Added basic calculation and display of area under the curve
authorJohn Darrington <john@darrington.wattle.id.au>
Wed, 10 Jun 2009 13:14:01 +0000 (21:14 +0800)
committerJohn Darrington <john@darrington.wattle.id.au>
Wed, 10 Jun 2009 13:14:01 +0000 (21:14 +0800)
src/language/stats/roc.c

index 81f062937cd941032da30151a96095dd2c42fa02..46d2da9ed3a645b914fdfa14300941425e60ae41 100644 (file)
 
 #include <data/casegrouper.h>
 #include <data/casereader.h>
+#include <data/casewriter.h>
+#include <data/dictionary.h>
+#include <math/sort.h>
+
+#include <libpspp/misc.h>
+
+#include <gsl/gsl_cdf.h>
+#include <output/table.h>
 
 #include "gettext.h"
 #define _(msgid) gettext (msgid)
@@ -52,7 +60,6 @@ struct cmd_roc
 
   bool invert ; /* True iff a smaller test result variable indicates
                   a positive result */
-
 };
 
 static int run_roc (struct dataset *ds, struct cmd_roc *roc);
@@ -269,7 +276,6 @@ run_roc (struct dataset *ds, struct cmd_roc *roc)
   while (casegrouper_get_next_group (grouper, &group))
     {
       do_roc (roc, group, dataset_dict (ds));
-      casereader_destroy (group);
     }
   ok = casegrouper_destroy (grouper);
   ok = proc_commit (ds) && ok;
@@ -279,7 +285,348 @@ run_roc (struct dataset *ds, struct cmd_roc *roc)
 
 
 static void
-do_roc (struct cmd_roc *roc, struct casereader *group, struct dictionary *dict)
+dump_casereader (struct casereader *reader)
+{
+  struct ccase *c;
+  struct casereader *r = casereader_clone (reader);
+
+  for ( ; (c = casereader_read (r) ); case_unref (c))
+    {
+      int i;
+      for (i = 0 ; i < case_get_value_cnt (c); ++i)
+       {
+         printf ("%g ", case_data_idx (c, i)->f);
+       }
+      printf ("\n");
+    }
+
+  casereader_destroy (r);
+}
+
+static bool
+match_positives (const struct ccase *c, void *aux)
 {
+  struct cmd_roc *roc = aux;
+
+  return 0 == value_compare_3way (case_data (c, roc->state_var),
+                                &roc->state_value,
+                                var_get_width (roc->state_var));
 }
 
+
+#define VALUE  0
+#define N_EQ   1
+#define N_PRED 2
+
+struct roc_state
+{
+  double auc;
+
+  double n1;
+  double n2;
+};
+
+
+static void output_roc (struct roc_state *rs, const struct cmd_roc *roc);
+
+
+
+static struct casereader *
+process_group (const struct variable *var, struct casereader *reader,
+              bool (*pred) (double, double),
+              const struct dictionary *dict,
+              double *cc)
+{
+  const struct variable *w = dict_get_weight (dict);
+  const int weight_idx  = w ? var_get_case_index (w) :
+    caseproto_get_n_widths (casereader_get_proto (reader)) - 1;
+
+  struct casereader *r1 =
+    casereader_create_distinct (sort_execute_1var (reader, var), var, w);
+
+  struct ccase *c1;
+
+  struct casereader *rclone = casereader_clone (r1);
+  struct casewriter *wtr;
+  struct caseproto *proto = caseproto_create ();
+
+  proto = caseproto_add_width (proto, 0);
+  proto = caseproto_add_width (proto, 0);
+  proto = caseproto_add_width (proto, 0);
+
+  wtr = autopaging_writer_create (proto);  
+
+  *cc = 0;
+  
+  for ( ; (c1 = casereader_read (r1) ); case_unref (c1))
+    {
+      struct ccase *c2;
+      struct casereader *r2 = casereader_clone (rclone);
+
+      const double weight1 = case_data_idx (c1, weight_idx)->f;
+      const double d1 = case_data (c1, var)->f;
+      double n_eq = 0.0;
+      double n_pred = 0.0;
+
+
+      struct ccase *new_case = case_create (proto);
+
+      *cc += weight1;
+
+      for ( ; (c2 = casereader_read (r2) ); case_unref (c2))
+       {
+         const double d2 = case_data (c2, var)->f;
+         const double weight2 = case_data_idx (c2, weight_idx)->f;
+
+         if ( d1 == d2 )
+           {
+             n_eq += weight2;
+             continue;
+           }
+         else  if ( pred (d2, d1))
+           {
+             n_pred += weight2;
+           }
+       }
+
+      case_data_rw_idx (new_case, VALUE)->f = d1;
+      case_data_rw_idx (new_case, N_EQ)->f = n_eq;
+      case_data_rw_idx (new_case, N_PRED)->f = n_pred;
+
+      casewriter_write (wtr, new_case);
+
+      casereader_destroy (r2);
+    }
+
+  casereader_destroy (r1);
+  casereader_destroy (rclone);
+
+  return casewriter_make_reader (wtr);
+}
+
+static bool
+gt (double d1, double d2)
+{
+  return d1 > d2;
+}
+
+static bool
+lt (double d1, double d2)
+{
+  return d1 < d2;
+}
+
+
+static void
+do_roc (struct cmd_roc *roc, struct casereader *input, struct dictionary *dict)
+{
+  int i;
+
+  struct roc_state *rs = xcalloc (roc->n_vars, sizeof *rs);
+
+  const struct caseproto *proto = casereader_get_proto (input);
+
+  struct casewriter *neg_wtr = autopaging_writer_create (proto);
+
+  struct casereader *negatives = NULL;
+
+  struct casereader *positives = 
+    casereader_create_filter_func (input,
+                                  match_positives,
+                                  NULL,
+                                  roc,
+                                  neg_wtr);
+
+
+  for (i = 0 ; i < roc->n_vars; ++i)
+    {
+      double q1hat = 0;
+      double q2hat = 0;
+
+      struct ccase *cpos;
+      struct casereader *n_neg ;
+      const struct variable *var = roc->vars[i];
+
+      struct casereader *neg ;
+      struct casereader *pos = casereader_clone (positives);
+
+      struct casereader *n_pos = process_group (var, pos, gt, dict, &rs[i].n1);
+
+      if ( negatives == NULL)
+       {
+         negatives = casewriter_make_reader (neg_wtr);
+       }
+    
+      neg = casereader_clone (negatives);
+
+      n_neg = process_group (var, neg, lt, dict, &rs[i].n2);
+
+      /* Simple join on VALUE */
+      for ( ; (cpos = casereader_read (n_pos) ); case_unref (cpos))
+       {
+         struct ccase *cneg = NULL;
+         double dneg = -DBL_MAX;
+         const double dpos = case_data_idx (cpos, VALUE)->f;
+         while (dneg < dpos)
+           {
+             if ( cneg )
+               case_unref (cneg);
+
+             cneg = casereader_read (n_neg);
+             dneg = case_data_idx (cneg, VALUE)->f;
+           }
+       
+         if ( dpos == dneg )
+           {
+             double n_pos_eq = case_data_idx (cpos, N_EQ)->f;
+             double n_neg_eq = case_data_idx (cneg, N_EQ)->f;
+             double n_pos_gt = case_data_idx (cpos, N_PRED)->f;
+             double n_neg_lt = case_data_idx (cneg, N_PRED)->f;
+
+             rs[i].auc += n_pos_gt * n_neg_eq + (n_pos_eq * n_neg_eq) / 2.0;
+             q1hat += n_neg_eq * ( pow2 (n_pos_gt) + n_pos_gt * n_pos_eq + pow2 (n_pos_eq) / 3.0);
+             q2hat += n_pos_eq * ( pow2 (n_neg_lt) + n_neg_lt * n_neg_eq + pow2 (n_neg_eq) / 3.0);
+           }
+
+         if ( cneg )
+           case_unref (cneg);
+       }
+
+      rs[i].auc /=  rs[i].n1 * rs[i].n2; 
+      if ( roc->invert ) 
+       rs[i].auc = 1 - rs[i].auc;
+
+
+    }
+
+  casereader_destroy (positives);
+  casereader_destroy (negatives);
+
+  output_roc (rs, roc);
+
+  free (rs);
+}
+
+
+
+
+static void
+show_auc  (struct roc_state *rs, const struct cmd_roc *roc)
+{
+  int i;
+  const int n_fields = roc->print_se ? 5 : 1;
+  const int n_cols = roc->n_vars > 1 ? n_fields + 1: n_fields;
+  const int n_rows = 2 + roc->n_vars;
+  struct tab_table *tbl = tab_create (n_cols, n_rows, 0);
+
+  if ( roc->n_vars > 1)
+    tab_title (tbl, _("Area Under the Curve"));
+  else
+    tab_title (tbl, _("Area Under the Curve (%s)"), var_to_string (roc->vars[0]));
+
+  tab_headers (tbl, n_cols - n_fields, 0, 1, 0);
+
+  tab_dim (tbl, tab_natural_dimensions, NULL);
+
+  tab_text (tbl, n_cols - n_fields, 1, TAT_TITLE, _("Area"));
+
+  tab_hline (tbl, TAL_2, 0, n_cols - 1, 2);
+
+  tab_box (tbl,
+          TAL_2, TAL_2,
+          -1, TAL_1,
+          0, 0,
+          n_cols - 1,
+          n_rows - 1);
+
+  if ( roc->print_se )
+    {
+      tab_text (tbl, n_cols - 4, 1, TAT_TITLE, _("Std. Error"));
+      tab_text (tbl, n_cols - 3, 1, TAT_TITLE, _("Asymptotic Sig."));
+
+      tab_text (tbl, n_cols - 2, 1, TAT_TITLE, _("Lower Bound"));
+      tab_text (tbl, n_cols - 1, 1, TAT_TITLE, _("Upper Bound"));
+
+      tab_joint_text (tbl, n_cols - 2, 0, 4, 0,
+                     TAT_TITLE | TAB_CENTER | TAT_PRINTF,
+                     _("Asymp. %g%% Confidence Interval"), roc->ci);
+      tab_vline (tbl, 0, n_cols - 1, 0, 0);
+      tab_hline (tbl, TAL_1, n_cols - 2, n_cols - 1, 1);
+    }
+
+  if ( roc->n_vars > 1)
+    tab_text (tbl, 0, 1, TAT_TITLE, _("Variable under test"));
+
+  if ( roc->n_vars > 1)
+    tab_vline (tbl, TAL_2, 1, 0, n_rows - 1);
+
+
+  for ( i = 0 ; i < roc->n_vars ; ++i )
+    {
+      tab_text (tbl, 0, 2 + i, TAT_TITLE, var_to_string (roc->vars[i]));
+
+      tab_double (tbl, n_cols - n_fields, 2 + i, 0, rs[i].auc, NULL);
+
+      if ( roc->print_se )
+       {
+
+         double se ;
+         const double sd_0_5 = sqrt ((rs[i].n1 + rs[i].n2 + 1) /
+                                     (12 * rs[i].n1 * rs[i].n2));
+         double ci ;
+         double yy ;
+
+         double q1 = rs[i].auc / ( 2 - rs[i].auc);
+         double q2 = 2 * pow2 (rs[i].auc) / ( 1 + rs[i].auc);
+
+         se = rs[i].auc * (1 - rs[i].auc) + (rs[i].n1 - 1) * (q1 - pow2 (rs[i].auc)) +
+           (rs[i].n2 - 1) * (q2 - pow2 (rs[i].auc));
+
+         se /= rs[i].n1 * rs[i].n2;
+
+         se = sqrt (se);
+
+         tab_double (tbl, n_cols - 4, 2 + i, 0,
+                     se,
+                     NULL);
+
+         ci = 1 - roc->ci / 100.0;
+         yy = gsl_cdf_gaussian_Qinv (ci, se) ;
+
+         tab_double (tbl, n_cols - 2, 2 + i, 0,
+                     rs[i].auc - yy,
+                     NULL);
+
+         tab_double (tbl, n_cols - 1, 2 + i, 0,
+                     rs[i].auc + yy,
+                     NULL);
+
+         tab_double (tbl, n_cols - 3, 2 + i, 0,
+                     2.0 * gsl_cdf_ugaussian_Q (fabs ((rs[i].auc - 0.5 ) / sd_0_5)),
+                     NULL);
+       }
+    }
+
+  tab_submit (tbl);
+}
+
+
+
+
+static void
+output_roc (struct roc_state *rs, const struct cmd_roc *roc)
+{
+#if 0
+  show_summary (roc);
+
+  if ( roc->curve )
+    draw_roc (rs, roc);
+#endif
+
+  show_auc (rs, roc);
+
+#if 0
+  if ( roc->print_coords )
+    show_coords (rs, roc);
+#endif
+}