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