Bug fixed: package OK
[epclust.git] / epclust / R / clustering.R
index 6408370..886bfbc 100644 (file)
-#' @name clustering
-#' @rdname clustering
-#' @aliases clusteringTask computeClusters1 computeClusters2
-#'
-#' @title Two-stages clustering, withing one task (see \code{claws()})
+#' Two-stage clustering, within one task (see \code{claws()})
 #'
-#' @description \code{clusteringTask()} runs one full task, which consists in iterated stage 1
-#'   clustering (on nb_curves / ntasks energy contributions, computed through discrete
-#'   wavelets coefficients). \code{computeClusters1()} and \code{computeClusters2()}
-#'   correspond to the atomic clustering procedures respectively for stage 1 and 2.
-#'   The former applies the clustering algorithm (PAM) on a contributions matrix, while
-#'   the latter clusters a chunk of series inside one task (~max nb_series_per_chunk)
+#' \code{clusteringTask1()} runs one full stage-1 task, which consists in iterated
+#' clustering on nb_curves / ntasks energy contributions, computed through
+#' discrete wavelets coefficients.
+#' \code{clusteringTask2()} runs a full stage-2 task, which consists in WER distances
+#' computations between medoids (indices) output from stage 1, before applying
+#' the second clustering algorithm on the distances matrix.
 #'
-#' @param indices Range of series indices to cluster in parallel (initial data)
 #' @param getContribs Function to retrieve contributions from initial series indices:
-#'   \code{getContribs(indices)} outpus a contributions matrix
-#' @param contribs matrix of contributions (e.g. output of \code{curvesToContribs()})
-#' @inheritParams computeSynchrones
+#'   \code{getContribs(indices)} outputs a contributions matrix, in columns
 #' @inheritParams claws
+#' @inheritParams computeSynchrones
+#' @inheritParams computeWerDists
 #'
-#' @return For \code{clusteringTask()} and \code{computeClusters1()}, the indices of the
-#'   computed (K1) medoids. Indices are irrelevant for stage 2 clustering, thus
-#'   \code{computeClusters2()} outputs a matrix of medoids
-#'   (of size limited by nb_series_per_chunk)
+#' @return The indices of the computed (resp. K1 and K2) medoids.
+#'
+#' @name clustering
+#' @rdname clustering
+#' @aliases clusteringTask1 clusteringTask2
 NULL
 
 #' @rdname clustering
 #' @export
-clusteringTask = function(indices, getContribs, K1, nb_series_per_chunk, ncores_clust)
+clusteringTask1 <- function(indices, getContribs, K1, algoClust1, nb_items_clust,
+       ncores_clust=3, verbose=FALSE, parll=TRUE)
 {
+       if (verbose)
+               cat(paste("*** Clustering task 1 on ",length(indices)," series [start]\n", sep=""))
 
-#NOTE: comment out parallel sections for debugging
-#propagate verbose arg ?!
+       if (length(indices) <= K1)
+               return (indices)
 
-#      cl = parallel::makeCluster(ncores_clust)
-#      parallel::clusterExport(cl, varlist=c("getContribs","K1"), envir=environment())
-       repeat
+       if (parll)
        {
-
-print(length(indices))
-
-               nb_workers = max( 1, floor( length(indices) / nb_series_per_chunk ) )
-               indices_workers = lapply( seq_len(nb_workers), function(i)
-                       indices[(nb_series_per_chunk*(i-1)+1):(nb_series_per_chunk*i)] )
-               # Spread the remaining load among the workers
-               rem = length(indices) %% nb_series_per_chunk
-               while (rem > 0)
+               # outfile=="" to see stderr/stdout on terminal
+               cl <-
+                       if (verbose)
+                               parallel::makeCluster(ncores_clust, outfile = "")
+                       else
+                               parallel::makeCluster(ncores_clust)
+               parallel::clusterExport(cl, c("getContribs","K1","verbose"), envir=environment())
+       }
+       # Iterate clustering algorithm 1 until K1 medoids are found
+       while (length(indices) > K1)
+       {
+               # Balance tasks by splitting the indices set - as evenly as possible
+               indices_workers <- .splitIndices(indices, nb_items_clust, min_size=K1+1)
+               indices <-
+                       if (parll)
+                       {
+                               unlist( parallel::parLapply(cl, indices_workers, function(inds) {
+                                       require("epclust", quietly=TRUE)
+                                       inds[ algoClust1(getContribs(inds), K1) ]
+                               }) )
+                       }
+                       else
+                       {
+                               unlist( lapply(indices_workers, function(inds)
+                                       inds[ algoClust1(getContribs(inds), K1) ]
+                               ) )
+                       }
+               if (verbose)
                {
-                       index = rem%%nb_workers + 1
-                       indices_workers[[index]] = c(indices_workers[[index]], tail(indices,rem))
-                       rem = rem - 1
+                       cat(paste("*** Clustering task 1 on ",length(indices)," medoids [iter]\n", sep=""))
                }
-#              indices = unlist( parallel::parLapply( cl, indices_workers, function(inds) {
-               indices = unlist( lapply( indices_workers, function(inds) {
-#                      require("epclust", quietly=TRUE)
-
-print(paste("   ",length(inds))) ## PROBLEME ICI : 21104 ??!
-
-                       inds[ computeClusters1(getContribs(inds), K1) ]
-               } ) )
-               if (length(indices) == K1)
-                       break
        }
-#      parallel::stopCluster(cl)
+       if (parll)
+               parallel::stopCluster(cl)
+
        indices #medoids
 }
 
 #' @rdname clustering
 #' @export
-computeClusters1 = function(contribs, K1)
-       cluster::pam(contribs, K1, diss=FALSE)$id.med
-
-#' @rdname clustering
-#' @export
-computeClusters2 = function(medoids, K2, getRefSeries, nb_series_per_chunk)
-{
-       synchrones = computeSynchrones(medoids, getRefSeries, nb_series_per_chunk)
-       medoids[ cluster::pam(computeWerDists(synchrones), K2, diss=TRUE)$medoids , ]
-}
-
-#' computeSynchrones
-#'
-#' Compute the synchrones curves (sum of clusters elements) from a matrix of medoids,
-#' using L2 distances.
-#'
-#' @param medoids Matrix of medoids (curves of same legnth as initial series)
-#' @param getRefSeries Function to retrieve initial series (e.g. in stage 2 after series
-#'   have been replaced by stage-1 medoids)
-#' @inheritParams claws
-#'
-#' @export
-computeSynchrones = function(medoids, getRefSeries, nb_series_per_chunk)
+clusteringTask2 <- function(indices, getSeries, K2, algoClust2, nb_series_per_chunk,
+       smooth_lvl, nvoice, nbytes, endian, ncores_clust=3, verbose=FALSE, parll=TRUE)
 {
-       K = nrow(medoids)
-       synchrones = matrix(0, nrow=K, ncol=ncol(medoids))
-       counts = rep(0,K)
-       index = 1
-       repeat
-       {
-               range = (index-1) + seq_len(nb_series_per_chunk)
-               ref_series = getRefSeries(range)
-               if (is.null(ref_series))
-                       break
-               #get medoids indices for this chunk of series
-               for (i in seq_len(nrow(ref_series)))
-               {
-                       j = which.min( rowSums( sweep(medoids, 2, ref_series[i,], '-')^2 ) )
-                       synchrones[j,] = synchrones[j,] + ref_series[i,]
-                       counts[j] = counts[j] + 1
-               }
-               index = index + nb_series_per_chunk
-       }
-       #NOTE: odds for some clusters to be empty? (when series already come from stage 2)
-       #      ...maybe; but let's hope resulting K1' be still quite bigger than K2
-       synchrones = sweep(synchrones, 1, counts, '/')
-       synchrones[ sapply(seq_len(K), function(i) all(!is.nan(synchrones[i,]))) , ]
-}
+       if (verbose)
+               cat(paste("*** Clustering task 2 on ",length(indices)," medoids\n", sep=""))
 
-#' computeWerDists
-#'
-#' Compute the WER distances between the synchrones curves (in rows), which are
-#' returned (e.g.) by \code{computeSynchrones()}
-#'
-#' @param synchrones A matrix of synchrones, in rows. The series have same length as the
-#' series in the initial dataset
-#'
-#' @export
-computeWerDists = function(synchrones)
-{
-       n <- nrow(synchrones)
-       delta <- ncol(synchrones)
-       #TODO: automatic tune of all these parameters ? (for other users)
-       nvoice   <- 4
-       # noctave = 2^13 = 8192 half hours ~ 180 days ; ~log2(ncol(synchrones))
-       noctave = 13
-       # 4 here represent 2^5 = 32 half-hours ~ 1 day
-       #NOTE: default scalevector == 2^(0:(noctave * nvoice) / nvoice) * s0 (?)
-       scalevector  <- 2^(4:(noctave * nvoice) / nvoice) * 2
-       #condition: ( log2(s0*w0/(2*pi)) - 1 ) * nvoice + 1.5 >= 1
-       s0=2
-       w0=2*pi
-       scaled=FALSE
-       s0log = as.integer( (log2( s0*w0/(2*pi) ) - 1) * nvoice + 1.5 )
-       totnoct = noctave + as.integer(s0log/nvoice) + 1
+       if (length(indices) <= K2)
+               return (indices)
 
-       # (normalized) observations node with CWT
-       Xcwt4 <- lapply(seq_len(n), function(i) {
-               ts <- scale(ts(synchrones[i,]), center=TRUE, scale=scaled)
-               totts.cwt = Rwave::cwt(ts,totnoct,nvoice,w0,plot=0)
-               ts.cwt = totts.cwt[,s0log:(s0log+noctave*nvoice)]
-               #Normalization
-               sqs <- sqrt(2^(0:(noctave*nvoice)/nvoice)*s0)
-               sqres <- sweep(ts.cwt,MARGIN=2,sqs,'*')
-               sqres / max(Mod(sqres))
-       })
+       # A) Compute the WER distances (Wavelets Extended coefficient of deteRmination)
+       distances <- computeWerDists(indices, getSeries, nb_series_per_chunk,
+               smooth_lvl, nvoice, nbytes, endian, ncores_clust, verbose, parll)
 
-       Xwer_dist <- matrix(0., n, n)
-       fcoefs = rep(1/3, 3) #moving average on 3 values (TODO: very slow! correct?!)
-       for (i in 1:(n-1))
-       {
-               for (j in (i+1):n)
-               {
-                       #TODO: later, compute CWT here (because not enough storage space for 200k series)
-                       #      'circular=TRUE' is wrong, should just take values on the sides; to rewrite in C
-                       num <- filter(Mod(Xcwt4[[i]] * Conj(Xcwt4[[j]])), fcoefs, circular=TRUE)
-                       WX <- filter(Mod(Xcwt4[[i]] * Conj(Xcwt4[[i]])), fcoefs, circular=TRUE)
-                       WY <- filter(Mod(Xcwt4[[j]] * Conj(Xcwt4[[j]])), fcoefs, circular=TRUE)
-                       wer2    <- sum(colSums(num)^2) / sum( sum(colSums(WX) * colSums(WY)) )
-                       Xwer_dist[i,j] <- sqrt(delta * ncol(Xcwt4[[1]]) * (1 - wer2))
-                       Xwer_dist[j,i] <- Xwer_dist[i,j]
-               }
-       }
-       diag(Xwer_dist) <- numeric(n)
-       Xwer_dist
+       # B) Apply clustering algorithm 2 on the WER distances matrix
+       if (verbose)
+               cat(paste("*** algoClust2() on ",nrow(distances)," items\n", sep=""))
+       indices[ algoClust2(distances,K2) ]
 }