Categoricals.c: Call payload->destroy inside categoricals_done
[pspp] / src / math / categoricals.c
1 /* PSPP - a program for statistical analysis.
2    Copyright (C) 2009, 2010, 2011, 2012 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 "math/categoricals.h"
20 #include "math/interaction.h"
21
22 #include <stdio.h>
23
24 #include "data/case.h"
25 #include "data/value.h"
26 #include "data/variable.h"
27 #include "libpspp/array.h"
28 #include "libpspp/hmap.h"
29 #include "libpspp/pool.h"
30 #include "libpspp/str.h"
31 #include "libpspp/hash-functions.h"
32
33 #include "gl/xalloc.h"
34
35 #define CATEGORICALS_DEBUG 0
36
37 #define EFFECTS_CODING 1
38
39 struct value_node
40 {
41   struct hmap_node node;      /* Node in hash map. */
42
43   union value val;            /* The value */
44
45   int index;                  /* A zero based unique index for this value */
46 };
47
48 struct interaction_value
49 {
50   struct hmap_node node;      /* Node in hash map */
51
52   struct ccase *ccase;        /* A case (probably the first in the dataset) which matches this value */
53
54   double cc;        /* Total of the weights of cases matching this interaction */
55
56   void *user_data;            /* A pointer to data which the caller can store stuff */
57 };
58
59 static struct value_node *
60 lookup_value (const struct hmap *map, const union value *val, unsigned int hash, int width)
61 {
62   struct value_node *vn = NULL;
63   HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (vn, struct value_node, node, hash, map)
64     {
65       if (value_equal (&vn->val, val, width))
66         break;
67     }
68   
69   return vn;
70 }
71
72 struct variable_node
73 {
74   struct hmap_node node;      /* Node in hash map. */
75   const struct variable *var; /* The variable */
76
77   struct hmap valmap;         /* A map of value nodes */
78   int n_vals;                 /* Number of values for this variable */
79 };
80
81 static struct variable_node *
82 lookup_variable (const struct hmap *map, const struct variable *var, unsigned int hash)
83 {
84   struct variable_node *vn = NULL;
85   HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (vn, struct variable_node, node, hash, map)
86     {
87       if (vn->var == var)
88         break;
89       
90       fprintf (stderr, "Warning: Hash table collision\n");
91     }
92   
93   return vn;
94 }
95
96
97 struct interact_params
98 {
99   /* A map indexed by a interaction_value */
100   struct hmap ivmap;
101
102   const struct interaction *iact;
103
104   int base_subscript_short;
105   int base_subscript_long;
106
107   /* The number of distinct values of this interaction */
108   int n_cats;
109
110   /* An array of integers df_n * df_{n-1} * df_{n-2} ...
111      These are the products of the degrees of freedom for the current 
112      variable and all preceeding variables */
113   int *df_prod; 
114
115   double *enc_sum;
116
117   /* A map of interaction_values indexed by subscript */
118   struct interaction_value **reverse_interaction_value_map;
119
120   double cc;
121 };
122
123
124 /* Comparison function to sort the reverse_value_map in ascending order */
125 static int
126 compare_interaction_value_3way (const void *vn1_, const void *vn2_, const void *aux)
127 {
128   const struct interaction_value *const *vn1p = vn1_;
129   const struct interaction_value *const *vn2p = vn2_;
130
131   const struct interact_params *iap = aux;
132
133   return interaction_case_cmp_3way (iap->iact, (*vn1p)->ccase, (*vn2p)->ccase);
134 }
135
136 struct categoricals
137 {
138   /* The weight variable */
139   const struct variable *wv;
140
141   /* An array of interact_params */
142   struct interact_params *iap;
143
144   /* Map whose members are the union of the variables which comprise IAP */
145   struct hmap varmap;
146
147   /* The size of IAP. (ie, the number of interactions involved.) */
148   size_t n_iap;
149
150   /* The number of categorical variables which contain entries.
151      In the absence of missing values, this will be equal to N_IAP */
152   size_t n_vars;
153
154   size_t df_sum;
155
156   /* A map to enable the lookup of variables indexed by subscript.
157      This map considers only the N - 1 of the N variables.
158   */
159   int *reverse_variable_map_short;
160
161   /* Like the above, but uses all N variables */
162   int *reverse_variable_map_long;
163
164   size_t n_cats_total;
165
166   struct pool *pool;
167
168   /* Missing values to be excluded */
169   enum mv_class exclude;
170
171   const void *aux1;
172   void *aux2;
173
174   const struct payload *payload;
175 };
176
177 static void
178 categoricals_dump (const struct categoricals *cat)
179 {
180   if (CATEGORICALS_DEBUG)
181     {
182       int i;
183
184       printf ("Reverse Variable Map (short):\n");
185       for (i = 0; i < cat->df_sum; ++i)
186         {
187           printf (" %d", cat->reverse_variable_map_short[i]);
188         }
189       printf ("\n");
190
191       printf ("Reverse Variable Map (long):\n");
192       for (i = 0; i < cat->n_cats_total; ++i)
193         {
194           printf (" %d", cat->reverse_variable_map_long[i]);
195         }
196       printf ("\n");
197
198
199       printf ("Number of interactions %d\n", cat->n_iap);
200       for (i = 0 ; i < cat->n_iap; ++i)
201         {
202           int v;
203           struct string str;
204           const struct interact_params *iap = &cat->iap[i];
205           const struct interaction *iact = iap->iact;
206
207           ds_init_empty (&str);
208           interaction_to_string (iact, &str);
209
210           printf ("\nInteraction: %s (n: %d); ", ds_cstr (&str), iap->n_cats);
211           ds_destroy (&str);
212           printf ("Base subscript: %d\n", iap->base_subscript_short);
213
214           printf ("\t(");
215           for (v = 0; v < hmap_count (&iap->ivmap); ++v)
216             {
217               int vv;
218               const struct interaction_value *iv = iap->reverse_interaction_value_map[v];
219           
220               if (v > 0)  printf ("   ");
221               printf ("{");
222               for (vv = 0; vv < iact->n_vars; ++vv)
223                 {
224                   const struct variable *var = iact->vars[vv];
225                   const union value *val = case_data (iv->ccase, var);
226               
227                   printf ("%g", val->f);
228                   if (vv < iact->n_vars - 1)
229                     printf (", ");
230                 }
231               printf ("}");
232             }
233           printf (")\n");
234         }
235     }
236 }
237
238 void
239 categoricals_destroy (struct categoricals *cat)
240 {
241   struct variable_node *vn = NULL;
242   int i;
243   if (NULL == cat)
244     return;
245   for (i = 0; i < cat->n_iap; ++i)
246     {
247       struct interaction_value *iv = NULL;
248       /* Interate over each interaction value, and unref any cases that we reffed */
249       HMAP_FOR_EACH (iv, struct interaction_value, node, &cat->iap[i].ivmap)
250         {
251 #if 0
252           if (cat->payload)
253             cat->payload->destroy (cat->aux1, iv->user_data);
254 #endif
255           case_unref (iv->ccase);
256         }
257
258       free (cat->iap[i].enc_sum);
259       free (cat->iap[i].df_prod);
260       hmap_destroy (&cat->iap[i].ivmap);
261     }
262
263   /* Interate over each variable and delete its value map */
264   HMAP_FOR_EACH (vn, struct variable_node, node, &cat->varmap)
265     {
266       hmap_destroy (&vn->valmap);
267     }
268
269   hmap_destroy (&cat->varmap);
270
271   pool_destroy (cat->pool);
272
273   free (cat);
274 }
275
276
277
278 static struct interaction_value *
279 lookup_case (const struct hmap *map, const struct interaction *iact, const struct ccase *c)
280 {
281   struct interaction_value *iv = NULL;
282   size_t hash = interaction_case_hash (iact, c, 0);
283
284   HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (iv, struct interaction_value, node, hash, map)
285     {
286       if (interaction_case_equal (iact, c, iv->ccase))
287         break;
288
289       fprintf (stderr, "Warning: Hash table collision\n");
290     }
291
292   return iv;
293 }
294
295
296 struct categoricals *
297 categoricals_create (struct interaction *const*inter, size_t n_inter,
298                      const struct variable *wv, enum mv_class exclude)
299 {
300   size_t i;
301   struct categoricals *cat = xmalloc (sizeof *cat);
302   
303   cat->n_iap = n_inter;
304   cat->wv = wv;
305   cat->n_cats_total = 0;
306   cat->n_vars = 0;
307   cat->reverse_variable_map_short = NULL;
308   cat->reverse_variable_map_long = NULL;
309   cat->pool = pool_create ();
310   cat->exclude = exclude;
311   cat->payload = NULL;
312   cat->aux2 = NULL;
313
314   cat->iap = pool_calloc (cat->pool, cat->n_iap, sizeof *cat->iap);
315
316   hmap_init (&cat->varmap);
317   for (i = 0 ; i < cat->n_iap; ++i)
318     {
319       int v;
320       hmap_init (&cat->iap[i].ivmap);
321       cat->iap[i].iact = inter[i];
322       cat->iap[i].cc = 0.0;
323       for (v = 0; v < inter[i]->n_vars; ++v)
324         {
325           const struct variable *var = inter[i]->vars[v];
326           unsigned int hash = hash_pointer (var, 0);
327           struct variable_node *vn = lookup_variable (&cat->varmap, var, hash);
328           if (vn == NULL)
329             {
330               vn = pool_malloc (cat->pool, sizeof *vn);
331               vn->var = var;
332               vn->n_vals = 0;
333               hmap_init (&vn->valmap);
334
335               hmap_insert (&cat->varmap, &vn->node,  hash);
336             }
337         }
338     }
339
340   return cat;
341 }
342
343
344
345 void
346 categoricals_update (struct categoricals *cat, const struct ccase *c)
347 {
348   int i;
349   struct variable_node *vn = NULL;
350   const double weight = cat->wv ? case_data (c, cat->wv)->f : 1.0;
351
352   assert (NULL == cat->reverse_variable_map_short);
353   assert (NULL == cat->reverse_variable_map_long);
354
355   /* Interate over each variable, and add the value of that variable
356      to the appropriate map, if it's not already present. */
357   HMAP_FOR_EACH (vn, struct variable_node, node, &cat->varmap)
358     {
359       const int width = var_get_width (vn->var);
360       const union value *val = case_data (c, vn->var);
361       unsigned int hash = value_hash (val, width, 0);
362
363       struct value_node *valn = lookup_value (&vn->valmap, val, hash, width);
364       if (valn == NULL)
365         {
366           valn = pool_malloc (cat->pool, sizeof *valn);
367           valn->index = vn->n_vals++;
368           value_init (&valn->val, width);
369           value_copy (&valn->val, val, width);
370           hmap_insert (&vn->valmap, &valn->node, hash);
371         }
372     }     
373   
374   for (i = 0 ; i < cat->n_iap; ++i)
375     {
376       const struct interaction *iact = cat->iap[i].iact;
377
378       size_t hash;
379       struct interaction_value *node;
380
381       if ( interaction_case_is_missing (iact, c, cat->exclude))
382         continue;
383
384       hash = interaction_case_hash (iact, c, 0);
385       node = lookup_case (&cat->iap[i].ivmap, iact, c);
386
387       if ( NULL == node)
388         {
389           node = pool_malloc (cat->pool, sizeof *node);
390
391           node->ccase = case_ref (c);
392           node->cc = weight;
393
394           hmap_insert (&cat->iap[i].ivmap, &node->node, hash);
395
396           if (cat->payload) 
397             {
398               node->user_data = cat->payload->create (cat->aux1, cat->aux2);
399             }
400         }
401       else
402         {
403           node->cc += weight;
404         }
405       cat->iap[i].cc += weight;
406
407       if (cat->payload)
408         {
409           double weight = cat->wv ? case_data (c, cat->wv)->f : 1.0;
410           cat->payload->update (cat->aux1, cat->aux2, node->user_data, c, weight);
411         }
412
413     }
414 }
415
416 /* Return the number of categories (distinct values) for interction N */
417 size_t
418 categoricals_n_count (const struct categoricals *cat, size_t n)
419 {
420   return hmap_count (&cat->iap[n].ivmap);
421 }
422
423
424 size_t
425 categoricals_df (const struct categoricals *cat, size_t n)
426 {
427   const struct interact_params *iap = &cat->iap[n];
428   return iap->df_prod[iap->iact->n_vars - 1];
429 }
430
431
432 /* Return the total number of categories */
433 size_t
434 categoricals_n_total (const struct categoricals *cat)
435 {
436   if (!categoricals_is_complete (cat))
437     return 0;
438
439   return cat->n_cats_total;
440 }
441
442 size_t
443 categoricals_df_total (const struct categoricals *cat)
444 {
445   return cat->df_sum;
446 }
447
448 bool
449 categoricals_is_complete (const struct categoricals *cat)
450 {
451   return (NULL != cat->reverse_variable_map_short);
452 }
453
454
455 /* This function must be called *before* any call to categoricals_get_*_by subscript and
456  *after* all calls to categoricals_update */
457 bool
458 categoricals_done (const struct categoricals *cat_)
459 {
460   /* Implementation Note: Whilst this function is O(n) in cat->n_cats_total, in most
461      uses it will be more efficient that using a tree based structure, since it
462      is called only once, and means that subsequent lookups will be O(1).
463
464      1 call of O(n) + 10^9 calls of O(1) is better than 10^9 calls of O(log n).
465   */
466   struct categoricals *cat = CONST_CAST (struct categoricals *, cat_);
467   int v;
468   int i;
469   int idx_short = 0;
470   int idx_long = 0;
471   cat->df_sum = 0;
472   cat->n_cats_total = 0;
473
474   /* Calculate the degrees of freedom, and the number of categories */
475   for (i = 0 ; i < cat->n_iap; ++i)
476     {
477       int df = 1;
478       const struct interaction *iact = cat->iap[i].iact;
479
480       cat->iap[i].df_prod = iact->n_vars ? xcalloc (iact->n_vars, sizeof (int)) : NULL;
481
482       cat->iap[i].n_cats = 1;
483       
484       for (v = 0 ; v < iact->n_vars; ++v)
485         {
486           const struct variable *var = iact->vars[v];
487
488           struct variable_node *vn = lookup_variable (&cat->varmap, var, hash_pointer (var, 0));
489
490           if  (hmap_count (&vn->valmap) == 0)
491             return false;
492
493           cat->iap[i].df_prod[v] = df * (hmap_count (&vn->valmap) - 1);
494           df = cat->iap[i].df_prod[v];
495
496           cat->iap[i].n_cats *= hmap_count (&vn->valmap);
497         }
498
499       assert (v == iact->n_vars);
500       if (v > 0)
501         cat->df_sum += cat->iap[i].df_prod [v - 1];
502
503       cat->n_cats_total += cat->iap[i].n_cats;
504     }
505
506
507   cat->reverse_variable_map_short = pool_calloc (cat->pool,
508                                                  cat->df_sum,
509                                                  sizeof *cat->reverse_variable_map_short);
510
511   cat->reverse_variable_map_long = pool_calloc (cat->pool,
512                                                 cat->n_cats_total,
513                                                 sizeof *cat->reverse_variable_map_long);
514
515   for (i = 0 ; i < cat->n_iap; ++i)
516     {
517       struct interaction_value *ivn = NULL;
518       int x = 0;
519       int ii;
520       struct interact_params *iap = &cat->iap[i];
521
522       iap->base_subscript_short = idx_short;
523       iap->base_subscript_long = idx_long;
524
525       iap->reverse_interaction_value_map = pool_calloc (cat->pool, iap->n_cats,
526                                                         sizeof *iap->reverse_interaction_value_map);
527
528       HMAP_FOR_EACH (ivn, struct interaction_value, node, &iap->ivmap)
529         {
530           iap->reverse_interaction_value_map[x++] = ivn;
531
532         }
533
534       assert (x <= iap->n_cats);
535
536       /* For some purposes (eg CONTRASTS in ONEWAY) the values need to be sorted */
537       sort (iap->reverse_interaction_value_map, x, sizeof (*iap->reverse_interaction_value_map),
538             compare_interaction_value_3way, iap);
539
540       /* Fill the remaining values with null */
541       for (ii = x ; ii < iap->n_cats; ++ii)
542         iap->reverse_interaction_value_map[ii] = NULL;
543
544       /* Populate the reverse variable maps. */
545       if (iap->df_prod)
546         {
547           for (ii = 0; ii < iap->df_prod [iap->iact->n_vars - 1]; ++ii)
548             cat->reverse_variable_map_short[idx_short++] = i;
549         }
550
551       for (ii = 0; ii < iap->n_cats; ++ii)
552         cat->reverse_variable_map_long[idx_long++] = i;
553     }
554
555   assert (cat->n_vars <= cat->n_iap);
556
557   categoricals_dump (cat);
558
559   /* Tally up the sums for all the encodings */
560   for (i = 0 ; i < cat->n_iap; ++i)
561     {
562       int x, y;
563       struct interact_params *iap = &cat->iap[i];
564       const struct interaction *iact = iap->iact;
565
566       const int df = iap->df_prod ? iap->df_prod [iact->n_vars - 1] : 0;
567
568       iap->enc_sum = xcalloc (df, sizeof (*(iap->enc_sum)));
569
570       for (y = 0; y < hmap_count (&iap->ivmap); ++y)
571         {
572           struct interaction_value *iv = iap->reverse_interaction_value_map[y];
573           for (x = iap->base_subscript_short; x < iap->base_subscript_short + df ;++x)
574             {
575               const double bin = categoricals_get_code_for_case (cat, x, iv->ccase); \
576               iap->enc_sum [x - iap->base_subscript_short] += bin * iv->cc;
577             }
578           if (cat->payload && cat->payload->destroy)
579             cat->payload->destroy (cat->aux1, cat->aux2, iv->user_data);
580         }
581     }
582
583   return true;
584 }
585
586
587 static int
588 reverse_variable_lookup_short (const struct categoricals *cat, int subscript)
589 {
590   assert (cat->reverse_variable_map_short);
591   assert (subscript >= 0);
592   assert (subscript < cat->df_sum);
593
594   return cat->reverse_variable_map_short[subscript];
595 }
596
597 static int
598 reverse_variable_lookup_long (const struct categoricals *cat, int subscript)
599 {
600   assert (cat->reverse_variable_map_long);
601   assert (subscript >= 0);
602   assert (subscript < cat->n_cats_total);
603
604   return cat->reverse_variable_map_long[subscript];
605 }
606
607
608 /* Return the interaction corresponding to SUBSCRIPT */
609 const struct interaction *
610 categoricals_get_interaction_by_subscript (const struct categoricals *cat, int subscript)
611 {
612   int index = reverse_variable_lookup_short (cat, subscript);
613
614   return cat->iap[index].iact;
615 }
616
617 double
618 categoricals_get_weight_by_subscript (const struct categoricals *cat, int subscript)
619 {
620   int vindex = reverse_variable_lookup_short (cat, subscript);
621   const struct interact_params *vp = &cat->iap[vindex];
622
623   return vp->cc;
624 }
625
626 double
627 categoricals_get_sum_by_subscript (const struct categoricals *cat, int subscript)
628 {
629   int vindex = reverse_variable_lookup_short (cat, subscript);
630   const struct interact_params *vp = &cat->iap[vindex];
631
632   return   vp->enc_sum[subscript - vp->base_subscript_short];
633 }
634
635 /* Returns unity if the value in case C at SUBSCRIPT is equal to the category
636    for that subscript */
637 double
638 categoricals_get_code_for_case (const struct categoricals *cat, int subscript,
639                                 const struct ccase *c)
640 {
641   const struct interaction *iact = categoricals_get_interaction_by_subscript (cat, subscript);
642
643   const int i = reverse_variable_lookup_short (cat, subscript);
644
645   const int base_index = cat->iap[i].base_subscript_short;
646
647   int v;
648   double result = 1.0;
649
650   const struct interact_params *iap = &cat->iap[i];
651
652   double dfp = 1.0;
653   for (v = 0; v < iact->n_vars; ++v)
654     {
655       const struct variable *var = iact->vars[v];
656
657       const union value *val = case_data (c, var);
658       const int width = var_get_width (var);
659       const struct variable_node *vn = lookup_variable (&cat->varmap, var, hash_pointer (var, 0));
660
661       const unsigned int hash = value_hash (val, width, 0);
662       const struct value_node *valn = lookup_value (&vn->valmap, val, hash, width);
663
664       double bin = 1.0;
665
666       const double df = iap->df_prod[v] / dfp;
667
668       /* Translate the subscript into an index for the individual variable */
669       const int index = ((subscript - base_index) % iap->df_prod[v] ) / dfp;
670       dfp = iap->df_prod [v];
671
672 #if EFFECTS_CODING
673       if ( valn->index == df )
674         bin = -1.0;
675       else 
676 #endif
677         if ( valn->index  != index )
678           bin = 0;
679     
680       result *= bin;
681     }
682
683   return result;
684 }
685
686
687 size_t
688 categoricals_get_n_variables (const struct categoricals *cat)
689 {
690   printf ("%s\n", __FUNCTION__);
691   return cat->n_vars;
692 }
693
694
695 /* Return a case containing the set of values corresponding to 
696    the Nth Category of the IACTth interaction */
697 const struct ccase *
698 categoricals_get_case_by_category_real (const struct categoricals *cat, int iact, int n)
699 {
700   const struct interact_params *vp = &cat->iap[iact];
701   const struct interaction_value *vn = vp->reverse_interaction_value_map [n];
702
703   return vn->ccase;
704 }
705
706 /* Return a the user data corresponding to the Nth Category of the IACTth interaction. */
707 void *
708 categoricals_get_user_data_by_category_real (const struct categoricals *cat, int iact, int n)
709 {
710   const struct interact_params *vp = &cat->iap[iact];
711   const struct interaction_value *iv = vp->reverse_interaction_value_map [n];
712
713   return iv->user_data;
714 }
715
716
717
718 /* Return a case containing the set of values corresponding to SUBSCRIPT */
719 const struct ccase *
720 categoricals_get_case_by_category (const struct categoricals *cat, int subscript)
721 {
722   int vindex = reverse_variable_lookup_long (cat, subscript);
723   const struct interact_params *vp = &cat->iap[vindex];
724   const struct interaction_value *vn = vp->reverse_interaction_value_map [subscript - vp->base_subscript_long];
725
726   return vn->ccase;
727 }
728
729 void *
730 categoricals_get_user_data_by_category (const struct categoricals *cat, int subscript)
731 {
732   int vindex = reverse_variable_lookup_long (cat, subscript);
733   const struct interact_params *vp = &cat->iap[vindex];
734
735   const struct interaction_value *iv = vp->reverse_interaction_value_map [subscript - vp->base_subscript_long];
736   return iv->user_data;
737 }
738
739
740 \f
741
742 void
743 categoricals_set_payload (struct categoricals *cat, const struct payload *p,
744                           const void *aux1, void *aux2)
745 {
746   cat->payload = p;
747   cat->aux1 = aux1;
748   cat->aux2 = aux2;
749 }