[pspp-builds.git] / src / math / linreg / linreg.c
diff --git a/src/math/linreg/linreg.c b/src/math/linreg/linreg.c
deleted file mode 100644 (file)
index 659d6ca..0000000
+++ /dev/null
@@ -1,434 +0,0 @@
-/* PSPP - a program for statistical analysis.
-   Copyright (C) 2005 Free Software Foundation, Inc. 
-
-   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
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-   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
-   GNU General Public License for more details.
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-   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>. */
-
-#include <config.h>
-#include <gsl/gsl_fit.h>
-#include <gsl/gsl_multifit.h>
-
-#include <gsl/gsl_blas.h>
-#include <gsl/gsl_cblas.h>
-
-
-
-/*
-  Find the least-squares estimate of b for the linear model:
-
-  Y = Xb + Z
-
-  where Y is an n-by-1 column vector, X is an n-by-p matrix of
-  independent variables, b is a p-by-1 vector of regression coefficients,
-  and Z is an n-by-1 normally-distributed random vector with independent
-  identically distributed components with mean 0.
-
-  This estimate is found via the sweep operator or singular-value
-  decomposition with gsl.
-
-
-  References:
-
-  1. Matrix Computations, third edition. GH Golub and CF Van Loan.
-  The Johns Hopkins University Press. 1996. ISBN 0-8018-5414-8.
-
-  2. Numerical Analysis for Statisticians. K Lange. Springer. 1999.
-  ISBN 0-387-94979-8.
-
-  3. Numerical Linear Algebra for Applications in Statistics. JE Gentle.
-  Springer. 1998. ISBN 0-387-98542-5.
-*/
-
-#include <math/linreg/linreg.h>
-#include <math/coefficient.h>
-#include <gsl/gsl_errno.h>
-#include <linreg/sweep.h>
-/*
-  Get the mean and standard deviation of a vector
-  of doubles via a form of the Kalman filter as
-  described on page 32 of [3].
- */
-static int
-linreg_mean_std (gsl_vector_const_view v, double *mp, double *sp, double *ssp)
-{
-  size_t i;
-  double j = 0.0;
-  double d;
-  double tmp;
-  double mean;
-  double variance;
-
-  mean = gsl_vector_get (&v.vector, 0);
-  variance = 0;
-  for (i = 1; i < v.vector.size; i++)
-    {
-      j = (double) i + 1.0;
-      tmp = gsl_vector_get (&v.vector, i);
-      d = (tmp - mean) / j;
-      mean += d;
-      variance += j * (j - 1.0) * d * d;
-    }
-  *mp = mean;
-  *sp = sqrt (variance / (j - 1.0));
-  *ssp = variance;
-
-  return GSL_SUCCESS;
-}
-
-/*
-  Set V to contain an array of pointers to the variables
-  used in the model. V must be at least C->N_COEFFS in length.
-  The return value is the number of distinct variables found.
- */
-int
-pspp_linreg_get_vars (const void *c_, const struct variable **v)
-{
-  const pspp_linreg_cache *c = c_;
-  const struct variable *tmp;
-  int i;
-  int j;
-  int result = 0;
-
-  /*
-     Make sure the caller doesn't try to sneak a variable
-     into V that is not in the model.
-   */
-  for (i = 0; i < c->n_coeffs; i++)
-    {
-      v[i] = NULL;
-    }
-  for (j = 0; j < c->n_coeffs; j++)
-    {
-      tmp = pspp_coeff_get_var (c->coeff[j], 0);
-      assert (tmp != NULL);
-      /* Repeated variables are likely to bunch together, at the end
-         of the array. */
-      i = result - 1;
-      while (i >= 0 && v[i] != tmp)
-       {
-         i--;
-       }
-      if (i < 0 && result < c->n_coeffs)
-       {
-         v[result] = tmp;
-         result++;
-       }
-    }
-  return result;
-}
-
-/*
-  Allocate a pspp_linreg_cache and return a pointer
-  to it. n is the number of cases, p is the number of
-  independent variables.
- */
-pspp_linreg_cache *
-pspp_linreg_cache_alloc (size_t n, size_t p)
-{
-  pspp_linreg_cache *c;
-
-  c = (pspp_linreg_cache *) malloc (sizeof (pspp_linreg_cache));
-  c->depvar = NULL;
-  c->indep_means = gsl_vector_alloc (p);
-  c->indep_std = gsl_vector_alloc (p);
-  c->ssx = gsl_vector_alloc (p);       /* Sums of squares for the
-                                          independent variables.
-                                        */
-  c->ss_indeps = gsl_vector_alloc (p); /* Sums of squares for the
-                                          model parameters.
-                                        */
-  c->cov = gsl_matrix_alloc (p + 1, p + 1);    /* Covariance matrix. */
-  c->n_obs = n;
-  c->n_indeps = p;
-  /*
-     Default settings.
-   */
-  c->method = PSPP_LINREG_SWEEP;
-  c->predict = pspp_linreg_predict;
-  c->residual = pspp_linreg_residual;  /* The procedure to compute my
-                                          residuals. */
-  c->get_vars = pspp_linreg_get_vars;  /* The procedure that returns
-                                          pointers to model
-                                          variables. */
-  c->resid = NULL;             /* The variable storing my residuals. */
-  c->pred = NULL;              /* The variable storing my predicted values. */
-
-  return c;
-}
-
-bool
-pspp_linreg_cache_free (void *m)
-{
-  int i;
-
-  pspp_linreg_cache *c = m;
-  if (c != NULL)
-    {
-      gsl_vector_free (c->indep_means);
-      gsl_vector_free (c->indep_std);
-      gsl_vector_free (c->ss_indeps);
-      gsl_matrix_free (c->cov);
-      gsl_vector_free (c->ssx);
-      for (i = 0; i < c->n_coeffs; i++)
-       {
-         pspp_coeff_free (c->coeff[i]);
-       }
-      free (c->coeff);
-      free (c);
-    }
-  return true;
-}
-
-/*
-  Fit the linear model via least squares. All pointers passed to pspp_linreg
-  are assumed to be allocated to the correct size and initialized to the
-  values as indicated by opts.
- */
-int
-pspp_linreg (const gsl_vector * Y, const gsl_matrix * X,
-            const pspp_linreg_opts * opts, pspp_linreg_cache * cache)
-{
-  int rc;
-  gsl_matrix *design = NULL;
-  gsl_matrix_view xtx;
-  gsl_matrix_view xm;
-  gsl_matrix_view xmxtx;
-  gsl_vector_view xty;
-  gsl_vector_view xi;
-  gsl_vector_view xj;
-  gsl_vector *param_estimates;
-
-  size_t i;
-  size_t j;
-  double tmp;
-  double m;
-  double s;
-  double ss;
-
-  if (cache == NULL)
-    {
-      return GSL_EFAULT;
-    }
-  if (opts->get_depvar_mean_std)
-    {
-      linreg_mean_std (gsl_vector_const_subvector (Y, 0, Y->size),
-                      &m, &s, &ss);
-      cache->depvar_mean = m;
-      cache->depvar_std = s;
-      cache->sst = ss;
-    }
-  for (i = 0; i < cache->n_indeps; i++)
-    {
-      if (opts->get_indep_mean_std[i])
-       {
-         linreg_mean_std (gsl_matrix_const_column (X, i), &m, &s, &ss);
-         gsl_vector_set (cache->indep_means, i, m);
-         gsl_vector_set (cache->indep_std, i, s);
-         gsl_vector_set (cache->ssx, i, ss);
-       }
-    }
-  cache->dft = cache->n_obs - 1;
-  cache->dfm = cache->n_indeps;
-  cache->dfe = cache->dft - cache->dfm;
-  cache->n_coeffs = X->size2;
-  cache->intercept = 0.0;
-
-  if (cache->method == PSPP_LINREG_SWEEP)
-    {
-      gsl_matrix *sw;
-      /*
-         Subtract the means to improve the condition of the design
-         matrix. This requires copying X and Y. We do not divide by the
-         standard deviations of the independent variables here since doing
-         so would cause a miscalculation of the residual sums of
-         squares. Dividing by the standard deviation is done GSL's linear
-         regression functions, so if the design matrix has a poor
-         condition, use QR decomposition.
-
-         The design matrix here does not include a column for the intercept
-         (i.e., a column of 1's). If using PSPP_LINREG_QR, we need that column,
-         so design is allocated here when sweeping, or below if using QR.
-       */
-      design = gsl_matrix_alloc (X->size1, X->size2);
-      for (i = 0; i < X->size2; i++)
-       {
-         m = gsl_vector_get (cache->indep_means, i);
-         for (j = 0; j < X->size1; j++)
-           {
-             tmp = (gsl_matrix_get (X, j, i) - m);
-             gsl_matrix_set (design, j, i, tmp);
-           }
-       }
-      sw = gsl_matrix_calloc (cache->n_indeps + 1, cache->n_indeps + 1);
-      xtx = gsl_matrix_submatrix (sw, 0, 0, cache->n_indeps, cache->n_indeps);
-
-      for (i = 0; i < xtx.matrix.size1; i++)
-       {
-         tmp = gsl_vector_get (cache->ssx, i);
-         gsl_matrix_set (&(xtx.matrix), i, i, tmp);
-         xi = gsl_matrix_column (design, i);
-         for (j = (i + 1); j < xtx.matrix.size2; j++)
-           {
-             xj = gsl_matrix_column (design, j);
-             gsl_blas_ddot (&(xi.vector), &(xj.vector), &tmp);
-             gsl_matrix_set (&(xtx.matrix), i, j, tmp);
-           }
-       }
-
-      gsl_matrix_set (sw, cache->n_indeps, cache->n_indeps, cache->sst);
-      xty = gsl_matrix_column (sw, cache->n_indeps);
-      /*
-         This loop starts at 1, with i=0 outside the loop, so we can get
-         the model sum of squares due to the first independent variable.
-       */
-      xi = gsl_matrix_column (design, 0);
-      gsl_blas_ddot (&(xi.vector), Y, &tmp);
-      gsl_vector_set (&(xty.vector), 0, tmp);
-      tmp *= tmp / gsl_vector_get (cache->ssx, 0);
-      gsl_vector_set (cache->ss_indeps, 0, tmp);
-      for (i = 1; i < cache->n_indeps; i++)
-       {
-         xi = gsl_matrix_column (design, i);
-         gsl_blas_ddot (&(xi.vector), Y, &tmp);
-         gsl_vector_set (&(xty.vector), i, tmp);
-       }
-
-      /*
-         Sweep on the matrix sw, which contains XtX, XtY and YtY.
-       */
-      reg_sweep (sw);
-      cache->sse = gsl_matrix_get (sw, cache->n_indeps, cache->n_indeps);
-      cache->mse = cache->sse / cache->dfe;
-      /*
-         Get the intercept.
-       */
-      m = cache->depvar_mean;
-      for (i = 0; i < cache->n_indeps; i++)
-       {
-         tmp = gsl_matrix_get (sw, i, cache->n_indeps);
-         cache->coeff[i]->estimate = tmp;
-         m -= tmp * gsl_vector_get (cache->indep_means, i);
-       }
-      /*
-         Get the covariance matrix of the parameter estimates.
-         Only the upper triangle is necessary.
-       */
-
-      /*
-         The loops below do not compute the entries related
-         to the estimated intercept.
-       */
-      for (i = 0; i < cache->n_indeps; i++)
-       for (j = i; j < cache->n_indeps; j++)
-         {
-           tmp = -1.0 * cache->mse * gsl_matrix_get (sw, i, j);
-           gsl_matrix_set (cache->cov, i + 1, j + 1, tmp);
-         }
-      /*
-         Get the covariances related to the intercept.
-       */
-      xtx = gsl_matrix_submatrix (sw, 0, 0, cache->n_indeps, cache->n_indeps);
-      xmxtx = gsl_matrix_submatrix (cache->cov, 0, 1, 1, cache->n_indeps);
-      xm = gsl_matrix_view_vector (cache->indep_means, 1, cache->n_indeps);
-      rc = gsl_blas_dsymm (CblasRight, CblasUpper, cache->mse,
-                          &xtx.matrix, &xm.matrix, 0.0, &xmxtx.matrix);
-      if (rc == GSL_SUCCESS)
-       {
-         tmp = cache->mse / cache->n_obs;
-         for (i = 1; i < 1 + cache->n_indeps; i++)
-           {
-             tmp -= gsl_matrix_get (cache->cov, 0, i)
-               * gsl_vector_get (cache->indep_means, i - 1);
-           }
-         gsl_matrix_set (cache->cov, 0, 0, tmp);
-
-         cache->intercept = m;
-       }
-      else
-       {
-         fprintf (stderr, "%s:%d:gsl_blas_dsymm: %s\n",
-                  __FILE__, __LINE__, gsl_strerror (rc));
-         exit (rc);
-       }
-      gsl_matrix_free (sw);
-    }
-  else if (cache->method == PSPP_LINREG_CONDITIONAL_INVERSE)
-    {
-      /*
-       Use the SVD of X^T X to find a conditional inverse of X^TX. If
-       the SVD is X^T X = U D V^T, then set the conditional inverse
-       to (X^T X)^c = V D^- U^T. D^- is defined as follows: If entry
-       (i, i) has value sigma_i, then entry (i, i) of D^- is 1 /
-       sigma_i if sigma_i > 0, and 0 otherwise. Then solve the normal
-       equations by setting the estimated parameter vector to 
-       (X^TX)^c X^T Y.
-       */
-    }
-  else
-    {
-      gsl_multifit_linear_workspace *wk;
-      /*
-         Use QR decomposition via GSL.
-       */
-
-      param_estimates = gsl_vector_alloc (1 + X->size2);
-      design = gsl_matrix_alloc (X->size1, 1 + X->size2);
-
-      for (j = 0; j < X->size1; j++)
-       {
-         gsl_matrix_set (design, j, 0, 1.0);
-         for (i = 0; i < X->size2; i++)
-           {
-             tmp = gsl_matrix_get (X, j, i);
-             gsl_matrix_set (design, j, i + 1, tmp);
-           }
-       }
-
-      wk = gsl_multifit_linear_alloc (design->size1, design->size2);
-      rc = gsl_multifit_linear (design, Y, param_estimates,
-                               cache->cov, &(cache->sse), wk);
-      for (i = 0; i < cache->n_coeffs; i++)
-       {
-         cache->coeff[i]->estimate = gsl_vector_get (param_estimates, i + 1);
-       }
-      cache->intercept = gsl_vector_get (param_estimates, 0);
-      if (rc == GSL_SUCCESS)
-       {
-         gsl_multifit_linear_free (wk);
-         gsl_vector_free (param_estimates);
-       }
-      else
-       {
-         fprintf (stderr, "%s:%d: gsl_multifit_linear returned %d\n",
-                  __FILE__, __LINE__, rc);
-       }
-    }
-
-
-  cache->ssm = cache->sst - cache->sse;
-  /*
-     Get the remaining sums of squares for the independent
-     variables.
-   */
-  m = 0;
-  for (i = 1; i < cache->n_indeps; i++)
-    {
-      j = i - 1;
-      m += gsl_vector_get (cache->ss_indeps, j);
-      tmp = cache->ssm - m;
-      gsl_vector_set (cache->ss_indeps, i, tmp);
-    }
-
-  gsl_matrix_free (design);
-  return GSL_SUCCESS;
-}