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382
node_modules/mathjs/lib/cjs/function/algebra/decomposition/lup.js
generated
vendored
Normal file
@@ -0,0 +1,382 @@
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||||
"use strict";
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||||
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||||
Object.defineProperty(exports, "__esModule", {
|
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value: true
|
||||
});
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||||
exports.createLup = void 0;
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||||
var _object = require("../../../utils/object.js");
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||||
var _factory = require("../../../utils/factory.js");
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||||
const name = 'lup';
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||||
const dependencies = ['typed', 'matrix', 'abs', 'addScalar', 'divideScalar', 'multiplyScalar', 'subtractScalar', 'larger', 'equalScalar', 'unaryMinus', 'DenseMatrix', 'SparseMatrix', 'Spa'];
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const createLup = exports.createLup = /* #__PURE__ */(0, _factory.factory)(name, dependencies, _ref => {
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||||
let {
|
||||
typed,
|
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matrix,
|
||||
abs,
|
||||
addScalar,
|
||||
divideScalar,
|
||||
multiplyScalar,
|
||||
subtractScalar,
|
||||
larger,
|
||||
equalScalar,
|
||||
unaryMinus,
|
||||
DenseMatrix,
|
||||
SparseMatrix,
|
||||
Spa
|
||||
} = _ref;
|
||||
/**
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||||
* Calculate the Matrix LU decomposition with partial pivoting. Matrix `A` is decomposed in two matrices (`L`, `U`) and a
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||||
* row permutation vector `p` where `A[p,:] = L * U`
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||||
*
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||||
* Syntax:
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*
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* math.lup(A)
|
||||
*
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||||
* Example:
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*
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* const m = [[2, 1], [1, 4]]
|
||||
* const r = math.lup(m)
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||||
* // r = {
|
||||
* // L: [[1, 0], [0.5, 1]],
|
||||
* // U: [[2, 1], [0, 3.5]],
|
||||
* // P: [0, 1]
|
||||
* // }
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||||
*
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||||
* See also:
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||||
*
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||||
* slu, lsolve, lusolve, usolve
|
||||
*
|
||||
* @param {Matrix | Array} A A two dimensional matrix or array for which to get the LUP decomposition.
|
||||
*
|
||||
* @return {{L: Array | Matrix, U: Array | Matrix, P: Array.<number>}} The lower triangular matrix, the upper triangular matrix and the permutation matrix.
|
||||
*/
|
||||
return typed(name, {
|
||||
DenseMatrix: function (m) {
|
||||
return _denseLUP(m);
|
||||
},
|
||||
SparseMatrix: function (m) {
|
||||
return _sparseLUP(m);
|
||||
},
|
||||
Array: function (a) {
|
||||
// create dense matrix from array
|
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const m = matrix(a);
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||||
// lup, use matrix implementation
|
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const r = _denseLUP(m);
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||||
// result
|
||||
return {
|
||||
L: r.L.valueOf(),
|
||||
U: r.U.valueOf(),
|
||||
p: r.p
|
||||
};
|
||||
}
|
||||
});
|
||||
function _denseLUP(m) {
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||||
// rows & columns
|
||||
const rows = m._size[0];
|
||||
const columns = m._size[1];
|
||||
// minimum rows and columns
|
||||
let n = Math.min(rows, columns);
|
||||
// matrix array, clone original data
|
||||
const data = (0, _object.clone)(m._data);
|
||||
// l matrix arrays
|
||||
const ldata = [];
|
||||
const lsize = [rows, n];
|
||||
// u matrix arrays
|
||||
const udata = [];
|
||||
const usize = [n, columns];
|
||||
// vars
|
||||
let i, j, k;
|
||||
// permutation vector
|
||||
const p = [];
|
||||
for (i = 0; i < rows; i++) {
|
||||
p[i] = i;
|
||||
}
|
||||
// loop columns
|
||||
for (j = 0; j < columns; j++) {
|
||||
// skip first column in upper triangular matrix
|
||||
if (j > 0) {
|
||||
// loop rows
|
||||
for (i = 0; i < rows; i++) {
|
||||
// min i,j
|
||||
const min = Math.min(i, j);
|
||||
// v[i, j]
|
||||
let s = 0;
|
||||
// loop up to min
|
||||
for (k = 0; k < min; k++) {
|
||||
// s = l[i, k] - data[k, j]
|
||||
s = addScalar(s, multiplyScalar(data[i][k], data[k][j]));
|
||||
}
|
||||
data[i][j] = subtractScalar(data[i][j], s);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// row with larger value in cvector, row >= j
|
||||
let pi = j;
|
||||
let pabsv = 0;
|
||||
let vjj = 0;
|
||||
// loop rows
|
||||
for (i = j; i < rows; i++) {
|
||||
// data @ i, j
|
||||
const v = data[i][j];
|
||||
// absolute value
|
||||
const absv = abs(v);
|
||||
// value is greater than pivote value
|
||||
if (larger(absv, pabsv)) {
|
||||
// store row
|
||||
pi = i;
|
||||
// update max value
|
||||
pabsv = absv;
|
||||
// value @ [j, j]
|
||||
vjj = v;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// swap rows (j <-> pi)
|
||||
if (j !== pi) {
|
||||
// swap values j <-> pi in p
|
||||
p[j] = [p[pi], p[pi] = p[j]][0];
|
||||
// swap j <-> pi in data
|
||||
DenseMatrix._swapRows(j, pi, data);
|
||||
}
|
||||
// check column is in lower triangular matrix
|
||||
if (j < rows) {
|
||||
// loop rows (lower triangular matrix)
|
||||
for (i = j + 1; i < rows; i++) {
|
||||
// value @ i, j
|
||||
const vij = data[i][j];
|
||||
if (!equalScalar(vij, 0)) {
|
||||
// update data
|
||||
data[i][j] = divideScalar(data[i][j], vjj);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// loop columns
|
||||
for (j = 0; j < columns; j++) {
|
||||
// loop rows
|
||||
for (i = 0; i < rows; i++) {
|
||||
// initialize row in arrays
|
||||
if (j === 0) {
|
||||
// check row exists in upper triangular matrix
|
||||
if (i < columns) {
|
||||
// U
|
||||
udata[i] = [];
|
||||
}
|
||||
// L
|
||||
ldata[i] = [];
|
||||
}
|
||||
// check we are in the upper triangular matrix
|
||||
if (i < j) {
|
||||
// check row exists in upper triangular matrix
|
||||
if (i < columns) {
|
||||
// U
|
||||
udata[i][j] = data[i][j];
|
||||
}
|
||||
// check column exists in lower triangular matrix
|
||||
if (j < rows) {
|
||||
// L
|
||||
ldata[i][j] = 0;
|
||||
}
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
// diagonal value
|
||||
if (i === j) {
|
||||
// check row exists in upper triangular matrix
|
||||
if (i < columns) {
|
||||
// U
|
||||
udata[i][j] = data[i][j];
|
||||
}
|
||||
// check column exists in lower triangular matrix
|
||||
if (j < rows) {
|
||||
// L
|
||||
ldata[i][j] = 1;
|
||||
}
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
// check row exists in upper triangular matrix
|
||||
if (i < columns) {
|
||||
// U
|
||||
udata[i][j] = 0;
|
||||
}
|
||||
// check column exists in lower triangular matrix
|
||||
if (j < rows) {
|
||||
// L
|
||||
ldata[i][j] = data[i][j];
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// l matrix
|
||||
const l = new DenseMatrix({
|
||||
data: ldata,
|
||||
size: lsize
|
||||
});
|
||||
// u matrix
|
||||
const u = new DenseMatrix({
|
||||
data: udata,
|
||||
size: usize
|
||||
});
|
||||
// p vector
|
||||
const pv = [];
|
||||
for (i = 0, n = p.length; i < n; i++) {
|
||||
pv[p[i]] = i;
|
||||
}
|
||||
// return matrices
|
||||
return {
|
||||
L: l,
|
||||
U: u,
|
||||
p: pv,
|
||||
toString: function () {
|
||||
return 'L: ' + this.L.toString() + '\nU: ' + this.U.toString() + '\nP: ' + this.p;
|
||||
}
|
||||
};
|
||||
}
|
||||
function _sparseLUP(m) {
|
||||
// rows & columns
|
||||
const rows = m._size[0];
|
||||
const columns = m._size[1];
|
||||
// minimum rows and columns
|
||||
const n = Math.min(rows, columns);
|
||||
// matrix arrays (will not be modified, thanks to permutation vector)
|
||||
const values = m._values;
|
||||
const index = m._index;
|
||||
const ptr = m._ptr;
|
||||
// l matrix arrays
|
||||
const lvalues = [];
|
||||
const lindex = [];
|
||||
const lptr = [];
|
||||
const lsize = [rows, n];
|
||||
// u matrix arrays
|
||||
const uvalues = [];
|
||||
const uindex = [];
|
||||
const uptr = [];
|
||||
const usize = [n, columns];
|
||||
// vars
|
||||
let i, j, k;
|
||||
// permutation vectors, (current index -> original index) and (original index -> current index)
|
||||
const pvCo = [];
|
||||
const pvOc = [];
|
||||
for (i = 0; i < rows; i++) {
|
||||
pvCo[i] = i;
|
||||
pvOc[i] = i;
|
||||
}
|
||||
// swap indices in permutation vectors (condition x < y)!
|
||||
const swapIndeces = function (x, y) {
|
||||
// find pv indeces getting data from x and y
|
||||
const kx = pvOc[x];
|
||||
const ky = pvOc[y];
|
||||
// update permutation vector current -> original
|
||||
pvCo[kx] = y;
|
||||
pvCo[ky] = x;
|
||||
// update permutation vector original -> current
|
||||
pvOc[x] = ky;
|
||||
pvOc[y] = kx;
|
||||
};
|
||||
// loop columns
|
||||
for (j = 0; j < columns; j++) {
|
||||
// sparse accumulator
|
||||
const spa = new Spa();
|
||||
// check lower triangular matrix has a value @ column j
|
||||
if (j < rows) {
|
||||
// update ptr
|
||||
lptr.push(lvalues.length);
|
||||
// first value in j column for lower triangular matrix
|
||||
lvalues.push(1);
|
||||
lindex.push(j);
|
||||
}
|
||||
// update ptr
|
||||
uptr.push(uvalues.length);
|
||||
// k0 <= k < k1 where k0 = _ptr[j] && k1 = _ptr[j+1]
|
||||
const k0 = ptr[j];
|
||||
const k1 = ptr[j + 1];
|
||||
// copy column j into sparse accumulator
|
||||
for (k = k0; k < k1; k++) {
|
||||
// row
|
||||
i = index[k];
|
||||
// copy column values into sparse accumulator (use permutation vector)
|
||||
spa.set(pvCo[i], values[k]);
|
||||
}
|
||||
// skip first column in upper triangular matrix
|
||||
if (j > 0) {
|
||||
// loop rows in column j (above diagonal)
|
||||
spa.forEach(0, j - 1, function (k, vkj) {
|
||||
// loop rows in column k (L)
|
||||
SparseMatrix._forEachRow(k, lvalues, lindex, lptr, function (i, vik) {
|
||||
// check row is below k
|
||||
if (i > k) {
|
||||
// update spa value
|
||||
spa.accumulate(i, unaryMinus(multiplyScalar(vik, vkj)));
|
||||
}
|
||||
});
|
||||
});
|
||||
}
|
||||
// row with larger value in spa, row >= j
|
||||
let pi = j;
|
||||
let vjj = spa.get(j);
|
||||
let pabsv = abs(vjj);
|
||||
// loop values in spa (order by row, below diagonal)
|
||||
spa.forEach(j + 1, rows - 1, function (x, v) {
|
||||
// absolute value
|
||||
const absv = abs(v);
|
||||
// value is greater than pivote value
|
||||
if (larger(absv, pabsv)) {
|
||||
// store row
|
||||
pi = x;
|
||||
// update max value
|
||||
pabsv = absv;
|
||||
// value @ [j, j]
|
||||
vjj = v;
|
||||
}
|
||||
});
|
||||
// swap rows (j <-> pi)
|
||||
if (j !== pi) {
|
||||
// swap values j <-> pi in L
|
||||
SparseMatrix._swapRows(j, pi, lsize[1], lvalues, lindex, lptr);
|
||||
// swap values j <-> pi in U
|
||||
SparseMatrix._swapRows(j, pi, usize[1], uvalues, uindex, uptr);
|
||||
// swap values in spa
|
||||
spa.swap(j, pi);
|
||||
// update permutation vector (swap values @ j, pi)
|
||||
swapIndeces(j, pi);
|
||||
}
|
||||
// loop values in spa (order by row)
|
||||
spa.forEach(0, rows - 1, function (x, v) {
|
||||
// check we are above diagonal
|
||||
if (x <= j) {
|
||||
// update upper triangular matrix
|
||||
uvalues.push(v);
|
||||
uindex.push(x);
|
||||
} else {
|
||||
// update value
|
||||
v = divideScalar(v, vjj);
|
||||
// check value is non zero
|
||||
if (!equalScalar(v, 0)) {
|
||||
// update lower triangular matrix
|
||||
lvalues.push(v);
|
||||
lindex.push(x);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
});
|
||||
}
|
||||
// update ptrs
|
||||
uptr.push(uvalues.length);
|
||||
lptr.push(lvalues.length);
|
||||
|
||||
// return matrices
|
||||
return {
|
||||
L: new SparseMatrix({
|
||||
values: lvalues,
|
||||
index: lindex,
|
||||
ptr: lptr,
|
||||
size: lsize
|
||||
}),
|
||||
U: new SparseMatrix({
|
||||
values: uvalues,
|
||||
index: uindex,
|
||||
ptr: uptr,
|
||||
size: usize
|
||||
}),
|
||||
p: pvCo,
|
||||
toString: function () {
|
||||
return 'L: ' + this.L.toString() + '\nU: ' + this.U.toString() + '\nP: ' + this.p;
|
||||
}
|
||||
};
|
||||
}
|
||||
});
|
||||
Reference in New Issue
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