src/language/stats/roc.c

   1 /* PSPP - a program for statistical analysis.
   2    Copyright (C) 2009 Free Software Foundation, Inc.
   3
   4    This program is free software: you can redistribute it and/or modify
   5    it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6    the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   7    (at your option) any later version.
   8
   9    This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12    GNU General Public License for more details.
  13
  14    You should have received a copy of the GNU General Public License
  15    along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>. */
  16
  17 #include <config.h>
  18
  19 #include <data/procedure.h>
  20 #include <language/lexer/variable-parser.h>
  21 #include <language/lexer/value-parser.h>
  22 #include <language/command.h>
  23 #include <language/lexer/lexer.h>
  24
  25 #include <data/casegrouper.h>
  26 #include <data/casereader.h>
  27 #include <data/casewriter.h>
  28 #include <data/dictionary.h>
  29 #include <data/format.h>
  30 #include <math/sort.h>
  31 #include <data/subcase.h>
  32
  33
  34 #include <libpspp/misc.h>
  35
  36 #include <gsl/gsl_cdf.h>
  37 #include <output/table.h>
  38
  39 #include <output/charts/plot-chart.h>
  40 #include <output/charts/cartesian.h>
  41
  42 #include "gettext.h"
  43 #define _(msgid) gettext (msgid)
  44 #define N_(msgid) msgid
  45
  46 struct cmd_roc
  47 {
  48   size_t n_vars;
  49   const struct variable **vars;
  50   const struct dictionary *dict;
  51
  52   const struct variable *state_var ;
  53   union value state_value;
  54
  55   /* Plot the roc curve */
  56   bool curve;
  57   /* Plot the reference line */
  58   bool reference;
  59
  60   double ci;
  61
  62   bool print_coords;
  63   bool print_se;
  64   bool bi_neg_exp; /* True iff the bi-negative exponential critieria
  65                       should be used */
  66   enum mv_class exclude;
  67
  68   bool invert ; /* True iff a smaller test result variable indicates
  69                    a positive result */
  70
  71   double pos;
  72   double neg;
  73   double pos_weighted;
  74   double neg_weighted;
  75 };
  76
  77 static int run_roc (struct dataset *ds, struct cmd_roc *roc);
  78
  79 int
  80 cmd_roc (struct lexer *lexer, struct dataset *ds)
  81 {
  82   struct cmd_roc roc ;
  83   const struct dictionary *dict = dataset_dict (ds);
  84
  85   roc.vars = NULL;
  86   roc.n_vars = 0;
  87   roc.print_se = false;
  88   roc.print_coords = false;
  89   roc.exclude = MV_ANY;
  90   roc.curve = true;
  91   roc.reference = false;
  92   roc.ci = 95;
  93   roc.bi_neg_exp = false;
  94   roc.invert = false;
  95   roc.pos = roc.pos_weighted = 0;
  96   roc.neg = roc.neg_weighted = 0;
  97   roc.dict = dataset_dict (ds);
  98
  99   if (!parse_variables_const (lexer, dict, &roc.vars, &roc.n_vars,
 100                               PV_APPEND | PV_NO_DUPLICATE | PV_NUMERIC))
 101     goto error;;
 102
 103   if ( ! lex_force_match (lexer, T_BY))
 104     {
 105       goto error;;
 106     }
 107
 108   roc.state_var = parse_variable (lexer, dict);
 109
 110   if ( !lex_force_match (lexer, '('))
 111     {
 112       goto error;;
 113     }
 114
 115   parse_value (lexer, &roc.state_value, var_get_width (roc.state_var));
 116
 117
 118   if ( !lex_force_match (lexer, ')'))
 119     {
 120       goto error;;
 121     }
 122
 123
 124   while (lex_token (lexer) != '.')
 125     {
 126       lex_match (lexer, '/');
 127       if (lex_match_id (lexer, "MISSING"))
 128         {
 129           lex_match (lexer, '=');
 130           while (lex_token (lexer) != '.' && lex_token (lexer) != '/')
 131             {
 132               if (lex_match_id (lexer, "INCLUDE"))
 133                 {
 134                   roc.exclude = MV_SYSTEM;
 135                 }
 136               else if (lex_match_id (lexer, "EXCLUDE"))
 137                 {
 138                   roc.exclude = MV_ANY;
 139                 }
 140               else
 141                 {
 142                   lex_error (lexer, NULL);
 143                   goto error;;
 144                 }
 145             }
 146         }
 147       else if (lex_match_id (lexer, "PLOT"))
 148         {
 149           lex_match (lexer, '=');
 150           if (lex_match_id (lexer, "CURVE"))
 151             {
 152               roc.curve = true;
 153               if (lex_match (lexer, '('))
 154                 {
 155                   roc.reference = true;
 156                   lex_force_match_id (lexer, "REFERENCE");
 157                   lex_force_match (lexer, ')');
 158                 }
 159             }
 160           else if (lex_match_id (lexer, "NONE"))
 161             {
 162               roc.curve = false;
 163             }
 164           else
 165             {
 166               lex_error (lexer, NULL);
 167               goto error;;
 168             }
 169         }
 170       else if (lex_match_id (lexer, "PRINT"))
 171         {
 172           lex_match (lexer, '=');
 173           while (lex_token (lexer) != '.' && lex_token (lexer) != '/')
 174             {
 175               if (lex_match_id (lexer, "SE"))
 176                 {
 177                   roc.print_se = true;
 178                 }
 179               else if (lex_match_id (lexer, "COORDINATES"))
 180                 {
 181                   roc.print_coords = true;
 182                 }
 183               else
 184                 {
 185                   lex_error (lexer, NULL);
 186                   goto error;;
 187                 }
 188             }
 189         }
 190       else if (lex_match_id (lexer, "CRITERIA"))
 191         {
 192           lex_match (lexer, '=');
 193           while (lex_token (lexer) != '.' && lex_token (lexer) != '/')
 194             {
 195               if (lex_match_id (lexer, "CUTOFF"))
 196                 {
 197                   lex_force_match (lexer, '(');
 198                   if (lex_match_id (lexer, "INCLUDE"))
 199                     {
 200                       roc.exclude = MV_SYSTEM;
 201                     }
 202                   else if (lex_match_id (lexer, "EXCLUDE"))
 203                     {
 204                       roc.exclude = MV_USER | MV_SYSTEM;
 205                     }
 206                   else
 207                     {
 208                       lex_error (lexer, NULL);
 209                       goto error;;
 210                     }
 211                   lex_force_match (lexer, ')');
 212                 }
 213               else if (lex_match_id (lexer, "TESTPOS"))
 214                 {
 215                   lex_force_match (lexer, '(');
 216                   if (lex_match_id (lexer, "LARGE"))
 217                     {
 218                       roc.invert = false;
 219                     }
 220                   else if (lex_match_id (lexer, "SMALL"))
 221                     {
 222                       roc.invert = true;
 223                     }
 224                   else
 225                     {
 226                       lex_error (lexer, NULL);
 227                       goto error;;
 228                     }
 229                   lex_force_match (lexer, ')');
 230                 }
 231               else if (lex_match_id (lexer, "CI"))
 232                 {
 233                   lex_force_match (lexer, '(');
 234                   lex_force_num (lexer);
 235                   roc.ci = lex_number (lexer);
 236                   lex_get (lexer);
 237                   lex_force_match (lexer, ')');
 238                 }
 239               else if (lex_match_id (lexer, "DISTRIBUTION"))
 240                 {
 241                   lex_force_match (lexer, '(');
 242                   if (lex_match_id (lexer, "FREE"))
 243                     {
 244                       roc.bi_neg_exp = false;
 245                     }
 246                   else if (lex_match_id (lexer, "NEGEXPO"))
 247                     {
 248                       roc.bi_neg_exp = true;
 249                     }
 250                   else
 251                     {
 252                       lex_error (lexer, NULL);
 253                       goto error;;
 254                     }
 255                   lex_force_match (lexer, ')');
 256                 }
 257               else
 258                 {
 259                   lex_error (lexer, NULL);
 260                   goto error;;
 261                 }
 262             }
 263         }
 264       else
 265         {
 266           lex_error (lexer, NULL);
 267           break;
 268         }
 269     }
 270
 271   if ( ! run_roc (ds, &roc))
 272     goto error;;
 273
 274   return CMD_SUCCESS;
 275
 276  error:
 277   free (roc.vars);
 278   return CMD_FAILURE;
 279 }
 280
 281
 282
 283
 284 static void
 285 do_roc (struct cmd_roc *roc, struct casereader *group, struct dictionary *dict);
 286
 287
 288 static int
 289 run_roc (struct dataset *ds, struct cmd_roc *roc)
 290 {
 291   struct dictionary *dict = dataset_dict (ds);
 292   bool ok;
 293   struct casereader *group;
 294
 295   struct casegrouper *grouper = casegrouper_create_splits (proc_open (ds), dict);
 296   while (casegrouper_get_next_group (grouper, &group))
 297     {
 298       do_roc (roc, group, dataset_dict (ds));
 299     }
 300   ok = casegrouper_destroy (grouper);
 301   ok = proc_commit (ds) && ok;
 302
 303   return ok;
 304 }
 305
 306 #if 0
 307 static void
 308 dump_casereader (struct casereader *reader)
 309 {
 310   struct ccase *c;
 311   struct casereader *r = casereader_clone (reader);
 312
 313   for ( ; (c = casereader_read (r) ); case_unref (c))
 314     {
 315       int i;
 316       for (i = 0 ; i < case_get_value_cnt (c); ++i)
 317         {
 318           printf ("%g ", case_data_idx (c, i)->f);
 319         }
 320       printf ("\n");
 321     }
 322
 323   casereader_destroy (r);
 324 }
 325 #endif
 326
 327 static bool
 328 match_positives (const struct ccase *c, void *aux)
 329 {
 330   struct cmd_roc *roc = aux;
 331   const struct variable *wv = dict_get_weight (roc->dict);
 332   const double weight = wv ? case_data (c, wv)->f : 1.0;
 333
 334   bool positive = ( 0 == value_compare_3way (case_data (c, roc->state_var),
 335                                   &roc->state_value,
 336                                              var_get_width (roc->state_var)));
 337
 338   if ( positive )
 339     {
 340       roc->pos++;
 341       roc->pos_weighted += weight;
 342     }
 343   else
 344     {
 345       roc->neg++;
 346       roc->neg_weighted += weight;
 347     }
 348
 349   return positive;
 350 }
 351
 352
 353 #define VALUE  0
 354 #define N_EQ   1
 355 #define N_PRED 2
 356
 357 struct roc_state
 358 {
 359   double auc;
 360
 361   double n1;
 362   double n2;
 363
 364   double q1hat;
 365   double q2hat;
 366
 367   struct casewriter *cutpoint_wtr;
 368   struct casereader *cutpoint_rdr;
 369   double prev_result;
 370   double min;
 371   double max;
 372 };
 373
 374
 375
 376 #define CUTPOINT 0
 377 #define TP 1
 378 #define FN 2
 379 #define TN 3
 380 #define FP 4
 381
 382
 383 static struct casereader *
 384 accumulate_counts (struct casereader *cutpoint_rdr,
 385                    double result, double weight,
 386                    bool (*pos_cond) (double, double),
 387                    int true_index, int false_index)
 388 {
 389   const struct caseproto *proto = casereader_get_proto (cutpoint_rdr);
 390   struct casewriter *w =
 391     autopaging_writer_create (proto);
 392   struct casereader *r = casereader_clone (cutpoint_rdr);
 393   struct ccase *cpc;
 394   double prev_cp = SYSMIS;
 395
 396
 397   for ( ; (cpc = casereader_read (r) ); case_unref (cpc))
 398     {
 399       struct ccase *new_case;
 400       const double cp = case_data_idx (cpc, CUTPOINT)->f;
 401
 402       /* We don't want duplicates here */
 403       if ( cp == prev_cp )
 404         continue;
 405
 406       new_case = case_clone (cpc);
 407
 408       if ( pos_cond (result, cp))
 409         {
 410           case_data_rw_idx (new_case, true_index)->f += weight;
 411         }
 412       else
 413         {
 414           case_data_rw_idx (new_case, false_index)->f += weight;
 415         }
 416
 417       prev_cp = cp;
 418
 419       casewriter_write (w, new_case);
 420     }
 421   casereader_destroy (r);
 422
 423   return casewriter_make_reader (w);
 424 }
 425
 426
 427
 428 static void output_roc (struct roc_state *rs, const struct cmd_roc *roc);
 429
 430
 431 static struct casereader *
 432 process_group (const struct variable *var, struct casereader *reader,
 433                bool (*pred) (double, double),
 434                const struct dictionary *dict,
 435                double *cc,
 436                struct casereader **cutpoint_rdr,
 437                bool (*pos_cond) (double, double),
 438                int true_index,
 439                int false_index)
 440 {
 441   const struct variable *w = dict_get_weight (dict);
 442
 443   struct casereader *r1 =
 444     casereader_create_distinct (sort_execute_1var (reader, var), var, w);
 445
 446   const int weight_idx  = w ? var_get_case_index (w) :
 447     caseproto_get_n_widths (casereader_get_proto (r1)) - 1;
 448
 449   struct ccase *c1;
 450
 451   struct casereader *rclone = casereader_clone (r1);
 452   struct casewriter *wtr;
 453   struct caseproto *proto = caseproto_create ();
 454
 455   proto = caseproto_add_width (proto, 0);
 456   proto = caseproto_add_width (proto, 0);
 457   proto = caseproto_add_width (proto, 0);
 458
 459   wtr = autopaging_writer_create (proto);
 460
 461   *cc = 0;
 462
 463   for ( ; (c1 = casereader_read (r1) ); case_unref (c1))
 464     {
 465       struct ccase *new_case = case_create (proto);
 466       struct ccase *c2;
 467       struct casereader *r2 = casereader_clone (rclone);
 468
 469       const double weight1 = case_data_idx (c1, weight_idx)->f;
 470       const double d1 = case_data (c1, var)->f;
 471       double n_eq = 0.0;
 472       double n_pred = 0.0;
 473
 474       *cutpoint_rdr = accumulate_counts (*cutpoint_rdr, d1, weight1,
 475                                          pos_cond,
 476                                          true_index, false_index);
 477
 478       *cc += weight1;
 479
 480       for ( ; (c2 = casereader_read (r2) ); case_unref (c2))
 481         {
 482           const double d2 = case_data (c2, var)->f;
 483           const double weight2 = case_data_idx (c2, weight_idx)->f;
 484
 485           if ( d1 == d2 )
 486             {
 487               n_eq += weight2;
 488               continue;
 489             }
 490           else  if ( pred (d2, d1))
 491             {
 492               n_pred += weight2;
 493             }
 494         }
 495
 496       case_data_rw_idx (new_case, VALUE)->f = d1;
 497       case_data_rw_idx (new_case, N_EQ)->f = n_eq;
 498       case_data_rw_idx (new_case, N_PRED)->f = n_pred;
 499
 500       casewriter_write (wtr, new_case);
 501
 502       casereader_destroy (r2);
 503     }
 504
 505   casereader_destroy (r1);
 506   casereader_destroy (rclone);
 507
 508   return casewriter_make_reader (wtr);
 509 }
 510
 511 static bool
 512 gt (double d1, double d2)
 513 {
 514   return d1 > d2;
 515 }
 516
 517
 518 static bool
 519 ge (double d1, double d2)
 520 {
 521   return d1 > d2;
 522 }
 523
 524 static bool
 525 lt (double d1, double d2)
 526 {
 527   return d1 < d2;
 528 }
 529
 530 static struct casereader *
 531 process_positive_group (const struct variable *var, struct casereader *reader,
 532                         const struct dictionary *dict,
 533                         struct roc_state *rs)
 534 {
 535   return process_group (var, reader, gt, dict, &rs->n1,
 536                         &rs->cutpoint_rdr,
 537                         ge,
 538                         TP, FN);
 539 }
 540
 541
 542 static struct casereader *
 543 process_negative_group (const struct variable *var, struct casereader *reader,
 544                         const struct dictionary *dict,
 545                         struct roc_state *rs)
 546 {
 547   return process_group (var, reader, lt, dict, &rs->n2,
 548                         &rs->cutpoint_rdr,
 549                         lt,
 550                         TN, FP);
 551 }
 552
 553
 554
 555
 556 static void
 557 append_cutpoint (struct casewriter *writer, double cutpoint)
 558 {
 559   struct ccase *cc = case_create (casewriter_get_proto (writer));
 560
 561   case_data_rw_idx (cc, CUTPOINT)->f = cutpoint;
 562   case_data_rw_idx (cc, TP)->f = 0;
 563   case_data_rw_idx (cc, FN)->f = 0;
 564   case_data_rw_idx (cc, TN)->f = 0;
 565   case_data_rw_idx (cc, FP)->f = 0;
 566
 567
 568   casewriter_write (writer, cc);
 569 }
 570
 571
 572 /* Prepare the cutpoints */
 573 static void
 574 prepare_cutpoints (struct cmd_roc *roc, struct roc_state *rs, struct casereader *input)
 575 {
 576   int i;
 577   struct casereader *r = casereader_clone (input);
 578   struct ccase *c;
 579   struct caseproto *proto = caseproto_create ();
 580
 581   struct subcase ordering;
 582   subcase_init (&ordering, CUTPOINT, 0, SC_ASCEND);
 583
 584   proto = caseproto_add_width (proto, 0); /* cutpoint */
 585   proto = caseproto_add_width (proto, 0); /* TP */
 586   proto = caseproto_add_width (proto, 0); /* FN */
 587   proto = caseproto_add_width (proto, 0); /* TN */
 588   proto = caseproto_add_width (proto, 0); /* FP */
 589
 590   for (i = 0 ; i < roc->n_vars; ++i)
 591     {
 592       rs[i].cutpoint_wtr = sort_create_writer (&ordering, proto);
 593       rs[i].prev_result = SYSMIS;
 594       rs[i].max = -DBL_MAX;
 595       rs[i].min = DBL_MAX;
 596     }
 597
 598   for (; (c = casereader_read (r)) != NULL; case_unref (c))
 599     {
 600       for (i = 0 ; i < roc->n_vars; ++i)
 601         {
 602           const union value *v = case_data (c, roc->vars[i]);
 603           const double result = v->f;
 604
 605           if ( mv_is_value_missing (var_get_missing_values (roc->vars[i]), v, roc->exclude))
 606             continue;
 607
 608           minimize (&rs[i].min, result);
 609           maximize (&rs[i].max, result);
 610
 611           if ( rs[i].prev_result != SYSMIS && rs[i].prev_result != result )
 612             {
 613               const double mean = (result + rs[i].prev_result ) / 2.0;
 614               append_cutpoint (rs[i].cutpoint_wtr, mean);
 615             }
 616
 617           rs[i].prev_result = result;
 618         }
 619     }
 620   casereader_destroy (r);
 621
 622
 623   /* Append the min and max cutpoints */
 624   for (i = 0 ; i < roc->n_vars; ++i)
 625     {
 626       append_cutpoint (rs[i].cutpoint_wtr, rs[i].min - 1);
 627       append_cutpoint (rs[i].cutpoint_wtr, rs[i].max + 1);
 628
 629       rs[i].cutpoint_rdr = casewriter_make_reader (rs[i].cutpoint_wtr);
 630     }
 631 }
 632
 633 static void
 634 do_roc (struct cmd_roc *roc, struct casereader *reader, struct dictionary *dict)
 635 {
 636   int i;
 637
 638   struct roc_state *rs = xcalloc (roc->n_vars, sizeof *rs);
 639
 640   struct casereader *negatives = NULL;
 641   struct casereader *positives = NULL;
 642
 643   struct caseproto *n_proto = caseproto_create ();
 644
 645   struct subcase up_ordering;
 646   struct subcase down_ordering;
 647
 648   struct casewriter *neg_wtr = NULL;
 649
 650   struct casereader *input = casereader_create_filter_missing (reader,
 651                                                                roc->vars, roc->n_vars,
 652                                                                roc->exclude,
 653                                                                NULL,
 654                                                                NULL);
 655
 656   input = casereader_create_filter_missing (input,
 657                                             &roc->state_var, 1,
 658                                             roc->exclude,
 659                                             NULL,
 660                                             NULL);
 661
 662   neg_wtr = autopaging_writer_create (casereader_get_proto (input));
 663
 664   prepare_cutpoints (roc, rs, input);
 665
 666   positives =
 667     casereader_create_filter_func (input,
 668                                    match_positives,
 669                                    NULL,
 670                                    roc,
 671                                    neg_wtr);
 672
 673   n_proto = caseproto_create ();
 674
 675   n_proto = caseproto_add_width (n_proto, 0);
 676   n_proto = caseproto_add_width (n_proto, 0);
 677   n_proto = caseproto_add_width (n_proto, 0);
 678   n_proto = caseproto_add_width (n_proto, 0);
 679   n_proto = caseproto_add_width (n_proto, 0);
 680
 681   subcase_init (&up_ordering, VALUE, 0, SC_ASCEND);
 682   subcase_init (&down_ordering, VALUE, 0, SC_DESCEND);
 683
 684   for (i = 0 ; i < roc->n_vars; ++i)
 685     {
 686       struct casewriter *w = NULL;
 687       struct casereader *r = NULL;
 688
 689       struct ccase *c;
 690
 691       struct ccase *cpos;
 692       struct casereader *n_neg ;
 693       const struct variable *var = roc->vars[i];
 694
 695       struct casereader *neg ;
 696       struct casereader *pos = casereader_clone (positives);
 697
 698       struct casereader *n_pos =
 699         process_positive_group (var, pos, dict, &rs[i]);
 700
 701       if ( negatives == NULL)
 702         {
 703           negatives = casewriter_make_reader (neg_wtr);
 704         }
 705
 706       neg = casereader_clone (negatives);
 707
 708       n_neg = process_negative_group (var, neg, dict, &rs[i]);
 709
 710       w = sort_create_writer (&up_ordering, n_proto);
 711       for ( ; (cpos = casereader_read (n_pos) ); case_unref (cpos))
 712         {
 713           struct ccase *pos_case = case_create (n_proto);
 714           struct ccase *cneg;
 715           const double jpos = case_data_idx (cpos, VALUE)->f;
 716
 717           while ((cneg = casereader_read (n_neg)))
 718             {
 719               struct ccase *nc = case_create (n_proto);
 720
 721               const double jneg = case_data_idx (cneg, VALUE)->f;
 722
 723               case_data_rw_idx (nc, VALUE)->f = jneg;
 724               case_data_rw_idx (nc, N_EQ)->f = 0;
 725
 726               case_data_rw_idx (nc, N_PRED)->f = SYSMIS;
 727
 728               *case_data_rw_idx (nc, 3) = *case_data_idx (cneg, N_EQ);
 729               *case_data_rw_idx (nc, 4) = *case_data_idx (cneg, N_PRED);
 730
 731               casewriter_write (w, nc);
 732
 733               case_unref (cneg);
 734               if ( jneg > jpos)
 735                 break;
 736             }
 737
 738           case_data_rw_idx (pos_case, VALUE)->f = jpos;
 739           *case_data_rw_idx (pos_case, N_EQ) = *case_data_idx (cpos, N_EQ);
 740           *case_data_rw_idx (pos_case, N_PRED) = *case_data_idx (cpos, N_PRED);
 741           case_data_rw_idx (pos_case, 3)->f = 0;
 742           case_data_rw_idx (pos_case, 4)->f = SYSMIS;
 743
 744           casewriter_write (w, pos_case);
 745         }
 746
 747       r = casewriter_make_reader (w);
 748
 749       {
 750         double prev_pos_gt = rs[i].n1;
 751         w = sort_create_writer (&down_ordering, n_proto);
 752
 753         for ( ; (c = casereader_read (r) ); case_unref (c))
 754           {
 755             double n_pos_gt = case_data_idx (c, N_PRED)->f;
 756             struct ccase *nc = case_clone (c);
 757
 758             if ( n_pos_gt == SYSMIS)
 759               {
 760                 n_pos_gt = prev_pos_gt;
 761                 case_data_rw_idx (nc, N_PRED)->f = n_pos_gt;
 762               }
 763
 764             casewriter_write (w, nc);
 765             prev_pos_gt = n_pos_gt;
 766           }
 767
 768         r = casewriter_make_reader (w);
 769       }
 770
 771       {
 772         double prev_neg_lt = rs[i].n2;
 773         w = sort_create_writer (&up_ordering, n_proto);
 774
 775         for ( ; (c = casereader_read (r) ); case_unref (c))
 776           {
 777             double n_neg_lt = case_data_idx (c, 4)->f;
 778             struct ccase *nc = case_clone (c);
 779
 780             if ( n_neg_lt == SYSMIS)
 781               {
 782                 n_neg_lt = prev_neg_lt;
 783                 case_data_rw_idx (nc, 4)->f = n_neg_lt;
 784               }
 785
 786             casewriter_write (w, nc);
 787             prev_neg_lt = n_neg_lt;
 788           }
 789
 790         r = casewriter_make_reader (w);
 791       }
 792
 793       {
 794         struct ccase *prev_case = NULL;
 795         for ( ; (c = casereader_read (r) ); case_unref (c))
 796           {
 797             const struct ccase *next_case = casereader_peek (r, 0);
 798
 799             const double j = case_data_idx (c, VALUE)->f;
 800             double n_pos_eq = case_data_idx (c, N_EQ)->f;
 801             double n_pos_gt = case_data_idx (c, N_PRED)->f;
 802             double n_neg_eq = case_data_idx (c, 3)->f;
 803             double n_neg_lt = case_data_idx (c, 4)->f;
 804
 805             if ( prev_case && j == case_data_idx (prev_case, VALUE)->f)
 806               {
 807                 if ( 0 ==  case_data_idx (c, N_EQ)->f)
 808                   {
 809                     n_pos_eq = case_data_idx (prev_case, N_EQ)->f;
 810                     n_pos_gt = case_data_idx (prev_case, N_PRED)->f;
 811                   }
 812
 813                 if ( 0 ==  case_data_idx (c, 3)->f)
 814                   {
 815                     n_neg_eq = case_data_idx (prev_case, 3)->f;
 816                     n_neg_lt = case_data_idx (prev_case, 4)->f;
 817                   }
 818               }
 819
 820             if ( NULL == next_case || j != case_data_idx (next_case, VALUE)->f)
 821               {
 822                 rs[i].auc += n_pos_gt * n_neg_eq + (n_pos_eq * n_neg_eq) / 2.0;
 823
 824                 rs[i].q1hat +=
 825                   n_neg_eq * ( pow2 (n_pos_gt) + n_pos_gt * n_pos_eq + pow2 (n_pos_eq) / 3.0);
 826                 rs[i].q2hat +=
 827                   n_pos_eq * ( pow2 (n_neg_lt) + n_neg_lt * n_neg_eq + pow2 (n_neg_eq) / 3.0);
 828
 829               }
 830
 831             case_unref (prev_case);
 832             prev_case = case_clone (c);
 833           }
 834
 835         rs[i].auc /=  rs[i].n1 * rs[i].n2;
 836         if ( roc->invert )
 837           rs[i].auc = 1 - rs[i].auc;
 838
 839         if ( roc->bi_neg_exp )
 840           {
 841             rs[i].q1hat = rs[i].auc / ( 2 - rs[i].auc);
 842             rs[i].q2hat = 2 * pow2 (rs[i].auc) / ( 1 + rs[i].auc);
 843           }
 844         else
 845           {
 846             rs[i].q1hat /= rs[i].n2 * pow2 (rs[i].n1);
 847             rs[i].q2hat /= rs[i].n1 * pow2 (rs[i].n2);
 848           }
 849       }
 850     }
 851
 852   casereader_destroy (positives);
 853   casereader_destroy (negatives);
 854
 855   output_roc (rs, roc);
 856
 857   free (rs);
 858 }
 859
 860 static void
 861 show_auc  (struct roc_state *rs, const struct cmd_roc *roc)
 862 {
 863   int i;
 864   const int n_fields = roc->print_se ? 5 : 1;
 865   const int n_cols = roc->n_vars > 1 ? n_fields + 1: n_fields;
 866   const int n_rows = 2 + roc->n_vars;
 867   struct tab_table *tbl = tab_create (n_cols, n_rows, 0);
 868
 869   if ( roc->n_vars > 1)
 870     tab_title (tbl, _("Area Under the Curve"));
 871   else
 872     tab_title (tbl, _("Area Under the Curve (%s)"), var_to_string (roc->vars[0]));
 873
 874   tab_headers (tbl, n_cols - n_fields, 0, 1, 0);
 875
 876   tab_dim (tbl, tab_natural_dimensions, NULL);
 877
 878   tab_text (tbl, n_cols - n_fields, 1, TAT_TITLE, _("Area"));
 879
 880   tab_hline (tbl, TAL_2, 0, n_cols - 1, 2);
 881
 882   tab_box (tbl,
 883            TAL_2, TAL_2,
 884            -1, TAL_1,
 885            0, 0,
 886            n_cols - 1,
 887            n_rows - 1);
 888
 889   if ( roc->print_se )
 890     {
 891       tab_text (tbl, n_cols - 4, 1, TAT_TITLE, _("Std. Error"));
 892       tab_text (tbl, n_cols - 3, 1, TAT_TITLE, _("Asymptotic Sig."));
 893
 894       tab_text (tbl, n_cols - 2, 1, TAT_TITLE, _("Lower Bound"));
 895       tab_text (tbl, n_cols - 1, 1, TAT_TITLE, _("Upper Bound"));
 896
 897       tab_joint_text (tbl, n_cols - 2, 0, 4, 0,
 898                       TAT_TITLE | TAB_CENTER | TAT_PRINTF,
 899                       _("Asymp. %g%% Confidence Interval"), roc->ci);
 900       tab_vline (tbl, 0, n_cols - 1, 0, 0);
 901       tab_hline (tbl, TAL_1, n_cols - 2, n_cols - 1, 1);
 902     }
 903
 904   if ( roc->n_vars > 1)
 905     tab_text (tbl, 0, 1, TAT_TITLE, _("Variable under test"));
 906
 907   if ( roc->n_vars > 1)
 908     tab_vline (tbl, TAL_2, 1, 0, n_rows - 1);
 909
 910
 911   for ( i = 0 ; i < roc->n_vars ; ++i )
 912     {
 913       tab_text (tbl, 0, 2 + i, TAT_TITLE, var_to_string (roc->vars[i]));
 914
 915       tab_double (tbl, n_cols - n_fields, 2 + i, 0, rs[i].auc, NULL);
 916
 917       if ( roc->print_se )
 918         {
 919           double se ;
 920           const double sd_0_5 = sqrt ((rs[i].n1 + rs[i].n2 + 1) /
 921                                       (12 * rs[i].n1 * rs[i].n2));
 922           double ci ;
 923           double yy ;
 924
 925           se = rs[i].auc * (1 - rs[i].auc) + (rs[i].n1 - 1) * (rs[i].q1hat - pow2 (rs[i].auc)) +
 926             (rs[i].n2 - 1) * (rs[i].q2hat - pow2 (rs[i].auc));
 927
 928           se /= rs[i].n1 * rs[i].n2;
 929
 930           se = sqrt (se);
 931
 932           tab_double (tbl, n_cols - 4, 2 + i, 0,
 933                       se,
 934                       NULL);
 935
 936           ci = 1 - roc->ci / 100.0;
 937           yy = gsl_cdf_gaussian_Qinv (ci, se) ;
 938
 939           tab_double (tbl, n_cols - 2, 2 + i, 0,
 940                       rs[i].auc - yy,
 941                       NULL);
 942
 943           tab_double (tbl, n_cols - 1, 2 + i, 0,
 944                       rs[i].auc + yy,
 945                       NULL);
 946
 947           tab_double (tbl, n_cols - 3, 2 + i, 0,
 948                       2.0 * gsl_cdf_ugaussian_Q (fabs ((rs[i].auc - 0.5 ) / sd_0_5)),
 949                       NULL);
 950         }
 951     }
 952
 953   tab_submit (tbl);
 954 }
 955
 956
 957 static void
 958 show_summary (const struct cmd_roc *roc)
 959 {
 960   const int n_cols = 3;
 961   const int n_rows = 4;
 962   struct tab_table *tbl = tab_create (n_cols, n_rows, 0);
 963
 964   tab_title (tbl, _("Case Summary"));
 965
 966   tab_headers (tbl, 1, 0, 2, 0);
 967
 968   tab_dim (tbl, tab_natural_dimensions, NULL);
 969
 970   tab_box (tbl,
 971            TAL_2, TAL_2,
 972            -1, -1,
 973            0, 0,
 974            n_cols - 1,
 975            n_rows - 1);
 976
 977   tab_hline (tbl, TAL_2, 0, n_cols - 1, 2);
 978   tab_vline (tbl, TAL_2, 1, 0, n_rows - 1);
 979
 980
 981   tab_hline (tbl, TAL_2, 1, n_cols - 1, 1);
 982   tab_vline (tbl, TAL_1, 2, 1, n_rows - 1);
 983
 984
 985   tab_text (tbl, 0, 1, TAT_TITLE | TAB_LEFT, var_to_string (roc->state_var));
 986   tab_text (tbl, 1, 1, TAT_TITLE, _("Unweighted"));
 987   tab_text (tbl, 2, 1, TAT_TITLE, _("Weighted"));
 988
 989   tab_joint_text (tbl, 1, 0, 2, 0,
 990                   TAT_TITLE | TAB_CENTER,
 991                   _("Valid N (listwise)"));
 992
 993
 994   tab_text (tbl, 0, 2, TAB_LEFT, _("Positive"));
 995   tab_text (tbl, 0, 3, TAB_LEFT, _("Negative"));
 996
 997
 998   tab_double (tbl, 1, 2, 0, roc->pos, &F_8_0);
 999   tab_double (tbl, 1, 3, 0, roc->neg, &F_8_0);
1000
1001   tab_double (tbl, 2, 2, 0, roc->pos_weighted, 0);
1002   tab_double (tbl, 2, 3, 0, roc->neg_weighted, 0);
1003
1004   tab_submit (tbl);
1005 }
1006
1007
1008 static void
1009 show_coords (struct roc_state *rs, const struct cmd_roc *roc)
1010 {
1011   int x = 1;
1012   int i;
1013   const int n_cols = roc->n_vars > 1 ? 4 : 3;
1014   int n_rows = 1;
1015   struct tab_table *tbl ;
1016
1017   for (i = 0; i < roc->n_vars; ++i)
1018     n_rows += casereader_count_cases (rs[i].cutpoint_rdr);
1019
1020   tbl = tab_create (n_cols, n_rows, 0);
1021
1022   if ( roc->n_vars > 1)
1023     tab_title (tbl, _("Coordinates of the Curve"));
1024   else
1025     tab_title (tbl, _("Coordinates of the Curve (%s)"), var_to_string (roc->vars[0]));
1026
1027
1028   tab_headers (tbl, 1, 0, 1, 0);
1029
1030   tab_dim (tbl, tab_natural_dimensions, NULL);
1031
1032   tab_hline (tbl, TAL_2, 0, n_cols - 1, 1);
1033
1034   if ( roc->n_vars > 1)
1035     tab_text (tbl, 0, 0, TAT_TITLE, _("Test variable"));
1036
1037   tab_text (tbl, n_cols - 3, 0, TAT_TITLE, _("Positive if greater than or equal to"));
1038   tab_text (tbl, n_cols - 2, 0, TAT_TITLE, _("Sensitivity"));
1039   tab_text (tbl, n_cols - 1, 0, TAT_TITLE, _("1 - Specificity"));
1040
1041   tab_box (tbl,
1042            TAL_2, TAL_2,
1043            -1, TAL_1,
1044            0, 0,
1045            n_cols - 1,
1046            n_rows - 1);
1047
1048   if ( roc->n_vars > 1)
1049     tab_vline (tbl, TAL_2, 1, 0, n_rows - 1);
1050
1051   for (i = 0; i < roc->n_vars; ++i)
1052     {
1053       struct ccase *cc;
1054       struct casereader *r = casereader_clone (rs[i].cutpoint_rdr);
1055
1056       if ( roc->n_vars > 1)
1057         tab_text (tbl, 0, x, TAT_TITLE, var_to_string (roc->vars[i]));
1058
1059       if ( i > 0)
1060         tab_hline (tbl, TAL_1, 0, n_cols - 1, x);
1061
1062
1063       for (; (cc = casereader_read (r)) != NULL;
1064            case_unref (cc), x++)
1065         {
1066           const double se = case_data_idx (cc, TP)->f /
1067             (
1068              case_data_idx (cc, TP)->f
1069              +
1070              case_data_idx (cc, FN)->f
1071              );
1072
1073           const double sp = case_data_idx (cc, TN)->f /
1074             (
1075              case_data_idx (cc, TN)->f
1076              +
1077              case_data_idx (cc, FP)->f
1078              );
1079
1080           tab_double (tbl, n_cols - 3, x, 0, case_data_idx (cc, CUTPOINT)->f,
1081                       var_get_print_format (roc->vars[i]));
1082
1083           tab_double (tbl, n_cols - 2, x, 0, se, NULL);
1084           tab_double (tbl, n_cols - 1, x, 0, 1 - sp, NULL);
1085         }
1086
1087       casereader_destroy (r);
1088     }
1089
1090   tab_submit (tbl);
1091 }
1092
1093
1094 static void
1095 draw_roc (struct roc_state *rs, const struct cmd_roc *roc)
1096 {
1097   int i;
1098
1099   struct chart *roc_chart = chart_create ();
1100
1101   chart_write_title (roc_chart, _("ROC Curve"));
1102   chart_write_xlabel (roc_chart, _("1 - Specificity"));
1103   chart_write_ylabel (roc_chart, _("Sensitivity"));
1104
1105   chart_write_xscale (roc_chart, 0, 1, 5);
1106   chart_write_yscale (roc_chart, 0, 1, 5);
1107
1108   if ( roc->reference )
1109     {
1110       chart_line (roc_chart, 1.0, 0,
1111                   0.0, 1.0,
1112                   CHART_DIM_X);
1113     }
1114
1115   for (i = 0; i < roc->n_vars; ++i)
1116     {
1117       struct ccase *cc;
1118       struct casereader *r = casereader_clone (rs[i].cutpoint_rdr);
1119
1120       chart_vector_start (roc_chart, var_get_name (roc->vars[i]));
1121       for (; (cc = casereader_read (r)) != NULL;
1122            case_unref (cc))
1123         {
1124           double se = case_data_idx (cc, TP)->f;
1125           double sp = case_data_idx (cc, TN)->f;
1126
1127           se /= case_data_idx (cc, FN)->f +
1128             case_data_idx (cc, TP)->f ;
1129
1130           sp /= case_data_idx (cc, TN)->f +
1131             case_data_idx (cc, FP)->f ;
1132
1133           chart_vector (roc_chart, 1 - sp, se);
1134         }
1135       chart_vector_end (roc_chart);
1136       casereader_destroy (r);
1137     }
1138
1139   chart_write_legend (roc_chart);
1140
1141   chart_submit (roc_chart);
1142 }
1143
1144
1145 static void
1146 output_roc (struct roc_state *rs, const struct cmd_roc *roc)
1147 {
1148   show_summary (roc);
1149
1150   if ( roc->curve )
1151     draw_roc (rs, roc);
1152
1153   show_auc (rs, roc);
1154
1155
1156   if ( roc->print_coords )
1157     show_coords (rs, roc);
1158 }
1159