math: Avoid unneeded extra allocations for fixed-size data structures.
[pspp] / src / math / linreg.h
index 53f47a611c71dd92b808379bb905370fc01bbdde..88da7f6227f2ede2b7080883e2d28e1127c2bbe2 100644 (file)
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 /* PSPP - a program for statistical analysis.
-   Copyright (C) 2005 Free Software Foundation, Inc. Written by Jason H. Stover.
+   Copyright (C) 2005, 2011 Free Software Foundation, Inc. Written by Jason H. Stover.
 
    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
 
 #ifndef LINREG_H
 #define LINREG_H
-#include <stdbool.h>
-#include <gsl/gsl_math.h>
-#include <gsl/gsl_vector.h>
-#include <gsl/gsl_matrix.h>
-#include <src/math/coefficient.h>
-#include <math/covariance-matrix.h>
-
-enum
-{
-  PSPP_LINREG_CONDITIONAL_INVERSE,
-  PSPP_LINREG_QR,
-  PSPP_LINREG_SWEEP,
-};
-
-
-
-/*
-  Options describing what special values should be computed.
- */
-struct pspp_linreg_opts_struct
-{
-  int get_depvar_mean_std;
-  int *get_indep_mean_std;     /* Array of booleans
-                                  dictating which
-                                  independent variables need
-                                  their means and standard
-                                  deviations computed within
-                                  pspp_linreg. This array
-                                  MUST be of length
-                                  n_indeps. If element i is
-                                  1, pspp_linreg will
-                                  compute the mean and
-                                  variance of indpendent
-                                  variable i. If element i
-                                  is 0, it will not compute
-                                  the mean and standard
-                                  deviation, and assume the
-                                  values are stored.
-                                  cache->indep_mean[i] is
-                                  the mean and
-                                  cache->indep_std[i] is the
-                                  sample standard deviation. */
-};
-typedef struct pspp_linreg_opts_struct pspp_linreg_opts;
 
+#include <gsl/gsl_matrix.h>
+#include <stdbool.h>
 
 /*
   Find the least-squares estimate of b for the linear model:
@@ -88,138 +46,48 @@ typedef struct pspp_linreg_opts_struct pspp_linreg_opts;
   Springer. 1998. ISBN 0-387-98542-5.
 */
 
+struct variable;
 
-struct pspp_linreg_cache_struct
-{
-  int n_obs;                   /* Number of observations. */
-  int n_indeps;                        /* Number of independent variables. */
-  int n_coeffs;                 /* The intercept is not considered a
-                                  coefficient here. */
-
-  /*
-    Pointers to the variables.
-   */
-  const struct variable *depvar;
-  const struct variable **indep_vars;
-
-  gsl_vector *residuals;
-  struct pspp_coeff **coeff;
-  double intercept;
-  int method;                  /* Method to use to estimate parameters. */
-  /*
-     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;
-  double depvar_std;
-  gsl_vector *indep_means;
-  gsl_vector *indep_std;
-
-  /*
-     Sums of squares.
-   */
-  double ssm;                  /* Sums of squares for the overall model. */
-  gsl_vector *ss_indeps;       /* Sums of squares from each
-                                  independent variable. */
-  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. */
-  gsl_vector *ssx;             /* Centered sums of squares for independent
-                                  variables, i.e. \sum (x[i] - mean(x))^2. */
-  double ssy;                  /* Centered sums of squares for dependent
-                                  variable.
-                                */
-  /*
-     Covariance matrix of the parameter estimates.
-   */
-  gsl_matrix *cov;
-  /*
-     Degrees of freedom.
-   */
-  double dft;
-  double dfe;
-  double dfm;
-
-  /*
-     'Hat' or Hessian matrix, i.e. (X'X)^{-1}, where X is our
-     design matrix.
-   */
-  gsl_matrix *hat;
-
-  double (*predict) (const struct variable **, const union value **,
-                    const void *, int);
-  double (*residual) (const struct variable **,
-                     const union value **,
-                     const union value *, const void *, int);
-  /*
-     Returns pointers to the variables used in the model.
-   */
-  int (*get_vars) (const void *, const struct variable **);
-  struct variable *resid;
-  struct variable *pred;
-
-};
-
-typedef struct pspp_linreg_cache_struct pspp_linreg_cache;
+struct linreg *linreg_alloc (const struct variable *, const struct variable **,
+                            double, size_t, bool);
 
+void linreg_unref (struct linreg *);
+void linreg_ref (struct linreg *);
 
+int linreg_n_indeps (const struct linreg *c);
 
 /*
-  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 (const struct variable *, const struct variable **, 
-                                           size_t, size_t);
-
-bool pspp_linreg_cache_free (void *);
+  Fit the linear model via least squares.
+*/
+void linreg_fit (const gsl_matrix *, struct linreg *);
 
-/*
-  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 *, const struct design_matrix *,
-            const pspp_linreg_opts *, pspp_linreg_cache *);
-
-double
-pspp_linreg_predict (const struct variable **, const union value **,
-                    const void *, int);
-double
-pspp_linreg_residual (const struct variable **, const union value **,
-                     const union value *, const void *, int);
-/*
-  All variables used in the model.
- */
-int pspp_linreg_get_vars (const void *, const struct variable **);
+double linreg_predict (const struct linreg *, const double *, size_t);
+double linreg_residual (const struct linreg *, double, const double *, size_t);
+const struct variable ** linreg_get_vars (const struct linreg *);
 
-struct pspp_coeff *pspp_linreg_get_coeff (const pspp_linreg_cache
-                                                      *,
-                                                      const struct variable
-                                                      *,
-                                                      const union value *);
-/*
-  Return or set the standard deviation of the independent variable.
- */
-double pspp_linreg_get_indep_variable_sd (pspp_linreg_cache *, const struct variable *);
-void pspp_linreg_set_indep_variable_sd (pspp_linreg_cache *, const struct variable *, double);
 /*
   Mean of the independent variable.
  */
-double pspp_linreg_get_indep_variable_mean (pspp_linreg_cache *, const struct variable *);
-void pspp_linreg_set_indep_variable_mean (pspp_linreg_cache *, const struct variable *, double);
+double linreg_get_indep_variable_mean (const struct linreg *, size_t);
+void linreg_set_indep_variable_mean (struct linreg *, size_t, double);
+
+double linreg_mse (const struct linreg *);
+
+double linreg_intercept (const struct linreg *);
+
+const gsl_matrix * linreg_cov (const struct linreg *);
+double linreg_coeff (const struct linreg *, size_t);
+const struct variable * linreg_indep_var (const struct linreg *, size_t);
+const struct variable * linreg_dep_var (const struct linreg *);
+size_t linreg_n_coeffs (const struct linreg *);
+double linreg_n_obs (const struct linreg *);
+double linreg_sse (const struct linreg *);
+double linreg_ssreg (const struct linreg *);
+double linreg_dfmodel (const struct linreg *);
+double linreg_dferror (const struct linreg *);
+double linreg_dftotal (const struct linreg *);
+double linreg_sst (const struct linreg *);
+void linreg_set_depvar_mean (struct linreg *, double);
+double linreg_get_depvar_mean (const struct linreg *);
 
-/*
-  Regression using only the covariance matrix.
- */
-void pspp_linreg_with_cov (const struct covariance_matrix *, pspp_linreg_cache *);
 #endif