src/sources/constructionModelesLassoMLE.c

   1 #include "EMGLLF.h"
   2 #include "utils.h"
   3 #include <stdlib.h>
   4 #include <gsl/gsl_linalg.h>
   5 #include <omp.h>
   6
   7 // TODO: comment on constructionModelesLassoMLE purpose
   8 void constructionModelesLassoMLE_core(
   9     // IN parameters
  10     const float* phiInit, // parametre initial de moyenne renormalisé
  11     const float* rhoInit, // parametre initial de variance renormalisé
  12     const float* piInit,// parametre initial des proportions
  13     const float* gamInit, // paramètre initial des probabilités a posteriori de chaque échantillon
  14     int mini,// nombre minimal d'itérations dans l'algorithme EM
  15     int maxi,// nombre maximal d'itérations dans l'algorithme EM
  16     float gamma,// valeur de gamma : puissance des proportions dans la pénalisation pour un Lasso adaptatif
  17     const float* glambda, // valeur des paramètres de régularisation du Lasso
  18     const float* X, // régresseurs
  19     const float* Y, // réponse
  20     float seuil,// seuil pour prendre en compte une variable
  21     float tau,// seuil pour accepter la convergence
  22     const int* A1, // matrice des coefficients des parametres selectionnes
  23     const int* A2, // matrice des coefficients des parametres non selectionnes
  24     // OUT parameters
  25     float* phi,// estimateur ainsi calculé par le Lasso
  26     float* rho,// estimateur ainsi calculé par le Lasso
  27     float* pi, // estimateur ainsi calculé par le Lasso
  28     float* lvraisemblance, // estimateur ainsi calculé par le Lasso
  29     // additional size parameters
  30     int n, // taille de l'echantillon
  31     int p, // nombre de covariables
  32     int m, // taille de Y (multivarié)
  33     int k, // nombre de composantes
  34     int L) // taille de glambda
  35 {
  36     //preparation: phi = 0
  37     for (int u=0; u<p*m*k*L; u++)
  38         phi[u] = 0.0;
  39
  40     //initiate parallel section
  41     int lambdaIndex;
  42     omp_set_num_threads(OMP_NUM_THREADS);
  43     #pragma omp parallel default(shared) private(lambdaIndex)
  44     {
  45     #pragma omp for schedule(dynamic,CHUNK_SIZE) nowait
  46     for (lambdaIndex=0; lambdaIndex<L; lambdaIndex++)
  47     {
  48         //~ a = A1(:,1,lambdaIndex);
  49         //~ a(a==0) = [];
  50         int* a = (int*)malloc(p*sizeof(int));
  51         int lengthA = 0;
  52         for (int j=0; j<p; j++)
  53         {
  54             if (A1[ai(j,0,lambdaIndex,p,m+1,L)] != 0)
  55                 a[lengthA++] = A1[ai(j,0,lambdaIndex,p,m+1,L)] - 1;
  56         }
  57         if (lengthA == 0)
  58             continue;
  59
  60         //Xa = X(:,a)
  61         float* Xa = (float*)malloc(n*lengthA*sizeof(float));
  62         for (int i=0; i<n; i++)
  63         {
  64             for (int j=0; j<lengthA; j++)
  65                 Xa[mi(i,j,n,lengthA)] = X[mi(i,a[j],n,p)];
  66         }
  67
  68         //phia = phiInit(a,:,:)
  69         float* phia = (float*)malloc(lengthA*m*k*sizeof(float));
  70         for (int j=0; j<lengthA; j++)
  71         {
  72             for (int mm=0; mm<m; mm++)
  73             {
  74                 for (int r=0; r<k; r++)
  75                     phia[ai(j,mm,r,lengthA,m,k)] = phiInit[ai(a[j],mm,r,p,m,k)];
  76             }
  77         }
  78
  79         //[phiLambda,rhoLambda,piLambda,~,~] = EMGLLF(...
  80         //  phiInit(a,:,:),rhoInit,piInit,gamInit,mini,maxi,gamma,0,X(:,a),Y,tau);
  81         float* phiLambda = (float*)malloc(lengthA*m*k*sizeof(float));
  82         float* rhoLambda = (float*)malloc(m*m*k*sizeof(float));
  83         float* piLambda = (float*)malloc(k*sizeof(float));
  84         float* LLF = (float*)malloc((maxi+1)*sizeof(float));
  85         float* S = (float*)malloc(lengthA*m*k*sizeof(float));
  86         EMGLLF_core(phia,rhoInit,piInit,gamInit,mini,maxi,gamma,0.0,Xa,Y,tau,
  87             phiLambda,rhoLambda,piLambda,LLF,S,
  88             n,lengthA,m,k);
  89         free(Xa);
  90         free(phia);
  91         free(LLF);
  92         free(S);
  93
  94         //~ for j=1:length(a)
  95             //~ phi(a(j),:,:,lambdaIndex) = phiLambda(j,:,:);
  96         //~ end
  97         for (int j=0; j<lengthA; j++)
  98         {
  99             for (int mm=0; mm<m; mm++)
 100             {
 101                 for (int r=0; r<k; r++)
 102                     phi[ai4(a[j],mm,r,lambdaIndex,p,m,k,L)] = phiLambda[ai(j,mm,r,p,m,k)];
 103             }
 104         }
 105         free(phiLambda);
 106         //~ rho(:,:,:,lambdaIndex) = rhoLambda;
 107         for (int u=0; u<m; u++)
 108         {
 109             for (int v=0; v<m; v++)
 110             {
 111                 for (int r=0; r<k; r++)
 112                     rho[ai4(u,v,r,lambdaIndex,m,m,k,L)] = rhoLambda[ai(u,v,r,m,m,k)];
 113             }
 114         }
 115         free(rhoLambda);
 116         //~ pi(:,lambdaIndex) = piLambda;
 117         for (int r=0; r<k; r++)
 118             pi[mi(r,lambdaIndex,k,L)] = piLambda[r];
 119         free(piLambda);
 120
 121         int dimension = 0;
 122         int* b = (int*)malloc(m*sizeof(int));
 123         for (int j=0; j<p; j++)
 124         {
 125             //~ b = A2(j,2:end,lambdaIndex);
 126             //~ b(b==0) = [];
 127             int lengthB = 0;
 128             for (int mm=0; mm<m; mm++)
 129             {
 130                 if (A2[ai(j,mm+1,lambdaIndex,p,m+1,L)] != 0)
 131                     b[lengthB++] = A2[ai(j,mm+1,lambdaIndex,p,m+1,L)] - 1;
 132             }
 133             //~ if length(b) > 0
 134                 //~ phi(A2(j,1,lambdaIndex),b,:,lambdaIndex) = 0.0;
 135             //~ end
 136             if (lengthB > 0)
 137             {
 138                 for (int mm=0; mm<lengthB; mm++)
 139                 {
 140                     for (int r=0; r<k; r++)
 141                         phi[ai4( A2[ai(j,0,lambdaIndex,p,m+1,L)]-1, b[mm], r, lambdaIndex, p, m, k, L)] = 0.;
 142                 }
 143             }
 144
 145             //~ c = A1(j,2:end,lambdaIndex);
 146             //~ c(c==0) = [];
 147             //~ dimension = dimension + length(c);
 148             for (int mm=0; mm<m; mm++)
 149             {
 150                 if (A1[ai(j,mm+1,lambdaIndex,p,m+1,L)] != 0)
 151                     dimension++;
 152             }
 153         }
 154         free(b);
 155
 156         int signum;
 157         float* densite = (float*)calloc(L*n,sizeof(float));
 158         float sumLogDensit = 0.0;
 159         gsl_matrix* matrix = gsl_matrix_alloc(m, m);
 160         gsl_permutation* permutation = gsl_permutation_alloc(m);
 161         float* YiRhoR = (float*)malloc(m*sizeof(float));
 162         float* XiPhiR = (float*)malloc(m*sizeof(float));
 163         for (int i=0; i<n; i++)
 164         {
 165             //~ for r=1:k
 166                 //~ delta = Y(i,:)*rho(:,:,r,lambdaIndex) - (X(i,a)*(phi(a,:,r,lambdaIndex)));
 167                 //~ densite(i,lambdaIndex) = densite(i,lambdaIndex) +...
 168                     //~ pi(r,lambdaIndex)*det(rho(:,:,r,lambdaIndex))/(sqrt(2*PI))^m*exp(-dot(delta,delta)/2.0);
 169             //~ end
 170             for (int r=0; r<k; r++)
 171             {
 172                 //compute det(rho(:,:,r,lambdaIndex)) [TODO: avoid re-computations]
 173                 for (int u=0; u<m; u++)
 174                 {
 175                     for (int v=0; v<m; v++)
 176                         matrix->data[u*m+v] = rho[ai4(u,v,r,lambdaIndex,m,m,k,L)];
 177                 }
 178                 gsl_linalg_LU_decomp(matrix, permutation, &signum);
 179                 float detRhoR = gsl_linalg_LU_det(matrix, signum);
 180
 181                 //compute Y(i,:)*rho(:,:,r,lambdaIndex)
 182                 for (int u=0; u<m; u++)
 183                 {
 184                     YiRhoR[u] = 0.0;
 185                     for (int v=0; v<m; v++)
 186                         YiRhoR[u] += Y[mi(i,v,n,m)] * rho[ai4(v,u,r,lambdaIndex,m,m,k,L)];
 187                 }
 188
 189                 //compute X(i,a)*phi(a,:,r,lambdaIndex)
 190                 for (int u=0; u<m; u++)
 191                 {
 192                     XiPhiR[u] = 0.0;
 193                     for (int v=0; v<lengthA; v++)
 194                         XiPhiR[u] += X[mi(i,a[v],n,p)] * phi[ai4(a[v],u,r,lambdaIndex,p,m,k,L)];
 195                 }
 196                 // On peut remplacer X par Xa dans ce dernier calcul, mais je ne sais pas si c'est intéressant ...
 197
 198                 // compute dotProduct < delta . delta >
 199                 float dotProduct = 0.0;
 200                 for (int u=0; u<m; u++)
 201                     dotProduct += (YiRhoR[u]-XiPhiR[u]) * (YiRhoR[u]-XiPhiR[u]);
 202
 203                 densite[mi(lambdaIndex,i,L,n)] += (pi[mi(r,lambdaIndex,k,L)]*detRhoR/pow(sqrt(2.0*M_PI),m))*exp(-dotProduct/2.0);
 204             }
 205             sumLogDensit += log(densite[lambdaIndex*n+i]);
 206         }
 207         lvraisemblance[mi(lambdaIndex,0,L,2)] = sumLogDensit;
 208         lvraisemblance[mi(lambdaIndex,1,L,2)] = (dimension+m+1)*k-1;
 209
 210         free(a);
 211         free(YiRhoR);
 212         free(XiPhiR);
 213         free(densite);
 214         gsl_matrix_free(matrix);
 215         gsl_permutation_free(permutation);
 216     }
 217     }
 218 }