linreg.c: Fix typo
[pspp] / src / math / linreg.c
index a01158b50b79ae49b654b6d878404700b1dc878c..600262f6fbbddabdec66c0561ce94bd29eaa76fd 100644 (file)
@@ -1,5 +1,5 @@
 /* PSPP - a program for statistical analysis.
-   Copyright (C) 2005 Free Software Foundation, Inc. 
+   Copyright (C) 2005, 2010, 2011, 2017 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
    along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>. */
 
 #include <config.h>
+
+#include "math/linreg.h"
+
 #include <gsl/gsl_blas.h>
 #include <gsl/gsl_cblas.h>
 #include <gsl/gsl_errno.h>
 #include <gsl/gsl_fit.h>
+#include <gsl/gsl_linalg.h>
 #include <gsl/gsl_multifit.h>
-#include <linreg/sweep.h>
-#include <math/coefficient.h>
-#include <math/linreg.h>
-#include <math/coefficient.h>
-#include <math/covariance-matrix.h>
-#include <math/design-matrix.h>
-#include <src/data/category.h>
-#include <src/data/variable.h>
-#include <src/data/value.h>
-#include <gl/xalloc.h>
+
+#include "data/value.h"
+#include "data/variable.h"
+#include "linreg/sweep.h"
+
+#include "gl/xalloc.h"
 
 /*
   Find the least-squares estimate of b for the linear model:
   Springer. 1998. ISBN 0-387-98542-5.
 */
 
-
-/*
-  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)
+struct linreg
 {
-  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;
+  double n_obs;                        /* Number of observations. */
+  int n_indeps;                        /* Number of independent variables. */
+  int n_coeffs;                 /* The intercept is not considered a
+                                  coefficient here. */
 
-  return GSL_SUCCESS;
-}
+  /*
+    Pointers to the variables.
+   */
+  const struct variable *depvar;
+  const struct variable **indep_vars;
 
-/*
-  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;
+  double *coeff;
+  double intercept;
+  /*
+     Means and standard deviations of the variables.
+     If these pointers are null when pspp_linreg() is
+     called, pspp_linreg() will compute their values.
+
+     Entry i of indep_means is the mean of independent
+     variable i, whose observations are stored in the ith
+     column of the design matrix.
+   */
+  double depvar_mean;
+  gsl_vector *indep_means;
+  gsl_vector *indep_std;
 
   /*
-     Make sure the caller doesn't try to sneak a variable
-     into V that is not in the model.
+     Sums of squares.
    */
-  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;
+  double ssm;                  /* Sums of squares for the overall model. */
+  double sst;                  /* Sum of squares total. */
+  double sse;                  /* Sum of squares error. */
+  double mse;                  /* Mean squared error. This is just sse /
+                                  dfe, but since it is the best unbiased
+                                  estimate of the population variance, it
+                                  has its own entry here. */
+  /*
+     Covariance matrix of the parameter estimates.
+   */
+  gsl_matrix *cov;
+  /*
+     Degrees of freedom.
+   */
+  double dft;
+  double dfe;
+  double dfm;
+
+  int dependent_column; /* Column containing the dependent variable. Defaults to last column. */
+  int refcnt;
+
+  bool origin;
+};
+
+const struct variable **
+linreg_get_vars (const struct linreg *c)
+{
+  return c->indep_vars;
 }
 
 /*
-  Allocate a pspp_linreg_cache and return a pointer
-  to it. n is the number of cases, p is the number of
-  independent variables.
+  Allocate a linreg 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)
+struct linreg *
+linreg_alloc (const struct variable *depvar, const struct variable **indep_vars,
+             double n, size_t p, bool origin)
 {
-  pspp_linreg_cache *c;
+  struct linreg *c;
+  size_t i;
 
-  c = (pspp_linreg_cache *) malloc (sizeof (pspp_linreg_cache));
-  c->depvar = NULL;
+  c = xmalloc (sizeof (*c));
+  c->depvar = depvar;
+  c->indep_vars = xnmalloc (p, sizeof (*indep_vars));
+  c->dependent_column = p;
+  for (i = 0; i < p; i++)
+    {
+      c->indep_vars[i] = indep_vars[i];
+    }
   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;
+  c->n_coeffs = p;
+  c->coeff = xnmalloc (p, sizeof (*c->coeff));
+  c->cov = gsl_matrix_calloc (c->n_coeffs + 1, c->n_coeffs + 1);
+  c->dft = n;
+  if (!origin)
+    c->dft--;
+
+  c->dfm = p;
+  c->dfe = c->dft - c->dfm;
+  c->intercept = 0.0;
+  c->depvar_mean = 0.0;
   /*
      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. */
+
+  c->refcnt = 1;
+
+  c->origin = origin;
 
   return c;
 }
 
-bool
-pspp_linreg_cache_free (void *m)
+
+void
+linreg_ref (struct linreg *c)
 {
-  int i;
+  c->refcnt++;
+}
 
-  pspp_linreg_cache *c = m;
-  if (c != NULL)
+void
+linreg_unref (struct linreg *c)
+{
+  if (--c->refcnt == 0)
     {
       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->indep_vars);
       free (c->coeff);
       free (c);
     }
-  return true;
-}
-static void
-cache_init (pspp_linreg_cache *cache, const struct design_matrix *dm)
-{
-  assert (cache != NULL);
-  cache->dft = cache->n_obs - 1;
-  cache->dfm = cache->n_indeps;
-  cache->dfe = cache->dft - cache->dfm;
-  cache->n_coeffs = dm->m->size2;
-  cache->intercept = 0.0;
 }
 
 static void
-post_sweep_computations (pspp_linreg_cache *cache, const struct design_matrix *dm,
-                        gsl_matrix *sw)
+post_sweep_computations (struct linreg *l, gsl_matrix *sw)
 {
-  gsl_matrix *xm;
-  gsl_matrix_view xtx;
-  gsl_matrix_view xmxtx;
   double m;
-  double tmp;
   size_t i;
   size_t j;
   int rc;
-  
+
   assert (sw != NULL);
-  assert (cache != NULL);
+  assert (l != NULL);
 
-  cache->sse = gsl_matrix_get (sw, cache->n_indeps, cache->n_indeps);
-  cache->mse = cache->sse / cache->dfe;
+  l->sse = gsl_matrix_get (sw, l->n_indeps, l->n_indeps);
+  l->mse = l->sse / l->dfe;
   /*
     Get the intercept.
   */
-  m = cache->depvar_mean;
-  for (i = 0; i < cache->n_indeps; i++)
+  m = l->depvar_mean;
+  for (i = 0; i < l->n_indeps; i++)
     {
-      tmp = gsl_matrix_get (sw, i, cache->n_indeps);
-      cache->coeff[i]->estimate = tmp;
-      m -= tmp * pspp_linreg_get_indep_variable_mean (cache, design_matrix_col_to_var (dm, i));
+      double tmp = gsl_matrix_get (sw, i, l->n_indeps);
+      l->coeff[i] = tmp;
+      m -= tmp * linreg_get_indep_variable_mean (l, 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++)
+  for (i = 0; i < l->n_indeps; i++)
+    for (j = i; j < l->n_indeps; j++)
       {
-       tmp = -1.0 * cache->mse * gsl_matrix_get (sw, i, j);
-       gsl_matrix_set (cache->cov, i + 1, j + 1, tmp);
+       double tmp = -1.0 * l->mse * gsl_matrix_get (sw, i, j);
+       gsl_matrix_set (l->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_calloc (1, cache->n_indeps);
-  for (i = 0; i < xm->size2; i++)
-    {
-      gsl_matrix_set (xm, 0, i, 
-                     pspp_linreg_get_indep_variable_mean (cache, design_matrix_col_to_var (dm, i)));
-    }
-  rc = gsl_blas_dsymm (CblasRight, CblasUpper, cache->mse,
-                      &xtx.matrix, xm, 0.0, &xmxtx.matrix);
-  gsl_matrix_free (xm);
-  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)
-           * pspp_linreg_get_indep_variable_mean (cache, design_matrix_col_to_var (dm, 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);
-    }
-}  
-  
-/*
-  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 struct design_matrix *dm,
-            const pspp_linreg_opts * opts, pspp_linreg_cache * cache)
-{
-  int rc;
-  gsl_matrix *design = NULL;
-  gsl_matrix_view xtx;
-  gsl_vector_view xty;
-  gsl_vector_view xi;
-  gsl_vector_view xj;
-  gsl_vector *param_estimates;
-  struct pspp_coeff *coef;
-  const struct variable *v;
-  const union value *val;
 
-  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)
+  if (! l->origin)
     {
-      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;
-    }
-  cache_init (cache, dm);
-  for (i = 0; i < dm->m->size2; i++)
-    {
-      if (opts->get_indep_mean_std[i])
-       {
-         linreg_mean_std (gsl_matrix_const_column (dm->m, i), &m, &s, &ss);
-         v = design_matrix_col_to_var (dm, i);
-         val = NULL;
-         if (var_is_alpha (v))
-           {
-             j = i - design_matrix_var_to_column (dm, v);
-             val = cat_subscript_to_value (j, v);
-           }
-         coef = pspp_linreg_get_coeff (cache, v, val);
-         pspp_coeff_set_mean (coef, m);
-         pspp_coeff_set_sd (coef, s);
-         gsl_vector_set (cache->ssx, i, ss);
-
-       }
-    }
-
-  if (cache->method == PSPP_LINREG_SWEEP)
-    {
-      gsl_matrix *sw;
-      /*
-         Subtract the means to improve the condition of the design
-         matrix. This requires copying dm->m 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 (dm->m->size1, dm->m->size2);
-      for (i = 0; i < dm->m->size2; i++)
-       {
-         v = design_matrix_col_to_var (dm, i);
-         m = pspp_linreg_get_indep_variable_mean (cache, v);
-         for (j = 0; j < dm->m->size1; j++)
-           {
-             tmp = (gsl_matrix_get (dm->m, j, i) - m);
-             gsl_matrix_set (design, j, i, tmp);
-           }
-       }
-      sw = gsl_matrix_calloc (cache->n_coeffs + 1, cache->n_coeffs + 1);
-      xtx = gsl_matrix_submatrix (sw, 0, 0, cache->n_coeffs, cache->n_coeffs);
-
-      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_coeffs, cache->n_coeffs, cache->sst);
-      xty = gsl_matrix_column (sw, cache->n_coeffs);
+      gsl_matrix *xm;
+      gsl_matrix_view xtx;
+      gsl_matrix_view xmxtx;
       /*
-         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_coeffs; i++)
+       Get the covariances related to the intercept.
+      */
+      xtx = gsl_matrix_submatrix (sw, 0, 0, l->n_indeps, l->n_indeps);
+      xmxtx = gsl_matrix_submatrix (l->cov, 0, 1, 1, l->n_indeps);
+      xm = gsl_matrix_calloc (1, l->n_indeps);
+      for (i = 0; i < xm->size2; i++)
        {
-         xi = gsl_matrix_column (design, i);
-         gsl_blas_ddot (&(xi.vector), Y, &tmp);
-         gsl_vector_set (&(xty.vector), i, tmp);
+         gsl_matrix_set (xm, 0, i,
+                         linreg_get_indep_variable_mean (l, i));
        }
-
-      /*
-         Sweep on the matrix sw, which contains XtX, XtY and YtY.
-       */
-      reg_sweep (sw);
-      post_sweep_computations (cache, dm, sw);
-      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 + dm->m->size2);
-      design = gsl_matrix_alloc (dm->m->size1, 1 + dm->m->size2);
-
-      for (j = 0; j < dm->m->size1; j++)
+      rc = gsl_blas_dsymm (CblasRight, CblasUpper, l->mse,
+                          &xtx.matrix, xm, 0.0, &xmxtx.matrix);
+      gsl_matrix_free (xm);
+      if (rc == GSL_SUCCESS)
        {
-         gsl_matrix_set (design, j, 0, 1.0);
-         for (i = 0; i < dm->m->size2; i++)
+         double tmp = l->mse / l->n_obs;
+         for (i = 1; i < 1 + l->n_indeps; i++)
            {
-             tmp = gsl_matrix_get (dm->m, j, i);
-             gsl_matrix_set (design, j, i + 1, tmp);
+             tmp -= gsl_matrix_get (l->cov, 0, i)
+               * linreg_get_indep_variable_mean (l, i - 1);
            }
-       }
+         gsl_matrix_set (l->cov, 0, 0, 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);
+         l->intercept = m;
        }
       else
        {
-         fprintf (stderr, "%s:%d: gsl_multifit_linear returned %d\n",
-                  __FILE__, __LINE__, rc);
+         fprintf (stderr, "%s:%d:gsl_blas_dsymm: %s\n",
+                  __FILE__, __LINE__, gsl_strerror (rc));
+         exit (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;
 }
 
 /*
-  Is the coefficient COEF contained in the list of coefficients
-  COEF_LIST?
- */
-static int
-has_coefficient (const struct pspp_coeff **coef_list, const struct pspp_coeff *coef,
-                size_t n)
-{
-  size_t i = 0;
-
-  while (i < n)
-    {
-      if (coef_list[i] == coef)
-       {
-         return 1;
-       }
-      i++;
-    }
-  return 0;
-}
-/*
-  Predict the value of the dependent variable with the
-  new set of predictors. PREDICTORS must point to a list
-  of variables, each of whose values are stored in VALS,
-  in the same order.
+  Predict the value of the dependent variable with the new set of
+  predictors. VALS are assumed to be in the order corresponding to the
+  order of the coefficients in the linreg struct.
  */
 double
-pspp_linreg_predict (const struct variable **predictors,
-                    const union value **vals, const void *c_, int n_vals)
+linreg_predict (const struct linreg *c, const double *vals, size_t n_vals)
 {
-  const pspp_linreg_cache *c = c_;
-  int j;
-  size_t next_coef = 0;
-  const struct pspp_coeff **coef_list;
-  const struct pspp_coeff *coe;
+  size_t j;
   double result;
-  double tmp;
 
-  if (predictors == NULL || vals == NULL || c == NULL)
+  assert (n_vals == c->n_coeffs);
+  if (vals == NULL || c == NULL)
     {
       return GSL_NAN;
     }
@@ -527,222 +285,270 @@ pspp_linreg_predict (const struct variable **predictors,
       /* The stupid model: just guess the mean. */
       return c->depvar_mean;
     }
-  coef_list = xnmalloc (c->n_coeffs, sizeof (*coef_list));
   result = c->intercept;
 
-  /*
-     The loops guard against the possibility that the caller passed us
-     inadequate information, such as too few or too many values, or
-     a redundant list of variable names.
-   */
   for (j = 0; j < n_vals; j++)
     {
-      coe = pspp_linreg_get_coeff (c, predictors[j], vals[j]);
-      if (!has_coefficient (coef_list, coe, next_coef))
-       {
-         tmp = pspp_coeff_get_est (coe);
-         if (var_is_numeric (predictors[j]))
-           {
-             tmp *= vals[j]->f;
-           }
-         result += tmp;
-         coef_list[next_coef++] = coe;
-       }
+      result += linreg_coeff (c, j) * vals[j];
     }
-  free (coef_list);
 
   return result;
 }
 
 double
-pspp_linreg_residual (const struct variable **predictors,
-                     const union value **vals,
-                     const union value *obs, const void *c, int n_vals)
+linreg_residual (const struct linreg *c, double obs, const double *vals, size_t n_vals)
 {
-  double pred;
-  double result;
-
-  if (predictors == NULL || vals == NULL || c == NULL || obs == NULL)
+  if (vals == NULL || c == NULL)
     {
       return GSL_NAN;
     }
-  pred = pspp_linreg_predict (predictors, vals, c, n_vals);
-
-  result = isnan (pred) ? GSL_NAN : (obs->f - pred);
-  return result;
+  return (obs - linreg_predict (c, vals, n_vals));
 }
 
 /*
-  Which coefficient is associated with V? The VAL argument is relevant
-  only to categorical variables.
+  Mean of the independent variable.
  */
-struct pspp_coeff *
-pspp_linreg_get_coeff (const pspp_linreg_cache * c,
-                      const struct variable *v, const union value *val)
+double
+linreg_get_indep_variable_mean (const struct linreg *c, size_t j)
 {
-  if (c == NULL)
-    {
-      return NULL;
-    }
-  if (c->coeff == NULL || c->n_indeps == 0 || v == NULL)
-    {
-      return NULL;
-    }
-  return pspp_coeff_var_to_coeff (v, c->coeff, c->n_coeffs, val);
+  assert (c != NULL);
+  return gsl_vector_get (c->indep_means, j);
 }
-/*
-  Return the standard deviation of the independent variable.
- */
-double pspp_linreg_get_indep_variable_sd (pspp_linreg_cache *c, const struct variable *v)
+
+void
+linreg_set_indep_variable_mean (struct linreg *c, size_t j, double m)
 {
-  if (var_is_numeric (v))
-    {
-      const struct pspp_coeff *coef;
-      coef = pspp_linreg_get_coeff (c, v, NULL);
-      return pspp_coeff_get_sd (coef);
-    }
-  return GSL_NAN;
+  assert (c != NULL);
+  gsl_vector_set (c->indep_means, j, m);
 }
 
-void pspp_linreg_set_indep_variable_sd (pspp_linreg_cache *c, const struct variable *v, 
-                                       double s)
+static void
+linreg_fit_qr (const gsl_matrix *cov, struct linreg *l)
 {
-  if (var_is_numeric (v))
+  double intcpt_coef = 0.0;
+  double intercept_variance = 0.0;
+  gsl_matrix *xtx;
+  gsl_matrix *q;
+  gsl_matrix *r;
+  gsl_vector *xty;
+  gsl_vector *tau;
+  gsl_vector *params;
+  size_t i;
+  size_t j;
+
+  xtx = gsl_matrix_alloc (cov->size1 - 1, cov->size2 - 1);
+  xty = gsl_vector_alloc (cov->size1 - 1);
+  tau = gsl_vector_alloc (cov->size1 - 1);
+  params = gsl_vector_alloc (cov->size1 - 1);
+
+  for (i = 0; i < xtx->size1; i++)
     {
-      struct pspp_coeff *coef;
-      coef = pspp_linreg_get_coeff (c, v, NULL);
-      pspp_coeff_set_sd (coef, s);
+      gsl_vector_set (xty, i, gsl_matrix_get (cov, cov->size2 - 1, i));
+      for (j = 0; j < xtx->size2; j++)
+       {
+         gsl_matrix_set (xtx, i, j, gsl_matrix_get (cov, i, j));
+       }
     }
-}
+  gsl_linalg_QR_decomp (xtx, tau);
+  q = gsl_matrix_alloc (xtx->size1, xtx->size2);
+  r = gsl_matrix_alloc (xtx->size1, xtx->size2);
 
-/*
-  Mean of the independent variable.
- */
-double pspp_linreg_get_indep_variable_mean (pspp_linreg_cache *c, const struct variable *v)
-{
-  if (var_is_numeric (v))
+  gsl_linalg_QR_unpack (xtx, tau, q, r);
+  gsl_linalg_QR_solve (xtx, tau, xty, params);
+  for (i = 0; i < params->size; i++)
     {
-      struct pspp_coeff *coef;
-      coef = pspp_linreg_get_coeff (c, v, NULL);
-      return pspp_coeff_get_mean (coef);
+      l->coeff[i] = gsl_vector_get (params, i);
     }
-  return 0.0;
-}
-
-void pspp_linreg_set_indep_variable_mean (pspp_linreg_cache *c, const struct variable *v, 
-                                         double m)
-{
-  if (var_is_numeric (v))
+  l->sst = gsl_matrix_get (cov, cov->size1 - 1, cov->size2 - 1);
+  l->ssm = 0.0;
+  for (i = 0; i < l->n_indeps; i++)
     {
-      struct pspp_coeff *coef;
-      coef = pspp_linreg_get_coeff (c, v, NULL);
-      pspp_coeff_set_mean (coef, m);
+      l->ssm += gsl_vector_get (xty, i) * l->coeff[i];
     }
-}
+  l->sse = l->sst - l->ssm;
 
-/*
-  Make sure the dependent variable is at the last column, and that
-  only variables in the model are in the covariance matrix. 
- */
-static struct design_matrix *
-rearrange_covariance_matrix (const struct design_matrix *cov, pspp_linreg_cache *c)
-{
-  struct variable **v;
-  struct variable **model_vars;
-  struct variable *tmp;
-  struct design_matrix *result;
-  int n_vars;
-  int found;
-  size_t *columns;
-  size_t i;
-  size_t j;
-  size_t k;
-  size_t dep_col;
-
-  assert (cov != NULL);
-  assert (c != NULL);
-  assert (cov->m->size1 > 0);
-  assert (cov->m->size2 == cov->m->size1);
-  v = xnmalloc (c->n_coeffs, sizeof (*v));
-  model_vars = xnmalloc (c->n_coeffs, sizeof (*model_vars));
-  columns = xnmalloc (cov->m->size2, sizeof (*columns));
-  n_vars = pspp_linreg_get_vars (c, (const struct variable **) v);
-  dep_col = 0;
-  k = 0;
-  for (i = 0; i < cov->m->size2; i++)
+  gsl_blas_dtrsm (CblasLeft, CblasLower, CblasNoTrans, CblasNonUnit, linreg_mse (l),
+                 r, q);
+  /* Copy the lower triangle into the upper triangle. */
+  for (i = 0; i < q->size1; i++)
     {
-      tmp = design_matrix_col_to_var (cov, i);
-      found = 0;
-      j = 0;
-      while (!found && j < n_vars)
+      gsl_matrix_set (l->cov, i + 1, i + 1, gsl_matrix_get (q, i, i));
+      for (j = i + 1; j < q->size2; j++)
        {
-         if (tmp == v[j])
-           {
-             found = 1;
-             if (tmp == c->depvar)
-               {
-                 dep_col = j;
-               }
-             else
-               {
-                 columns[k] = j;
-                 k++;
-               }
-           }
-         j++;
+         intercept_variance -= 2.0 * gsl_matrix_get (q, i, j) *
+           linreg_get_indep_variable_mean (l, i) *
+           linreg_get_indep_variable_mean (l, j);
+         gsl_matrix_set (q, i, j, gsl_matrix_get (q, j, i));
        }
     }
-  k++;
-  columns[k] = dep_col;
-  /*
-    K should now be equal to C->N_INDEPS + 1. If it is not, then
-    either the code above is wrong or the caller didn't send us the
-    correct values in C.
-   */
-  assert (k == c->n_indeps + 1);
-  /*
-    Put the model variables in the right order in MODEL_VARS.
-   */
-  for (i = 0; i < k; i++)
-    {
-      model_vars[i] = v[columns[i]];
-    }
 
-  result = covariance_matrix_create (k, model_vars);
-  for (i = 0; i < result->m->size1; i++)
+  if (!l->origin)
     {
-      for (j = 0; j < result->m->size2; j++)
+      l->intercept = linreg_get_depvar_mean (l);
+      for (i = 0; i < l->n_indeps; i++)
+       {
+         double tmp = linreg_get_indep_variable_mean (l, i);
+         l->intercept -= l->coeff[i] * tmp;
+         intercept_variance += tmp * tmp * gsl_matrix_get (q, i, i);
+       }
+
+      /* Covariances related to the intercept. */
+      intercept_variance += linreg_mse (l) / linreg_n_obs (l);
+      gsl_matrix_set (l->cov, 0, 0, intercept_variance);
+      for (i = 0; i < q->size1; i++)
        {
-         gsl_matrix_set (result->m, i, j, gsl_matrix_get (cov->m, columns[i], columns[j]));
+         for (j = 0; j < q->size2; j++)
+           {
+             intcpt_coef -= gsl_matrix_get (q, i, j)
+               * linreg_get_indep_variable_mean (l, j);
+           }
+         gsl_matrix_set (l->cov, 0, i + 1, intcpt_coef);
+         gsl_matrix_set (l->cov, i + 1, 0, intcpt_coef);
+         intcpt_coef = 0.0;
        }
     }
-  free (columns);
-  free (v);
-  return result;
+
+  gsl_matrix_free (q);
+  gsl_matrix_free (r);
+  gsl_vector_free (xty);
+  gsl_vector_free (tau);
+  gsl_matrix_free (xtx);
+  gsl_vector_free (params);
 }
+
+#define REG_LARGE_DATA 1000
+
 /*
-  Estimate the model parameters from the covariance matrix only. This
-  method uses less memory than PSPP_LINREG, which requires the entire
-  data set to be stored in memory.
+  Estimate the model parameters from the covariance matrix. This
+  function assumes the covariance entries corresponding to the
+  dependent variable are in the final row and column of the covariance
+  matrix.
 */
-int
-pspp_linreg_with_cov (const struct design_matrix *full_cov, 
-                     pspp_linreg_cache * cache)
+void
+linreg_fit (const gsl_matrix *cov, struct linreg *l)
 {
-  struct design_matrix *cov;
-
+  assert (l != NULL);
   assert (cov != NULL);
-  assert (cache != NULL);
 
-  cov = rearrange_covariance_matrix (full_cov, cache);
-  cache_init (cache, cov);
-  reg_sweep (cov->m);
-  post_sweep_computations (cache, cov, cov->m);  
-  covariance_matrix_destroy (cov);
+  l->sst = gsl_matrix_get (cov, cov->size1 - 1, cov->size2 - 1);
+
+  if ((l->n_obs * l->n_obs > l->n_indeps) && (l->n_obs > REG_LARGE_DATA))
+    {
+      /*
+       For large data sets, use QR decomposition.
+      */
+      linreg_fit_qr (cov, l);
+    }
+  else
+    {
+      gsl_matrix *params = gsl_matrix_calloc (cov->size1, cov->size2);
+      gsl_matrix_memcpy (params, cov);
+      reg_sweep (params, l->dependent_column);
+      post_sweep_computations (l, params);
+      gsl_matrix_free (params);
+    }
 }
 
-double pspp_linreg_mse (const pspp_linreg_cache *c)
+double
+linreg_mse (const struct linreg *c)
 {
   assert (c != NULL);
   return (c->sse / c->dfe);
 }
+
+double
+linreg_intercept (const struct linreg *c)
+{
+  return c->intercept;
+}
+
+const gsl_matrix *
+linreg_cov (const struct linreg *c)
+{
+  return c->cov;
+}
+
+double
+linreg_coeff (const struct linreg *c, size_t i)
+{
+  return (c->coeff[i]);
+}
+
+const struct variable *
+linreg_indep_var (const struct linreg *c, size_t i)
+{
+  return (c->indep_vars[i]);
+}
+
+int
+linreg_n_indeps (const struct linreg *c)
+{
+  return c->n_indeps;
+}
+
+
+const struct variable *
+linreg_dep_var (const struct linreg *c)
+{
+  return c->depvar;
+}
+
+
+size_t
+linreg_n_coeffs (const struct linreg *c)
+{
+  return c->n_coeffs;
+}
+
+double
+linreg_n_obs (const struct linreg *c)
+{
+  return c->n_obs;
+}
+
+double
+linreg_sse (const struct linreg *c)
+{
+  return c->sse;
+}
+
+double
+linreg_ssreg (const struct linreg *c)
+{
+  return (c->sst - c->sse);
+}
+
+double linreg_sst (const struct linreg *c)
+{
+  return c->sst;
+}
+
+double
+linreg_dfmodel ( const struct linreg *c)
+{
+  return c->dfm;
+}
+
+double
+linreg_dferror ( const struct linreg *c)
+{
+  return c->dfe;
+}
+
+double
+linreg_dftotal ( const struct linreg *c)
+{
+  return c->dft;
+}
+
+void
+linreg_set_depvar_mean (struct linreg *c, double x)
+{
+  c->depvar_mean = x;
+}
+
+double
+linreg_get_depvar_mean (const struct linreg *c)
+{
+  return c->depvar_mean;
+}