Precompute quadrature locations
[openmx:openmx.git] / src / omxExpectationBA81.h
1 /*
2   Copyright 2012-2013 Joshua Nathaniel Pritikin and contributors
3
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8
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16 */
17
18 #ifndef _OMX_EXPECTATIONBA81_H_
19 #define _OMX_EXPECTATIONBA81_H_
20
21 #include "omxExpectation.h"
22 #include "omxOpenmpWrap.h"
23
24 enum score_option {
25         SCORES_OMIT,
26         SCORES_UNIQUE,
27         SCORES_FULL
28 };
29
30 enum expectation_type {
31         EXPECTATION_UNINITIALIZED,
32         EXPECTATION_AUGMENTED, // E-M
33         EXPECTATION_OBSERVED,  // regular
34 };
35
36 struct BA81Expect {
37         double LogLargestDouble;       // should be const but need constexpr
38         double LargestDouble;          // should be const but need constexpr
39         double OneOverLargestDouble;   // should be const but need constexpr
40
41         // data characteristics
42         omxData *data;
43         int numUnique;
44         int *numIdentical;        // length numUnique
45         int *rowMap;              // length numUnique, index of first instance of pattern
46
47         // item description related
48         std::vector<const double*> itemSpec;
49         std::vector<int> itemOutcomes;
50         std::vector<int> cumItemOutcomes;
51         int maxDims;
52         int maxAbilities;
53         int numSpecific;
54         int *Sgroup;              // item's specific group 0..numSpecific-1
55         omxMatrix *design;        // items * maxDims
56
57         // quadrature related
58         double Qwidth;
59         double targetQpoints;
60         long quadGridSize;
61         long totalQuadPoints;                 // quadGridSize ^ maxDims
62         long totalPrimaryPoints;              // totalQuadPoints except for specific dim TODO
63         std::vector<double> wherePrep;        // totalQuadPoints * maxDims
64         std::vector<double> whereGram;        // totalQuadPoints * triangleLoc1(maxDims)
65         std::vector<double> Qpoint;           // quadGridSize
66         std::vector<double> priQarea;         // totalPrimaryPoints
67         std::vector<double> speQarea;         // quadGridSize * numSpecific
68
69         // estimation related
70         omxMatrix *customPrior;
71         omxMatrix *itemParam;
72         double *EitemParam;
73         double *patternLik;                   // numUnique
74         double SmallestPatternLik;
75         int excludedPatterns;
76         int totalOutcomes;
77         double *outcomeProb;                  // totalOutcomes * totalQuadPoints
78         double *expected;                     // totalOutcomes * totalQuadPoints
79         std::vector<double> ElatentMean;      // maxAbilities
80         std::vector<double> ElatentCov;       // maxAbilities * maxAbilities
81         omxMatrix *latentMeanOut;
82         omxMatrix *latentCovOut;
83
84         int itemParamVersion;
85         int latentParamVersion;
86         enum expectation_type type;
87         enum score_option scores;
88         bool verbose;
89 };
90
91 extern const struct rpf *rpf_model;
92 extern int rpf_numModels;
93
94 void ba81OutcomeProb(BA81Expect *state, bool estep, bool wantLog);
95
96 template<typename _Tp> class omxBuffer {
97         typedef _Tp value_type;
98         typedef _Tp *pointer;
99         typedef _Tp &reference;
100         typedef const _Tp &const_reference;
101         pointer _M_start;
102  public:
103         omxBuffer(size_t size) {
104                 _M_start = new _Tp[size];
105         }
106         omxBuffer(size_t size, const value_type &value) {
107                 _M_start = new _Tp[size];
108                 std::fill_n(_M_start, size, value);
109         }
110         ~omxBuffer() {
111                 delete [] _M_start;
112         }
113         reference operator[](size_t __n)
114         { return *(_M_start + __n); }
115         const_reference operator[](size_t __n) const
116         { return *(_M_start + __n); }
117         pointer data() const
118         { return _M_start; }
119 };
120
121 OMXINLINE static int
122 triangleLoc1(int diag)
123 {
124         //if (diag < 1) error("Out of domain");
125         return (diag) * (diag+1) / 2;   // 0 1 3 6 10 15 ..
126 }
127
128 OMXINLINE static int
129 triangleLoc0(int diag)
130 {
131         //if (diag < 0) error("Out of domain");
132         return triangleLoc1(diag+1) - 1;  // 0 2 5 9 14 ..
133 }
134
135 OMXINLINE static void
136 pointToWhere(BA81Expect *state, const int *quad, double *where, int upto)
137 {
138         for (int dx=0; dx < upto; dx++) {
139                 where[dx] = state->Qpoint[quad[dx]];
140         }
141 }
142
143 OMXINLINE static void
144 decodeLocation(long qx, const int dims, const long grid, int *quad)
145 {
146         for (int dx=dims-1; dx >= 0; --dx) {
147                 quad[dx] = qx % grid;
148                 qx = qx / grid;
149         }
150 }
151
152 // state->speQarea[sIndex(state, sgroup, sx)]
153 OMXINLINE static
154 int sIndex(BA81Expect *state, int sx, int qx)
155 {
156         //if (sx < 0 || sx >= state->numSpecific) error("Out of domain");
157         //if (qx < 0 || qx >= state->quadGridSize) error("Out of domain");
158         return qx * state->numSpecific + sx;
159 }
160
161 OMXINLINE static double
162 areaProduct(BA81Expect *state, long qx, int sx, const int sg)
163 {
164         if (state->numSpecific == 0) {
165                 return state->priQarea[qx];
166         } else {
167                 if (sx == -1) {
168                         sx = qx % state->quadGridSize;
169                         qx /= state->quadGridSize;
170                 }
171                 return state->priQarea[qx] * state->speQarea[sIndex(state, sg, sx)];
172         }
173 }
174
175 OMXINLINE static void
176 gramProduct(double *vec, size_t len, double *out)
177 {
178         int cell = 0;
179         for (size_t v1=0; v1 < len; ++v1) {
180                 for (size_t v2=0; v2 <= v1; ++v2) {
181                         out[cell] = vec[v1] * vec[v2];
182                         ++cell;
183                 }
184         }
185 }
186
187 OMXINLINE static bool
188 validPatternLik(BA81Expect *state, double pl)
189 {
190         return isfinite(pl) && pl > state->SmallestPatternLik;
191 }
192
193 // debug tools
194 void pda(const double *ar, int rows, int cols);
195 void pia(const int *ar, int rows, int cols);
196
197 #endif