source: sourcecode/application/libraries/PHPExcel/Shared/JAMA/EigenvalueDecomposition.php @ 1

Last change on this file since 1 was 1, checked in by dungnv, 11 years ago
File size: 22.2 KB
Line 
1<?php
2/**
3 *      @package JAMA
4 *
5 *      Class to obtain eigenvalues and eigenvectors of a real matrix.
6 *
7 *      If A is symmetric, then A = V*D*V' where the eigenvalue matrix D
8 *      is diagonal and the eigenvector matrix V is orthogonal (i.e.
9 *      A = V.times(D.times(V.transpose())) and V.times(V.transpose())
10 *      equals the identity matrix).
11 *
12 *      If A is not symmetric, then the eigenvalue matrix D is block diagonal
13 *      with the real eigenvalues in 1-by-1 blocks and any complex eigenvalues,
14 *      lambda + i*mu, in 2-by-2 blocks, [lambda, mu; -mu, lambda].  The
15 *      columns of V represent the eigenvectors in the sense that A*V = V*D,
16 *      i.e. A.times(V) equals V.times(D).  The matrix V may be badly
17 *      conditioned, or even singular, so the validity of the equation
18 *      A = V*D*inverse(V) depends upon V.cond().
19 *
20 *      @author  Paul Meagher
21 *      @license PHP v3.0
22 *      @version 1.1
23 */
24class EigenvalueDecomposition {
25
26        /**
27         *      Row and column dimension (square matrix).
28         *      @var int
29         */
30        private $n;
31
32        /**
33         *      Internal symmetry flag.
34         *      @var int
35         */
36        private $issymmetric;
37
38        /**
39         *      Arrays for internal storage of eigenvalues.
40         *      @var array
41         */
42        private $d = array();
43        private $e = array();
44
45        /**
46         *      Array for internal storage of eigenvectors.
47         *      @var array
48         */
49        private $V = array();
50
51        /**
52        *       Array for internal storage of nonsymmetric Hessenberg form.
53        *       @var array
54        */
55        private $H = array();
56
57        /**
58        *       Working storage for nonsymmetric algorithm.
59        *       @var array
60        */
61        private $ort;
62
63        /**
64        *       Used for complex scalar division.
65        *       @var float
66        */
67        private $cdivr;
68        private $cdivi;
69
70
71        /**
72         *      Symmetric Householder reduction to tridiagonal form.
73         *
74         *      @access private
75         */
76        private function tred2 () {
77                //  This is derived from the Algol procedures tred2 by
78                //  Bowdler, Martin, Reinsch, and Wilkinson, Handbook for
79                //  Auto. Comp., Vol.ii-Linear Algebra, and the corresponding
80                //  Fortran subroutine in EISPACK.
81                $this->d = $this->V[$this->n-1];
82                // Householder reduction to tridiagonal form.
83                for ($i = $this->n-1; $i > 0; --$i) {
84                        $i_ = $i -1;
85                        // Scale to avoid under/overflow.
86                        $h = $scale = 0.0;
87                        $scale += array_sum(array_map(abs, $this->d));
88                        if ($scale == 0.0) {
89                                $this->e[$i] = $this->d[$i_];
90                                $this->d = array_slice($this->V[$i_], 0, $i_);
91                                for ($j = 0; $j < $i; ++$j) {
92                                        $this->V[$j][$i] = $this->V[$i][$j] = 0.0;
93                                }
94                        } else {
95                                // Generate Householder vector.
96                                for ($k = 0; $k < $i; ++$k) {
97                                        $this->d[$k] /= $scale;
98                                        $h += pow($this->d[$k], 2);
99                                }
100                                $f = $this->d[$i_];
101                                $g = sqrt($h);
102                                if ($f > 0) {
103                                        $g = -$g;
104                                }
105                                $this->e[$i] = $scale * $g;
106                                $h = $h - $f * $g;
107                                $this->d[$i_] = $f - $g;
108                                for ($j = 0; $j < $i; ++$j) {
109                                        $this->e[$j] = 0.0;
110                                }
111                                // Apply similarity transformation to remaining columns.
112                                for ($j = 0; $j < $i; ++$j) {
113                                        $f = $this->d[$j];
114                                        $this->V[$j][$i] = $f;
115                                        $g = $this->e[$j] + $this->V[$j][$j] * $f;
116                                        for ($k = $j+1; $k <= $i_; ++$k) {
117                                                $g += $this->V[$k][$j] * $this->d[$k];
118                                                $this->e[$k] += $this->V[$k][$j] * $f;
119                                        }
120                                        $this->e[$j] = $g;
121                                }
122                                $f = 0.0;
123                                for ($j = 0; $j < $i; ++$j) {
124                                        $this->e[$j] /= $h;
125                                        $f += $this->e[$j] * $this->d[$j];
126                                }
127                                $hh = $f / (2 * $h);
128                                for ($j=0; $j < $i; ++$j) {
129                                        $this->e[$j] -= $hh * $this->d[$j];
130                                }
131                                for ($j = 0; $j < $i; ++$j) {
132                                        $f = $this->d[$j];
133                                        $g = $this->e[$j];
134                                        for ($k = $j; $k <= $i_; ++$k) {
135                                                $this->V[$k][$j] -= ($f * $this->e[$k] + $g * $this->d[$k]);
136                                        }
137                                        $this->d[$j] = $this->V[$i-1][$j];
138                                        $this->V[$i][$j] = 0.0;
139                                }
140                        }
141                        $this->d[$i] = $h;
142                }
143
144                // Accumulate transformations.
145                for ($i = 0; $i < $this->n-1; ++$i) {
146                        $this->V[$this->n-1][$i] = $this->V[$i][$i];
147                        $this->V[$i][$i] = 1.0;
148                        $h = $this->d[$i+1];
149                        if ($h != 0.0) {
150                                for ($k = 0; $k <= $i; ++$k) {
151                                        $this->d[$k] = $this->V[$k][$i+1] / $h;
152                                }
153                                for ($j = 0; $j <= $i; ++$j) {
154                                        $g = 0.0;
155                                        for ($k = 0; $k <= $i; ++$k) {
156                                                $g += $this->V[$k][$i+1] * $this->V[$k][$j];
157                                        }
158                                        for ($k = 0; $k <= $i; ++$k) {
159                                                $this->V[$k][$j] -= $g * $this->d[$k];
160                                        }
161                                }
162                        }
163                        for ($k = 0; $k <= $i; ++$k) {
164                                $this->V[$k][$i+1] = 0.0;
165                        }
166                }
167
168                $this->d = $this->V[$this->n-1];
169                $this->V[$this->n-1] = array_fill(0, $j, 0.0);
170                $this->V[$this->n-1][$this->n-1] = 1.0;
171                $this->e[0] = 0.0;
172        }
173
174
175        /**
176         *      Symmetric tridiagonal QL algorithm.
177         *
178         *      This is derived from the Algol procedures tql2, by
179         *      Bowdler, Martin, Reinsch, and Wilkinson, Handbook for
180         *      Auto. Comp., Vol.ii-Linear Algebra, and the corresponding
181         *      Fortran subroutine in EISPACK.
182         *
183         *      @access private
184         */
185        private function tql2() {
186                for ($i = 1; $i < $this->n; ++$i) {
187                        $this->e[$i-1] = $this->e[$i];
188                }
189                $this->e[$this->n-1] = 0.0;
190                $f = 0.0;
191                $tst1 = 0.0;
192                $eps  = pow(2.0,-52.0);
193
194                for ($l = 0; $l < $this->n; ++$l) {
195                        // Find small subdiagonal element
196                        $tst1 = max($tst1, abs($this->d[$l]) + abs($this->e[$l]));
197                        $m = $l;
198                        while ($m < $this->n) {
199                                if (abs($this->e[$m]) <= $eps * $tst1)
200                                        break;
201                                ++$m;
202                        }
203                        // If m == l, $this->d[l] is an eigenvalue,
204                        // otherwise, iterate.
205                        if ($m > $l) {
206                                $iter = 0;
207                                do {
208                                        // Could check iteration count here.
209                                        $iter += 1;
210                                        // Compute implicit shift
211                                        $g = $this->d[$l];
212                                        $p = ($this->d[$l+1] - $g) / (2.0 * $this->e[$l]);
213                                        $r = hypo($p, 1.0);
214                                        if ($p < 0)
215                                                $r *= -1;
216                                        $this->d[$l] = $this->e[$l] / ($p + $r);
217                                        $this->d[$l+1] = $this->e[$l] * ($p + $r);
218                                        $dl1 = $this->d[$l+1];
219                                        $h = $g - $this->d[$l];
220                                        for ($i = $l + 2; $i < $this->n; ++$i)
221                                                $this->d[$i] -= $h;
222                                        $f += $h;
223                                        // Implicit QL transformation.
224                                        $p = $this->d[$m];
225                                        $c = 1.0;
226                                        $c2 = $c3 = $c;
227                                        $el1 = $this->e[$l + 1];
228                                        $s = $s2 = 0.0;
229                                        for ($i = $m-1; $i >= $l; --$i) {
230                                                $c3 = $c2;
231                                                $c2 = $c;
232                                                $s2 = $s;
233                                                $g  = $c * $this->e[$i];
234                                                $h  = $c * $p;
235                                                $r  = hypo($p, $this->e[$i]);
236                                                $this->e[$i+1] = $s * $r;
237                                                $s = $this->e[$i] / $r;
238                                                $c = $p / $r;
239                                                $p = $c * $this->d[$i] - $s * $g;
240                                                $this->d[$i+1] = $h + $s * ($c * $g + $s * $this->d[$i]);
241                                                // Accumulate transformation.
242                                                for ($k = 0; $k < $this->n; ++$k) {
243                                                        $h = $this->V[$k][$i+1];
244                                                        $this->V[$k][$i+1] = $s * $this->V[$k][$i] + $c * $h;
245                                                        $this->V[$k][$i] = $c * $this->V[$k][$i] - $s * $h;
246                                                }
247                                        }
248                                        $p = -$s * $s2 * $c3 * $el1 * $this->e[$l] / $dl1;
249                                        $this->e[$l] = $s * $p;
250                                        $this->d[$l] = $c * $p;
251                                // Check for convergence.
252                                } while (abs($this->e[$l]) > $eps * $tst1);
253                        }
254                        $this->d[$l] = $this->d[$l] + $f;
255                        $this->e[$l] = 0.0;
256                }
257
258                // Sort eigenvalues and corresponding vectors.
259                for ($i = 0; $i < $this->n - 1; ++$i) {
260                        $k = $i;
261                        $p = $this->d[$i];
262                        for ($j = $i+1; $j < $this->n; ++$j) {
263                                if ($this->d[$j] < $p) {
264                                        $k = $j;
265                                        $p = $this->d[$j];
266                                }
267                        }
268                        if ($k != $i) {
269                                $this->d[$k] = $this->d[$i];
270                                $this->d[$i] = $p;
271                                for ($j = 0; $j < $this->n; ++$j) {
272                                        $p = $this->V[$j][$i];
273                                        $this->V[$j][$i] = $this->V[$j][$k];
274                                        $this->V[$j][$k] = $p;
275                                }
276                        }
277                }
278        }
279
280
281        /**
282         *      Nonsymmetric reduction to Hessenberg form.
283         *
284         *      This is derived from the Algol procedures orthes and ortran,
285         *      by Martin and Wilkinson, Handbook for Auto. Comp.,
286         *      Vol.ii-Linear Algebra, and the corresponding
287         *      Fortran subroutines in EISPACK.
288         *
289         *      @access private
290         */
291        private function orthes () {
292                $low  = 0;
293                $high = $this->n-1;
294
295                for ($m = $low+1; $m <= $high-1; ++$m) {
296                        // Scale column.
297                        $scale = 0.0;
298                        for ($i = $m; $i <= $high; ++$i) {
299                                $scale = $scale + abs($this->H[$i][$m-1]);
300                        }
301                        if ($scale != 0.0) {
302                                // Compute Householder transformation.
303                                $h = 0.0;
304                                for ($i = $high; $i >= $m; --$i) {
305                                        $this->ort[$i] = $this->H[$i][$m-1] / $scale;
306                                        $h += $this->ort[$i] * $this->ort[$i];
307                                }
308                                $g = sqrt($h);
309                                if ($this->ort[$m] > 0) {
310                                        $g *= -1;
311                                }
312                                $h -= $this->ort[$m] * $g;
313                                $this->ort[$m] -= $g;
314                                // Apply Householder similarity transformation
315                                // H = (I -u * u' / h) * H * (I -u * u') / h)
316                                for ($j = $m; $j < $this->n; ++$j) {
317                                        $f = 0.0;
318                                        for ($i = $high; $i >= $m; --$i) {
319                                                $f += $this->ort[$i] * $this->H[$i][$j];
320                                        }
321                                        $f /= $h;
322                                        for ($i = $m; $i <= $high; ++$i) {
323                                                $this->H[$i][$j] -= $f * $this->ort[$i];
324                                        }
325                                }
326                                for ($i = 0; $i <= $high; ++$i) {
327                                        $f = 0.0;
328                                        for ($j = $high; $j >= $m; --$j) {
329                                                $f += $this->ort[$j] * $this->H[$i][$j];
330                                        }
331                                        $f = $f / $h;
332                                        for ($j = $m; $j <= $high; ++$j) {
333                                                $this->H[$i][$j] -= $f * $this->ort[$j];
334                                        }
335                                }
336                                $this->ort[$m] = $scale * $this->ort[$m];
337                                $this->H[$m][$m-1] = $scale * $g;
338                        }
339                }
340
341                // Accumulate transformations (Algol's ortran).
342                for ($i = 0; $i < $this->n; ++$i) {
343                        for ($j = 0; $j < $this->n; ++$j) {
344                                $this->V[$i][$j] = ($i == $j ? 1.0 : 0.0);
345                        }
346                }
347                for ($m = $high-1; $m >= $low+1; --$m) {
348                        if ($this->H[$m][$m-1] != 0.0) {
349                                for ($i = $m+1; $i <= $high; ++$i) {
350                                        $this->ort[$i] = $this->H[$i][$m-1];
351                                }
352                                for ($j = $m; $j <= $high; ++$j) {
353                                        $g = 0.0;
354                                        for ($i = $m; $i <= $high; ++$i) {
355                                                $g += $this->ort[$i] * $this->V[$i][$j];
356                                        }
357                                        // Double division avoids possible underflow
358                                        $g = ($g / $this->ort[$m]) / $this->H[$m][$m-1];
359                                        for ($i = $m; $i <= $high; ++$i) {
360                                                $this->V[$i][$j] += $g * $this->ort[$i];
361                                        }
362                                }
363                        }
364                }
365        }
366
367
368        /**
369         *      Performs complex division.
370         *
371         *      @access private
372         */
373        private function cdiv($xr, $xi, $yr, $yi) {
374                if (abs($yr) > abs($yi)) {
375                        $r = $yi / $yr;
376                        $d = $yr + $r * $yi;
377                        $this->cdivr = ($xr + $r * $xi) / $d;
378                        $this->cdivi = ($xi - $r * $xr) / $d;
379                } else {
380                        $r = $yr / $yi;
381                        $d = $yi + $r * $yr;
382                        $this->cdivr = ($r * $xr + $xi) / $d;
383                        $this->cdivi = ($r * $xi - $xr) / $d;
384                }
385        }
386
387
388        /**
389         *      Nonsymmetric reduction from Hessenberg to real Schur form.
390         *
391         *      Code is derived from the Algol procedure hqr2,
392         *      by Martin and Wilkinson, Handbook for Auto. Comp.,
393         *      Vol.ii-Linear Algebra, and the corresponding
394         *      Fortran subroutine in EISPACK.
395         *
396         *      @access private
397         */
398        private function hqr2 () {
399                //  Initialize
400                $nn = $this->n;
401                $n  = $nn - 1;
402                $low = 0;
403                $high = $nn - 1;
404                $eps = pow(2.0, -52.0);
405                $exshift = 0.0;
406                $p = $q = $r = $s = $z = 0;
407                // Store roots isolated by balanc and compute matrix norm
408                $norm = 0.0;
409
410                for ($i = 0; $i < $nn; ++$i) {
411                        if (($i < $low) OR ($i > $high)) {
412                                $this->d[$i] = $this->H[$i][$i];
413                                $this->e[$i] = 0.0;
414                        }
415                        for ($j = max($i-1, 0); $j < $nn; ++$j) {
416                                $norm = $norm + abs($this->H[$i][$j]);
417                        }
418                }
419
420                // Outer loop over eigenvalue index
421                $iter = 0;
422                while ($n >= $low) {
423                        // Look for single small sub-diagonal element
424                        $l = $n;
425                        while ($l > $low) {
426                                $s = abs($this->H[$l-1][$l-1]) + abs($this->H[$l][$l]);
427                                if ($s == 0.0) {
428                                        $s = $norm;
429                                }
430                                if (abs($this->H[$l][$l-1]) < $eps * $s) {
431                                        break;
432                                }
433                                --$l;
434                        }
435                        // Check for convergence
436                        // One root found
437                        if ($l == $n) {
438                                $this->H[$n][$n] = $this->H[$n][$n] + $exshift;
439                                $this->d[$n] = $this->H[$n][$n];
440                                $this->e[$n] = 0.0;
441                                --$n;
442                                $iter = 0;
443                        // Two roots found
444                        } else if ($l == $n-1) {
445                                $w = $this->H[$n][$n-1] * $this->H[$n-1][$n];
446                                $p = ($this->H[$n-1][$n-1] - $this->H[$n][$n]) / 2.0;
447                                $q = $p * $p + $w;
448                                $z = sqrt(abs($q));
449                                $this->H[$n][$n] = $this->H[$n][$n] + $exshift;
450                                $this->H[$n-1][$n-1] = $this->H[$n-1][$n-1] + $exshift;
451                                $x = $this->H[$n][$n];
452                                // Real pair
453                                if ($q >= 0) {
454                                        if ($p >= 0) {
455                                                $z = $p + $z;
456                                        } else {
457                                                $z = $p - $z;
458                                        }
459                                        $this->d[$n-1] = $x + $z;
460                                        $this->d[$n] = $this->d[$n-1];
461                                        if ($z != 0.0) {
462                                                $this->d[$n] = $x - $w / $z;
463                                        }
464                                        $this->e[$n-1] = 0.0;
465                                        $this->e[$n] = 0.0;
466                                        $x = $this->H[$n][$n-1];
467                                        $s = abs($x) + abs($z);
468                                        $p = $x / $s;
469                                        $q = $z / $s;
470                                        $r = sqrt($p * $p + $q * $q);
471                                        $p = $p / $r;
472                                        $q = $q / $r;
473                                        // Row modification
474                                        for ($j = $n-1; $j < $nn; ++$j) {
475                                                $z = $this->H[$n-1][$j];
476                                                $this->H[$n-1][$j] = $q * $z + $p * $this->H[$n][$j];
477                                                $this->H[$n][$j] = $q * $this->H[$n][$j] - $p * $z;
478                                        }
479                                        // Column modification
480                                        for ($i = 0; $i <= n; ++$i) {
481                                                $z = $this->H[$i][$n-1];
482                                                $this->H[$i][$n-1] = $q * $z + $p * $this->H[$i][$n];
483                                                $this->H[$i][$n] = $q * $this->H[$i][$n] - $p * $z;
484                                        }
485                                        // Accumulate transformations
486                                        for ($i = $low; $i <= $high; ++$i) {
487                                                $z = $this->V[$i][$n-1];
488                                                $this->V[$i][$n-1] = $q * $z + $p * $this->V[$i][$n];
489                                                $this->V[$i][$n] = $q * $this->V[$i][$n] - $p * $z;
490                                        }
491                                // Complex pair
492                                } else {
493                                        $this->d[$n-1] = $x + $p;
494                                        $this->d[$n] = $x + $p;
495                                        $this->e[$n-1] = $z;
496                                        $this->e[$n] = -$z;
497                                }
498                                $n = $n - 2;
499                                $iter = 0;
500                        // No convergence yet
501                        } else {
502                                // Form shift
503                                $x = $this->H[$n][$n];
504                                $y = 0.0;
505                                $w = 0.0;
506                                if ($l < $n) {
507                                        $y = $this->H[$n-1][$n-1];
508                                        $w = $this->H[$n][$n-1] * $this->H[$n-1][$n];
509                                }
510                                // Wilkinson's original ad hoc shift
511                                if ($iter == 10) {
512                                        $exshift += $x;
513                                        for ($i = $low; $i <= $n; ++$i) {
514                                                $this->H[$i][$i] -= $x;
515                                        }
516                                        $s = abs($this->H[$n][$n-1]) + abs($this->H[$n-1][$n-2]);
517                                        $x = $y = 0.75 * $s;
518                                        $w = -0.4375 * $s * $s;
519                                }
520                                // MATLAB's new ad hoc shift
521                                if ($iter == 30) {
522                                        $s = ($y - $x) / 2.0;
523                                        $s = $s * $s + $w;
524                                        if ($s > 0) {
525                                                $s = sqrt($s);
526                                                if ($y < $x) {
527                                                        $s = -$s;
528                                                }
529                                                $s = $x - $w / (($y - $x) / 2.0 + $s);
530                                                for ($i = $low; $i <= $n; ++$i) {
531                                                        $this->H[$i][$i] -= $s;
532                                                }
533                                                $exshift += $s;
534                                                $x = $y = $w = 0.964;
535                                        }
536                                }
537                                // Could check iteration count here.
538                                $iter = $iter + 1;
539                                // Look for two consecutive small sub-diagonal elements
540                                $m = $n - 2;
541                                while ($m >= $l) {
542                                        $z = $this->H[$m][$m];
543                                        $r = $x - $z;
544                                        $s = $y - $z;
545                                        $p = ($r * $s - $w) / $this->H[$m+1][$m] + $this->H[$m][$m+1];
546                                        $q = $this->H[$m+1][$m+1] - $z - $r - $s;
547                                        $r = $this->H[$m+2][$m+1];
548                                        $s = abs($p) + abs($q) + abs($r);
549                                        $p = $p / $s;
550                                        $q = $q / $s;
551                                        $r = $r / $s;
552                                        if ($m == $l) {
553                                                break;
554                                        }
555                                        if (abs($this->H[$m][$m-1]) * (abs($q) + abs($r)) <
556                                                $eps * (abs($p) * (abs($this->H[$m-1][$m-1]) + abs($z) + abs($this->H[$m+1][$m+1])))) {
557                                                break;
558                                        }
559                                        --$m;
560                                }
561                                for ($i = $m + 2; $i <= $n; ++$i) {
562                                        $this->H[$i][$i-2] = 0.0;
563                                        if ($i > $m+2) {
564                                                $this->H[$i][$i-3] = 0.0;
565                                        }
566                                }
567                                // Double QR step involving rows l:n and columns m:n
568                                for ($k = $m; $k <= $n-1; ++$k) {
569                                        $notlast = ($k != $n-1);
570                                        if ($k != $m) {
571                                                $p = $this->H[$k][$k-1];
572                                                $q = $this->H[$k+1][$k-1];
573                                                $r = ($notlast ? $this->H[$k+2][$k-1] : 0.0);
574                                                $x = abs($p) + abs($q) + abs($r);
575                                                if ($x != 0.0) {
576                                                        $p = $p / $x;
577                                                        $q = $q / $x;
578                                                        $r = $r / $x;
579                                                }
580                                        }
581                                        if ($x == 0.0) {
582                                                break;
583                                        }
584                                        $s = sqrt($p * $p + $q * $q + $r * $r);
585                                        if ($p < 0) {
586                                                $s = -$s;
587                                        }
588                                        if ($s != 0) {
589                                                if ($k != $m) {
590                                                        $this->H[$k][$k-1] = -$s * $x;
591                                                } elseif ($l != $m) {
592                                                        $this->H[$k][$k-1] = -$this->H[$k][$k-1];
593                                                }
594                                                $p = $p + $s;
595                                                $x = $p / $s;
596                                                $y = $q / $s;
597                                                $z = $r / $s;
598                                                $q = $q / $p;
599                                                $r = $r / $p;
600                                                // Row modification
601                                                for ($j = $k; $j < $nn; ++$j) {
602                                                        $p = $this->H[$k][$j] + $q * $this->H[$k+1][$j];
603                                                        if ($notlast) {
604                                                                $p = $p + $r * $this->H[$k+2][$j];
605                                                                $this->H[$k+2][$j] = $this->H[$k+2][$j] - $p * $z;
606                                                        }
607                                                        $this->H[$k][$j] = $this->H[$k][$j] - $p * $x;
608                                                        $this->H[$k+1][$j] = $this->H[$k+1][$j] - $p * $y;
609                                                }
610                                                // Column modification
611                                                for ($i = 0; $i <= min($n, $k+3); ++$i) {
612                                                        $p = $x * $this->H[$i][$k] + $y * $this->H[$i][$k+1];
613                                                        if ($notlast) {
614                                                                $p = $p + $z * $this->H[$i][$k+2];
615                                                                $this->H[$i][$k+2] = $this->H[$i][$k+2] - $p * $r;
616                                                        }
617                                                        $this->H[$i][$k] = $this->H[$i][$k] - $p;
618                                                        $this->H[$i][$k+1] = $this->H[$i][$k+1] - $p * $q;
619                                                }
620                                                // Accumulate transformations
621                                                for ($i = $low; $i <= $high; ++$i) {
622                                                        $p = $x * $this->V[$i][$k] + $y * $this->V[$i][$k+1];
623                                                        if ($notlast) {
624                                                                $p = $p + $z * $this->V[$i][$k+2];
625                                                                $this->V[$i][$k+2] = $this->V[$i][$k+2] - $p * $r;
626                                                        }
627                                                        $this->V[$i][$k] = $this->V[$i][$k] - $p;
628                                                        $this->V[$i][$k+1] = $this->V[$i][$k+1] - $p * $q;
629                                                }
630                                        }  // ($s != 0)
631                                }  // k loop
632                        }  // check convergence
633                }  // while ($n >= $low)
634
635                // Backsubstitute to find vectors of upper triangular form
636                if ($norm == 0.0) {
637                        return;
638                }
639
640                for ($n = $nn-1; $n >= 0; --$n) {
641                        $p = $this->d[$n];
642                        $q = $this->e[$n];
643                        // Real vector
644                        if ($q == 0) {
645                                $l = $n;
646                                $this->H[$n][$n] = 1.0;
647                                for ($i = $n-1; $i >= 0; --$i) {
648                                        $w = $this->H[$i][$i] - $p;
649                                        $r = 0.0;
650                                        for ($j = $l; $j <= $n; ++$j) {
651                                                $r = $r + $this->H[$i][$j] * $this->H[$j][$n];
652                                        }
653                                        if ($this->e[$i] < 0.0) {
654                                                $z = $w;
655                                                $s = $r;
656                                        } else {
657                                                $l = $i;
658                                                if ($this->e[$i] == 0.0) {
659                                                        if ($w != 0.0) {
660                                                                $this->H[$i][$n] = -$r / $w;
661                                                        } else {
662                                                                $this->H[$i][$n] = -$r / ($eps * $norm);
663                                                        }
664                                                // Solve real equations
665                                                } else {
666                                                        $x = $this->H[$i][$i+1];
667                                                        $y = $this->H[$i+1][$i];
668                                                        $q = ($this->d[$i] - $p) * ($this->d[$i] - $p) + $this->e[$i] * $this->e[$i];
669                                                        $t = ($x * $s - $z * $r) / $q;
670                                                        $this->H[$i][$n] = $t;
671                                                        if (abs($x) > abs($z)) {
672                                                                $this->H[$i+1][$n] = (-$r - $w * $t) / $x;
673                                                        } else {
674                                                                $this->H[$i+1][$n] = (-$s - $y * $t) / $z;
675                                                        }
676                                                }
677                                                // Overflow control
678                                                $t = abs($this->H[$i][$n]);
679                                                if (($eps * $t) * $t > 1) {
680                                                        for ($j = $i; $j <= $n; ++$j) {
681                                                                $this->H[$j][$n] = $this->H[$j][$n] / $t;
682                                                        }
683                                                }
684                                        }
685                                }
686                        // Complex vector
687                        } else if ($q < 0) {
688                                $l = $n-1;
689                                // Last vector component imaginary so matrix is triangular
690                                if (abs($this->H[$n][$n-1]) > abs($this->H[$n-1][$n])) {
691                                        $this->H[$n-1][$n-1] = $q / $this->H[$n][$n-1];
692                                        $this->H[$n-1][$n] = -($this->H[$n][$n] - $p) / $this->H[$n][$n-1];
693                                } else {
694                                        $this->cdiv(0.0, -$this->H[$n-1][$n], $this->H[$n-1][$n-1] - $p, $q);
695                                        $this->H[$n-1][$n-1] = $this->cdivr;
696                                        $this->H[$n-1][$n]   = $this->cdivi;
697                                }
698                                $this->H[$n][$n-1] = 0.0;
699                                $this->H[$n][$n] = 1.0;
700                                for ($i = $n-2; $i >= 0; --$i) {
701                                        // double ra,sa,vr,vi;
702                                        $ra = 0.0;
703                                        $sa = 0.0;
704                                        for ($j = $l; $j <= $n; ++$j) {
705                                                $ra = $ra + $this->H[$i][$j] * $this->H[$j][$n-1];
706                                                $sa = $sa + $this->H[$i][$j] * $this->H[$j][$n];
707                                        }
708                                        $w = $this->H[$i][$i] - $p;
709                                        if ($this->e[$i] < 0.0) {
710                                                $z = $w;
711                                                $r = $ra;
712                                                $s = $sa;
713                                        } else {
714                                                $l = $i;
715                                                if ($this->e[$i] == 0) {
716                                                        $this->cdiv(-$ra, -$sa, $w, $q);
717                                                        $this->H[$i][$n-1] = $this->cdivr;
718                                                        $this->H[$i][$n]   = $this->cdivi;
719                                                } else {
720                                                        // Solve complex equations
721                                                        $x = $this->H[$i][$i+1];
722                                                        $y = $this->H[$i+1][$i];
723                                                        $vr = ($this->d[$i] - $p) * ($this->d[$i] - $p) + $this->e[$i] * $this->e[$i] - $q * $q;
724                                                        $vi = ($this->d[$i] - $p) * 2.0 * $q;
725                                                        if ($vr == 0.0 & $vi == 0.0) {
726                                                                $vr = $eps * $norm * (abs($w) + abs($q) + abs($x) + abs($y) + abs($z));
727                                                        }
728                                                        $this->cdiv($x * $r - $z * $ra + $q * $sa, $x * $s - $z * $sa - $q * $ra, $vr, $vi);
729                                                        $this->H[$i][$n-1] = $this->cdivr;
730                                                        $this->H[$i][$n]   = $this->cdivi;
731                                                        if (abs($x) > (abs($z) + abs($q))) {
732                                                                $this->H[$i+1][$n-1] = (-$ra - $w * $this->H[$i][$n-1] + $q * $this->H[$i][$n]) / $x;
733                                                                $this->H[$i+1][$n] = (-$sa - $w * $this->H[$i][$n] - $q * $this->H[$i][$n-1]) / $x;
734                                                        } else {
735                                                                $this->cdiv(-$r - $y * $this->H[$i][$n-1], -$s - $y * $this->H[$i][$n], $z, $q);
736                                                                $this->H[$i+1][$n-1] = $this->cdivr;
737                                                                $this->H[$i+1][$n]   = $this->cdivi;
738                                                        }
739                                                }
740                                                // Overflow control
741                                                $t = max(abs($this->H[$i][$n-1]),abs($this->H[$i][$n]));
742                                                if (($eps * $t) * $t > 1) {
743                                                        for ($j = $i; $j <= $n; ++$j) {
744                                                                $this->H[$j][$n-1] = $this->H[$j][$n-1] / $t;
745                                                                $this->H[$j][$n]   = $this->H[$j][$n] / $t;
746                                                        }
747                                                }
748                                        } // end else
749                                } // end for
750                        } // end else for complex case
751                } // end for
752
753                // Vectors of isolated roots
754                for ($i = 0; $i < $nn; ++$i) {
755                        if ($i < $low | $i > $high) {
756                                for ($j = $i; $j < $nn; ++$j) {
757                                        $this->V[$i][$j] = $this->H[$i][$j];
758                                }
759                        }
760                }
761
762                // Back transformation to get eigenvectors of original matrix
763                for ($j = $nn-1; $j >= $low; --$j) {
764                        for ($i = $low; $i <= $high; ++$i) {
765                                $z = 0.0;
766                                for ($k = $low; $k <= min($j,$high); ++$k) {
767                                        $z = $z + $this->V[$i][$k] * $this->H[$k][$j];
768                                }
769                                $this->V[$i][$j] = $z;
770                        }
771                }
772        } // end hqr2
773
774
775        /**
776         *      Constructor: Check for symmetry, then construct the eigenvalue decomposition
777         *
778         *      @access public
779         *      @param A  Square matrix
780         *      @return Structure to access D and V.
781         */
782        public function __construct($Arg) {
783                $this->A = $Arg->getArray();
784                $this->n = $Arg->getColumnDimension();
785
786                $issymmetric = true;
787                for ($j = 0; ($j < $this->n) & $issymmetric; ++$j) {
788                        for ($i = 0; ($i < $this->n) & $issymmetric; ++$i) {
789                                $issymmetric = ($this->A[$i][$j] == $this->A[$j][$i]);
790                        }
791                }
792
793                if ($issymmetric) {
794                        $this->V = $this->A;
795                        // Tridiagonalize.
796                        $this->tred2();
797                        // Diagonalize.
798                        $this->tql2();
799                } else {
800                        $this->H = $this->A;
801                        $this->ort = array();
802                        // Reduce to Hessenberg form.
803                        $this->orthes();
804                        // Reduce Hessenberg to real Schur form.
805                        $this->hqr2();
806                }
807        }
808
809
810        /**
811         *      Return the eigenvector matrix
812         *
813         *      @access public
814         *      @return V
815         */
816        public function getV() {
817                return new Matrix($this->V, $this->n, $this->n);
818        }
819
820
821        /**
822         *      Return the real parts of the eigenvalues
823         *
824         *      @access public
825         *      @return real(diag(D))
826         */
827        public function getRealEigenvalues() {
828                return $this->d;
829        }
830
831
832        /**
833         *      Return the imaginary parts of the eigenvalues
834         *
835         *      @access public
836         *      @return imag(diag(D))
837         */
838        public function getImagEigenvalues() {
839                return $this->e;
840        }
841
842
843        /**
844         *      Return the block diagonal eigenvalue matrix
845         *
846         *      @access public
847         *      @return D
848         */
849        public function getD() {
850                for ($i = 0; $i < $this->n; ++$i) {
851                        $D[$i] = array_fill(0, $this->n, 0.0);
852                        $D[$i][$i] = $this->d[$i];
853                        if ($this->e[$i] == 0) {
854                                continue;
855                        }
856                        $o = ($this->e[$i] > 0) ? $i + 1 : $i - 1;
857                        $D[$i][$o] = $this->e[$i];
858                }
859                return new Matrix($D);
860        }
861
862}       //      class EigenvalueDecomposition
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.