fixed computation of sample covariance
authorJason Stover <jhs@math.gcsu.edu>
Sat, 15 Jul 2006 20:24:17 +0000 (20:24 +0000)
committerJason Stover <jhs@math.gcsu.edu>
Sat, 15 Jul 2006 20:24:17 +0000 (20:24 +0000)
src/math/ts/ChangeLog
src/math/ts/innovations.c

index 0fbeb23e0856b4d9b5d48efac806b8438602c0c3..d40070a0fffcbd25514b5b7905d3e489eefd3057 100644 (file)
@@ -1,3 +1,11 @@
+2006-07-15  Jason Stover  <jhs@math.gcsu.edu>
+
+       * innovations.c (get_covariance): Fixed computation of
+       covariance. Made COV[i] the lag i covariance.
+       (update_cov): New function.
+       (get_covariance): Use gsl_vector_view's to get rows of correct
+       lag.
+
 2006-07-14  Jason Stover  <jhs@math.gcsu.edu>
 
        * innovations.c (innovations_struct_init): Fix initialization of
index 75b88d6cb4d9bfbd0f9a73b4b734bd0d7464cbbd..089665acb94bd9ee54b8914f7a472c72af10dd31 100644 (file)
@@ -38,8 +38,8 @@
 #include <math/ts/innovations.h>
 
 static void
-get_mean_variance (const gsl_matrix *data,
-                  struct innovations_estimate **est)
+get_mean (const gsl_matrix *data,
+         struct innovations_estimate **est)
                   
 {
   size_t n;
@@ -49,9 +49,8 @@ get_mean_variance (const gsl_matrix *data,
 
   for (n = 0; n < data->size2; n++)
     {
-      est[n]->n_obs = 2.0;
+      est[n]->n_obs = 0.0;
       est[n]->mean = 0.0;
-      est[n]->variance = 0.0;
     }
   for (i = 0; i < data->size1; i++)
     {
@@ -60,20 +59,36 @@ get_mean_variance (const gsl_matrix *data,
          tmp = gsl_matrix_get (data, i, n);
          if (!gsl_isnan (tmp))
            {
+             est[n]->n_obs += 1.0;
              d = (tmp - est[n]->mean) / est[n]->n_obs;
              est[n]->mean += d;
-             est[n]->variance += est[n]->n_obs * est[n]->n_obs * d * d;
-             est[n]->n_obs += 1.0;
            }
        }
     }
-  for (n = 0; n < data->size2; n++)
+}
+static void 
+update_cov (struct innovations_estimate **est, gsl_vector_const_view x,
+           gsl_vector_const_view y, size_t lag)
+{
+  size_t j;
+  double xj;
+  double yj;
+
+  for (j = 0; j < x.vector.size; j++)
     {
-      /* Maximum likelihood estimate of the variance. */
-      est[n]->variance /= est[n]->n_obs;
+      xj = gsl_vector_get (&x.vector, j);
+      yj = gsl_vector_get (&y.vector, j);
+      if (!gsl_isnan (xj))
+       {
+         if (!gsl_isnan (yj))
+           {
+             xj -= est[j]->mean;
+             yj -= est[j]->mean;
+             *(est[j]->cov + lag) += xj * yj;
+           }
+       }
     }
 }
-
 static int
 get_covariance (const gsl_matrix *data, 
                struct innovations_estimate **est, size_t max_lag)
@@ -81,42 +96,41 @@ get_covariance (const gsl_matrix *data,
   size_t lag;
   size_t j;
   size_t i;
-  double x;
-  double y;
   int rc = 1;
 
   assert (data != NULL);
   assert (est != NULL);
-  
+
+  for (j = 0; j < data->size2; j++)
+    {
+      for (lag = 0; lag <= max_lag; lag++)
+       {
+         *(est[j]->cov + lag) = 0.0;
+       }
+    }
+  /*
+    The rows are in the outer loop because a gsl_matrix is stored in
+    row-major order.
+   */
   for (i = 0; i < data->size1; i++)
     {
-      for (j = 0; j < data->size2; j++)
+      for (lag = 0; lag < max_lag && lag < data->size1 - i; lag++)
        {
-         x = gsl_matrix_get (data, i, j);
-
-         if (!gsl_isnan (x))
-           {
-             x -= est[j]->mean;
-             for (lag = 1; lag <= max_lag && lag < (data->size1 - i); lag++)
-               {
-                 y = gsl_matrix_get (data, i + lag, j);
-                 if (!gsl_isnan (y))
-                   {
-                     y -= est[j]->mean;
-                     *(est[j]->cov + lag - 1) += y * x;
-                     est[j]->n_obs += 1.0;
-                   }
-               }
-           }
+         update_cov (est, gsl_matrix_const_row (data, i), 
+                     gsl_matrix_const_row (data, i + lag), lag);
        }
     }
   for (j = 0; j < data->size2; j++)
     {
-      *(est[j]->cov + lag - 1) /= est[j]->n_obs;
+      for (lag = 0; lag <= max_lag; lag++)
+       {
+         *(est[j]->cov + lag) /= est[j]->n_obs;
+       }
     }
 
   return rc;
 }
+
 static double
 innovations_convolve (double **theta, struct innovations_estimate *est,
                      int i, int j)
@@ -140,7 +154,7 @@ innovations_update_scale (struct innovations_estimate *est, double *theta,
 
   if (i < (size_t) est->max_lag)
     {
-      result = est->variance;
+      result = est->cov[0];
       for (j = 0; j < i; j++)
        {
          k = i - j - 1;
@@ -236,22 +250,31 @@ get_coef (const gsl_matrix *data,
 }
 
 static void
-innovations_struct_init (struct innovations_estimate *est, size_t lag)
+innovations_struct_init (struct innovations_estimate *est, 
+                        const struct design_matrix *dm, 
+                        size_t lag)
 {
   size_t j;
 
   est->mean = 0.0;
-  est->variance = 0.0;
-  est->cov = xnmalloc (lag, sizeof (*est->cov));
+  /* COV[0] stores the lag 0 covariance (i.e., the variance), COV[1]
+     holds the lag-1 covariance, etc.
+   */
+  est->cov = xnmalloc (lag + 1, sizeof (*est->cov));
   est->scale = xnmalloc (lag + 1, sizeof (*est->scale));
-  est->coeff = xnmalloc (lag, sizeof (*est->coeff));
-  est->max_lag = (double) lag;
-  /* COV does not the variance (i.e., the lag 0 covariance). So COV[0]
-     holds the lag 1 covariance, COV[i] holds the lag i+1 covariance. */
+  est->coeff = xnmalloc (lag, sizeof (*est->coeff)); /* No intercept. */
+
+  /*
+    The loop below is an unusual use of PSPP_COEFF_INIT(). In a
+    typical model, one column of a DESIGN_MATRIX has one
+    coefficient. But in a time-series model, one column has many
+    coefficients.
+   */
   for (j = 0; j < lag; j++)
     {
-      est->coeff[j] = xmalloc (sizeof (*(est->coeff[j])));
+      pspp_coeff_init (est->coeff + j, dm);
     }
+  est->max_lag = (double) lag;
 }
       
 struct innovations_estimate ** 
@@ -265,10 +288,10 @@ pspp_innovations (const struct design_matrix *dm, size_t lag)
     {
       est[i] = xmalloc (sizeof *est[i]);
 /*       est[i]->variable = vars[i]; */
-      innovations_struct_init (est[i], lag);
+      innovations_struct_init (est[i], dm, lag);
     }
 
-  get_mean_variance (dm->m, est);
+  get_mean (dm->m, est);
   get_covariance (dm->m, est, lag);
   get_coef (dm->m, est, lag);