File wellmet/voronoi.py changed (mode: 100644) (index 30ee69b..ecfd279) |
... |
... |
from .IS_stat import IS |
20 |
20 |
from .candynodes import CandyNodes |
from .candynodes import CandyNodes |
21 |
21 |
from . import sball |
from . import sball |
22 |
22 |
|
|
23 |
|
|
|
24 |
|
|
|
25 |
|
|
|
26 |
|
|
|
27 |
|
|
|
28 |
|
|
|
29 |
|
def is_line_convex(points, line_indices): |
|
30 |
|
i, j = line_indices |
|
31 |
|
|
|
32 |
|
X = points |
|
33 |
|
__nsim, ndim = X.shape |
|
34 |
|
|
|
35 |
|
basis = np.random.random((ndim, ndim)) |
|
36 |
|
|
|
37 |
|
#č QR rozklad jede po sloupcich |
|
38 |
|
basis[:, 0] = X[j] - X[i] |
|
39 |
|
|
|
40 |
|
for dim in range(1, ndim-1): |
|
41 |
|
#č co jsem viděl, numpy matici Q normalizuje |
|
42 |
|
#č a první sloupec zůstavá (skoro) tím samým, co byl před tím |
|
43 |
|
basis[:, :dim+1], __ = np.linalg.qr(basis[:, :dim+1]) |
|
44 |
|
|
|
45 |
|
# get constrain |
|
46 |
|
a = basis[:, dim] |
|
47 |
|
#č nejak tuším, že v poslední dimenzi |
|
48 |
|
#č znaménko normál musí být jednotné |
|
49 |
|
a = a * -np.sign(a[-1]) |
|
50 |
|
b = X @ a |
|
51 |
|
if np.max(b) - np.max(b[[i, j]]) < 1e-7: |
|
52 |
|
return True |
|
53 |
|
else: |
|
54 |
|
idx = np.argmax(b) |
|
55 |
|
basis[:, dim] = basis[:, 1] |
|
56 |
|
basis[:, 1] = X[idx] - X[i] |
|
57 |
|
|
|
58 |
|
|
|
59 |
|
|
|
60 |
|
for __ in range(ndim): |
|
61 |
|
basis, __ = np.linalg.qr(basis) |
|
62 |
|
|
|
63 |
|
# get constrain |
|
64 |
|
a = basis[:, -1] |
|
65 |
|
#č nejak tuším, že v poslední dimenzi |
|
66 |
|
#č znaménko normál musí být jednotné |
|
67 |
|
a = a * -np.sign(a[-1]) |
|
68 |
|
b = X @ a |
|
69 |
|
if np.max(b) - np.max(b[[i, j]]) < 1e-7: |
|
70 |
|
return True |
|
71 |
|
else: |
|
72 |
|
idx = np.argmax(b) |
|
73 |
|
basis[:, 2:] = basis[:, 1:-1] |
|
74 |
|
basis[:, 1] = X[idx] - X[i] |
|
75 |
|
|
|
76 |
|
basis, __ = np.linalg.qr(basis) |
|
77 |
|
a = basis[:, -1] |
|
78 |
|
#č nejak tuším, že v poslední dimenzi |
|
79 |
|
#č znaménko normál musí být jednotné |
|
80 |
|
a = a * -np.sign(a[-1]) |
|
81 |
|
b = X @ a |
|
82 |
|
return np.max(b) - np.max(b[[i, j]]) < 1e-7 |
|
83 |
|
|
|
84 |
|
|
|
85 |
|
|
|
86 |
|
|
|
87 |
|
class ConvexSolver: |
|
88 |
|
""" |
|
89 |
|
č Hlavní pointa třídy: |
|
90 |
|
č pokud dva body zvednuté na povrch convexního paraboloidu |
|
91 |
|
č v prostoru ndim+1 (feature space, quadratic kernel) |
|
92 |
|
č lze lineárně separovat (hyperrovinou) od ostatních bodů, |
|
93 |
|
č znamená to, že v původním prostoru |
|
94 |
|
č jejich Voroného buňky budou mít společnou stěnu (kontakt), |
|
95 |
|
č neboli, což je totež, u Delone triangulace by měly společné simplexy |
|
96 |
|
|
|
97 |
|
č nebudeme puntičkařit a pro jednoduchost předepíšeme, |
|
98 |
|
č nechť dva body zájmu leží přímo v hyperrovině |
|
99 |
|
č (bude to hlasít existence rozhraní i v degenerovaných případech |
|
100 |
|
č jako např. tří teček na jedné přímce. Mně to ale nevadí) |
|
101 |
|
""" |
|
102 |
|
def __init__(self, points): |
|
103 |
|
nsim, ndim = points.shape |
|
104 |
|
|
|
105 |
|
self.lifted_points = np.empty((nsim, ndim + 1)) |
|
106 |
|
self.lifted_points[:, :ndim] = points |
|
107 |
|
# kind of datascience. feature space, quadratic kernel... |
|
108 |
|
self.lifted_points[:, -1] = np.sum(np.square(points), axis=1) |
|
109 |
|
|
|
110 |
|
|
|
111 |
|
def is_couple(self, couple_indices): |
|
112 |
|
return is_line_convex(self.lifted_points, couple_indices) |
|
113 |
|
|
|
114 |
|
|
|
115 |
|
#č Odbočka z odbočky |
|
116 |
|
class ConvexSpline: |
|
117 |
|
""" |
|
118 |
|
č Hlavní pointa CS tříd: |
|
119 |
|
č pokud dva body zvednuté na povrch convexního paraboloidu |
|
120 |
|
č v prostoru ndim+1 (feature space, quadratic kernel) |
|
121 |
|
č lze lineárně separovat (hyperrovinou) od ostatních bodů, |
|
122 |
|
č znamená to, že v původním prostoru |
|
123 |
|
č jejich Voroného buňky budou mít společnou stěnu (kontakt), |
|
124 |
|
č neboli, což je totež, u Delone triangulace by měly společné simplexy |
|
125 |
|
|
|
126 |
|
č Hlavní pointa ConvexSpline třídy: |
|
127 |
|
č Využit navíc geometrických informací, které už předem známé: |
|
128 |
|
č 1. Známe souřadnice vzorků. |
|
129 |
|
č 2. Víme, že přímka mezí těmi dvěma vzorky leží v hyperrovině |
|
130 |
|
č 3. Vždyť to my zvedáme na povrch convexního paraboloidu! |
|
131 |
|
č Můžeme tedy v každém její bodě najit tečnou hyperrovinu. |
|
132 |
|
|
|
133 |
|
|
|
134 |
|
č nebudeme puntičkařit a pro jednoduchost předepíšeme, |
|
135 |
|
č nechť dva body zájmu leží přímo v hyperrovině |
|
136 |
|
č (bude to hlasít existence rozhraní i v degenerovaných případech |
|
137 |
|
č jako např. tří teček na jedné přímce. Mně to ale nevadí) |
|
138 |
|
""" |
|
139 |
|
def __init__(self, points): |
|
140 |
|
nsim, ndim = points.shape |
|
141 |
|
|
|
142 |
|
self.lifted_points = np.empty((nsim, ndim + 1)) |
|
143 |
|
self.lifted_points[:, :ndim] = points |
|
144 |
|
# kind of datascience. feature space, quadratic kernel... |
|
145 |
|
self.lifted_points[:, -1] = np.sum(np.square(points), axis=1) |
|
146 |
|
|
|
147 |
|
|
|
148 |
|
def is_couple(self, couple_indices): |
|
149 |
|
i, j = couple_indices |
|
150 |
|
|
|
151 |
|
X = self.lifted_points |
|
152 |
|
__nsim, ndim = X.shape |
|
153 |
|
|
|
154 |
|
|
|
155 |
|
|
|
156 |
|
|
|
157 |
|
basis = np.random.random((ndim, ndim)) |
|
158 |
|
#č první vektor musí být zadán přímkou mezí vzorky |
|
159 |
|
#č jinak se posype náš předpoklad, že leží v hyperrovině |
|
160 |
|
#č a žádné výsledky "za", "před" hyperrovinou nebudou nic znamenat |
|
161 |
|
basis[:, 0] = X[j] - X[i] #č QR rozklad jede po sloupcich |
|
162 |
|
|
|
163 |
|
#č jako indice zkusme použit bod na usečce uprostřed mezí vzorky |
|
164 |
|
half_point = np.sum(self.lifted_points[[i, j]], axis=0) |
|
165 |
|
np.divide(half_point, 2, out=half_point) |
|
166 |
|
|
|
167 |
|
#č všechy souřadnice jsou dány radius-vektorem od středu, |
|
168 |
|
#č ale poslední souřadnice je to naše zvednutí, |
|
169 |
|
#č kde bychom mohli zkusit dát korrektnější směr. |
|
170 |
|
#č Mně humpolackými uvahami o tečně paraboly |
|
171 |
|
#č na caru paríru vyšlo něco jako |
|
172 |
|
#č že stačí dát poslední složku 0,5. |
|
173 |
|
#č Jakože čím je roloměr je větší, |
|
174 |
|
#č tím je "svislá" složka automaticky měnší. |
|
175 |
|
#č Jakože netřeba ani normalizovat, ani nic "složitě" počítat |
|
176 |
|
half_point[-1] = -0.5 |
|
177 |
|
|
|
178 |
|
#č ten náš radius-vektor není ortogonální |
|
179 |
|
#č k přímce, na které leží ty naši dva vzorky |
|
180 |
|
#č QR rozklad je ortogonalizuje |
|
181 |
|
#č a vygeneruje další ortogonalní vektory |
|
182 |
|
basis[:, 1] = half_point |
|
183 |
|
basis, __ = np.linalg.qr(basis) |
|
184 |
|
|
|
185 |
|
|
|
186 |
|
#č vytahneme náš ortogonalizovaný odhad |
|
187 |
|
#č normálního vektoru |
|
188 |
|
a = basis[:, 1] |
|
189 |
|
##č nejak tuším, že v poslední dimenzi |
|
190 |
|
##č znaménko normál musí být jednotné |
|
191 |
|
a = a * (1 - 2 * (a[-1] > 0)) # a = a * -np.sign(a[-1]) |
|
192 |
|
b = X @ a |
|
193 |
|
|
|
194 |
|
if np.max(b) - np.max(b[[i, j]]) < 1e-7: |
|
195 |
|
#č bylo to myšleno jako jakési zoufalství |
|
196 |
|
#č ale funguje překvapivě dobře |
|
197 |
|
return True |
|
198 |
|
else: |
|
199 |
|
idx = np.argmax(b) |
|
200 |
|
#č nahradíme v jedničce naš odhad normálního vektoru |
|
201 |
|
#č nalezenou překažkou. |
|
202 |
|
#č Zbytek bazí jíž byl ortogonální |
|
203 |
|
#č k té naši pomyšlené normále |
|
204 |
|
basis[:, 1] = X[idx] - X[i] |
|
205 |
|
|
|
206 |
|
#č Ve zbytku pokračujeme jako vždycky. |
|
207 |
|
#č Pořad ndim pokusu u False párečku |
|
208 |
|
for __ in range(ndim): |
|
209 |
|
basis, __ = np.linalg.qr(basis) |
|
210 |
|
|
|
211 |
|
# get constrain |
|
212 |
|
a = basis[:, -1] |
|
213 |
|
#č nejak tuším, že v poslední dimenzi |
|
214 |
|
#č znaménko normál musí být jednotné |
|
215 |
|
a = a * (1 - 2 * (a[-1] > 0)) # a = a * -np.sign(a[-1]) |
|
216 |
|
b = X @ a |
|
217 |
|
if np.max(b) - np.max(b[[i, j]]) < 1e-7: |
|
218 |
|
return True |
|
219 |
|
else: |
|
220 |
|
idx = np.argmax(b) |
|
221 |
|
basis[:, 2:] = basis[:, 1:-1] |
|
222 |
|
basis[:, 1] = X[idx] - X[i] |
|
223 |
|
|
|
224 |
|
basis, __ = np.linalg.qr(basis) |
|
225 |
|
a = basis[:, -1] |
|
226 |
|
#č nejak tuším, že v poslední dimenzi |
|
227 |
|
#č znaménko normál musí být jednotné |
|
228 |
|
a = a * (1 - 2 * (a[-1] > 0)) # a = a * -np.sign(a[-1]) |
|
229 |
|
b = X @ a |
|
230 |
|
return np.max(b) - np.max(b[[i, j]]) < 1e-7 |
|
231 |
|
|
|
232 |
|
|
|
233 |
|
|
|
234 |
|
|
|
235 |
|
#class ContactSolver: |
|
236 |
|
# """ |
|
237 |
|
# č Hlavní pointa třídy: |
|
238 |
|
# č pokud dva body zvednuté na povrch convexního paraboloidu |
|
239 |
|
# č v prostoru ndim+1 (feature space, quadratic kernel) |
|
240 |
|
# č lze lineárně separovat (hyperrovinou) od ostatních bodů, |
|
241 |
|
# č znamená to, že v původním prostoru |
|
242 |
|
# č jejich Voroného buňky budou mít společnou stěnu (kontakt), |
|
243 |
|
# č neboli, což je totež, u Delone triangulace by měly společné simplexy |
|
244 |
|
# |
|
245 |
|
# linprog: |
|
246 |
|
# minimize c @ x |
|
247 |
|
# such that: |
|
248 |
|
# A_ub @ x <= b_ub |
|
249 |
|
# A_eq @ x == b_eq |
|
250 |
|
# lb <= x <= ub |
|
251 |
|
# |
|
252 |
|
# č rovnice hyperroviny |
|
253 |
|
# H = ax + b = a1x1 + a2x2 + ... + b = 0 |
|
254 |
|
# č ačka a bčko jsou pro nás neznamé |
|
255 |
|
# č takže máme ndim+1 iksů do tamtoho lineárního solveru |
|
256 |
|
# |
|
257 |
|
# č nebudeme puntičkařit a pro jednoduchost předepíšeme, |
|
258 |
|
# č nechť dva body zájmu leží přímo v hyperrovině |
|
259 |
|
# č (bude to hlasít existence rozhraní i v degenerovaných případech |
|
260 |
|
# č jako např. tří teček na jedné přímce. Mně to ale nevadí) |
|
261 |
|
# č Takže. |
|
262 |
|
# |
|
263 |
|
# č pro linprog zadáme constrains Ax=b |
|
264 |
|
# A = [[ x_1i, x_2i, ..., x_ni, 1], |
|
265 |
|
# [ x_1j, x_2j, ..., x_nj, 1]] |
|
266 |
|
# b = [0, 0] |
|
267 |
|
# |
|
268 |
|
# |
|
269 |
|
# č Zbytek musí splňovat nerovnost, tj. |
|
270 |
|
# "Convex hull inequalities of the form Ax + b <= 0" |
|
271 |
|
# |
|
272 |
|
# č Neboli Ax <= b v termínech linprog |
|
273 |
|
# č díky "menší nebo rovno" |
|
274 |
|
# č nemusíme plnou matici ani maskovat |
|
275 |
|
# |
|
276 |
|
# č ačka hyperroviny zadavají jednotkový vektor normály, |
|
277 |
|
# č takže leží v mezích -1 < a < 1 |
|
278 |
|
# č bčko lze omezit poloosou |
|
279 |
|
# """ |
|
280 |
|
# def __init__(self, points): |
|
281 |
|
# nsim, ndim = points.shape |
|
282 |
|
# |
|
283 |
|
# self.A = A = np.empty((nsim, ndim + 2)) |
|
284 |
|
# A[:, :ndim] = points |
|
285 |
|
# # kind of datascience. feature space, quadratic kernel... |
|
286 |
|
# #č dáme to trochu niž (ten "ndim"), abychom se vyhli triviálnímu řešení |
|
287 |
|
# A[:, -2] = np.sum(np.square(points), axis=1)-1000 |
|
288 |
|
# A[:, -1] = 1 |
|
289 |
|
# |
|
290 |
|
# self.lifted_points = A[:, :ndim+1] |
|
291 |
|
# |
|
292 |
|
# #č žšmaria, alokovat nuly.. |
|
293 |
|
# self.b_ub = np.atleast_1d(np.zeros(ndim-2)) |
|
294 |
|
# self.c = np.zeros(ndim + 2) |
|
295 |
|
# self.b_eq = self.c[:2] |
|
296 |
|
# self.bounds = [(-1, 1) for __ in range(ndim + 1)] |
|
297 |
|
# #č skoro-nulové b-čko může být legální |
|
298 |
|
# #č ale musíme vyhnout triviálnímu řešení |
|
299 |
|
# #č nevím co s tím |
|
300 |
|
# self.bounds.append((None, -0.2)) |
|
301 |
|
# |
|
302 |
|
# def is_couple(self, couple_indices): |
|
303 |
|
# i, j = couple_indices |
|
304 |
|
# |
|
305 |
|
# #č pro linprog zadáme constrains Ax=b |
|
306 |
|
# # A = [[ x_1i, x_2i, ..., x_ni, 1], |
|
307 |
|
# # [ x_1j, x_2j, ..., x_nj, 1]] |
|
308 |
|
# A_eq = self.A[[i, j]] |
|
309 |
|
# |
|
310 |
|
# mask = np.ones(len(self.A), dtype=np.bool8) |
|
311 |
|
# mask[[i, j]] = False |
|
312 |
|
# A_ub = np.atleast_2d(self.A[mask]) |
|
313 |
|
# |
|
314 |
|
# result = linprog(self.c, A_ub=A_ub, b_ub=self.b_ub, A_eq=A_eq,\ |
|
315 |
|
# b_eq=self.b_eq, bounds=self.bounds) |
|
316 |
|
# |
|
317 |
|
# return result.success |
|
318 |
23 |
|
|
319 |
24 |
|
|
320 |
25 |
|
|