8aaa16f9e0a684bca8333fee51d6c6874319a69b
[pspp] / src / math / histogram.c
1 /* PSPP - a program for statistical analysis.
2    Copyright (C) 2004, 2008, 2009, 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/histogram.h"
20
21 #include <gsl/gsl_histogram.h>
22 #include <math.h>
23
24 #include "data/settings.h"
25 #include "libpspp/message.h"
26 #include "libpspp/assertion.h"
27 #include "libpspp/cast.h"
28 #include "math/chart-geometry.h"
29
30 #include "gettext.h"
31 #define _(msgid) gettext (msgid)
32 #define N_(msgid) msgid
33
34
35 #include "gl/xalloc.h"
36
37 void
38 histogram_add (struct histogram *h, double y, double c)
39 {
40   struct statistic *stat = &h->parent;
41   stat->accumulate (stat, NULL, c, 0, y);
42 }
43
44 static void
45 acc (struct statistic *s, const struct ccase *cx UNUSED, double c, double cc UNUSED, double y)
46 {
47   struct histogram *hist = UP_CAST (s, struct histogram, parent);
48
49   gsl_histogram_accumulate (hist->gsl_hist, y, c);
50 }
51
52 static void
53 destroy (struct statistic *s)
54 {
55   struct histogram *h = UP_CAST (s, struct histogram, parent);
56   gsl_histogram_free (h->gsl_hist);
57   free (s);
58 }
59
60
61 /* Find a bin width which is adapted to the scaling of the x axis
62 In the example here, the binwidth is half of the tick interval.
63
64         binwidth
65          >   <
66      |....+....+....+.      .+....|
67    LOWER  1    2    3     N_TICKS
68         ^LOWDBL                 ^HIGHDBL
69
70 This only works, when the min and max value for the histogram are adapted
71 such that (max-min) is a multiple of the binwidth. Then the location of the
72 first bin has to be aligned to the ticks.
73 */
74 static int
75 hist_find_pretty_no_of_bins(double bin_width_in, double min, double max,
76                             double *adjusted_min, double *adjusted_max)
77 {
78   double lower, interval;
79   int n_ticks;
80   double binwidth;
81   int nbins;
82
83   chart_get_scale (max, min, &lower, &interval, &n_ticks);
84
85   if (bin_width_in >= 2 * interval)
86     {
87       binwidth = floor(bin_width_in/interval) * interval;
88       *adjusted_min = lower;
89     }
90   else if (bin_width_in >= 1.5 * interval)
91     {
92       binwidth = 1.5 * interval;
93       if (min < (lower + 0.5 * interval))
94         *adjusted_min = lower;
95       else
96         *adjusted_min = lower + 0.5 * interval;
97     }
98   else if (bin_width_in >= interval)
99     {
100       binwidth = interval;
101       *adjusted_min = lower;
102     }
103   else if (bin_width_in >= (2.0/3.0 * interval))
104     {
105       binwidth = (2.0/3.0 * interval);
106       if (min >= lower + binwidth)
107         *adjusted_min = lower + binwidth;
108       else
109         *adjusted_min = lower;
110     }
111   else
112     {
113       int i;
114       for(i = 2; bin_width_in < interval/i; i++);
115       binwidth = interval/i;
116       *adjusted_min = floor((min - lower)/binwidth)*binwidth + lower;
117     }
118
119   nbins = ceil((max-*adjusted_min)/binwidth);
120   *adjusted_max = nbins*binwidth + *adjusted_min;
121
122   /* adjusted_max should never be smaller than max but if it is equal
123      then the gsl_histogram will not add the cases which have max value */
124   if (*adjusted_max <= max)
125     {
126       *adjusted_max += binwidth;
127       nbins++;
128     }
129   assert (*adjusted_min <= min);
130
131   return nbins;
132 }
133
134
135 struct histogram *
136 histogram_create (double bin_width_in, double min, double max)
137 {
138   struct histogram *h;
139   struct statistic *stat;
140   int bins;
141   double adjusted_min, adjusted_max;
142
143   if (max == min)
144     {
145       msg (MW, _("Not creating histogram because the data contains less than 2 distinct values"));
146       return NULL;
147     }
148
149   assert (bin_width_in > 0);
150
151   bins = hist_find_pretty_no_of_bins(bin_width_in, min, max, &adjusted_min, &adjusted_max);
152
153   h = xmalloc (sizeof *h);
154
155   h->gsl_hist = gsl_histogram_alloc (bins);
156
157   /* The bin ranges could be computed with gsl_histogram_set_ranges_uniform,
158      but the number of bins is adapted to the ticks of the axis such that for example
159      data ranging from 1.0 to 7.0 with 6 bins will have bin limits at
160      2.0,3.0,4.0 and 5.0. Due to numerical accuracy the computed bin limits might
161      be 4.99999999 for a value which is expected to be 5.0. But the limits of
162      the histogram bins should be that what is expected from the displayed ticks.
163      Therefore the bin limits are computed from the rounded values which is similar
164      to the procedure at the chart_get_ticks_format. Actual bin limits should be
165      exactly what is displayed at the ticks.
166      But... I cannot reproduce the problem that I see with gsl_histogram_set_ranges_uniform
167      with the code below without rounding...
168   */
169   {
170     double *ranges = xmalloc (sizeof (double) * (bins + 1));
171     double interval = (adjusted_max - adjusted_min) / bins;
172     for (int i = 0; i < bins; i++)
173       ranges[i] = adjusted_min + interval * i;
174     ranges[bins] = adjusted_max;
175     gsl_histogram_set_ranges (h->gsl_hist, ranges, bins + 1);
176     free (ranges);
177   }
178
179   stat = &h->parent;
180   stat->accumulate = acc;
181   stat->destroy = destroy;
182
183   return h;
184 }
185