ningshuxia
2022-12-12 4f1314cb69a47c22e52f1efdc4b4be6c1d55143d
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
// <copyright file="QR.cs" company="Math.NET">
// Math.NET Numerics, part of the Math.NET Project
// http://numerics.mathdotnet.com
// http://github.com/mathnet/mathnet-numerics
//
// Copyright (c) 2009-2013 Math.NET
//
// Permission is hereby granted, free of charge, to any person
// obtaining a copy of this software and associated documentation
// files (the "Software"), to deal in the Software without
// restriction, including without limitation the rights to use,
// copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell
// copies of the Software, and to permit persons to whom the
// Software is furnished to do so, subject to the following
// conditions:
//
// The above copyright notice and this permission notice shall be
// included in all copies or substantial portions of the Software.
//
// THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
// EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES
// OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
// NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT
// HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY,
// WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
// FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR
// OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE.
// </copyright>
 
using System;
 
namespace IStation.Numerics.LinearAlgebra.Factorization
{
    /// <summary>
    /// The type of QR factorization go perform.
    /// </summary>
    public enum QRMethod
    {
        /// <summary>
        /// Compute the full QR factorization of a matrix.
        /// </summary>
        Full = 0,
 
        /// <summary>
        /// Compute the thin QR factorization of a matrix.
        /// </summary>
        Thin = 1
    }
 
    /// <summary>
    /// <para>A class which encapsulates the functionality of the QR decomposition.</para>
    /// <para>Any real square matrix A (m x n) may be decomposed as A = QR where Q is an orthogonal matrix
    /// (its columns are orthogonal unit vectors meaning QTQ = I) and R is an upper triangular matrix
    /// (also called right triangular matrix).</para>
    /// </summary>
    /// <remarks>
    /// The computation of the QR decomposition is done at construction time by Householder transformation.
    /// If a <seealso cref="QRMethod.Full"/> factorization is performed, the resulting Q matrix is an m x m matrix
    /// and the R matrix is an m x n matrix. If a <seealso cref="QRMethod.Thin"/> factorization is performed, the
    /// resulting Q matrix is an m x n matrix and the R matrix is an n x n matrix.
    /// </remarks>
    /// <typeparam name="T">Supported data types are double, single, <see cref="Complex"/>, and <see cref="Complex32"/>.</typeparam>
    public abstract class QR<T> : ISolver<T>
        where T : struct, IEquatable<T>, IFormattable
    {
        readonly Lazy<Matrix<T>> _lazyR;
 
        protected readonly Matrix<T> FullR;
        protected readonly QRMethod Method;
 
        protected QR(Matrix<T> q, Matrix<T> rFull, QRMethod method)
        {
            Q = q;
            FullR = rFull;
            Method = method;
 
            _lazyR = new Lazy<Matrix<T>>(FullR.UpperTriangle);
        }
 
        /// <summary>
        /// Gets or sets orthogonal Q matrix
        /// </summary>
        public Matrix<T> Q { get; }
 
        /// <summary>
        /// Gets the upper triangular factor R.
        /// </summary>
        public Matrix<T> R => _lazyR.Value;
 
        /// <summary>
        /// Gets the absolute determinant value of the matrix for which the QR matrix was computed.
        /// </summary>
        public abstract T Determinant { get; }
 
        /// <summary>
        /// Gets a value indicating whether the matrix is full rank or not.
        /// </summary>
        /// <value><c>true</c> if the matrix is full rank; otherwise <c>false</c>.</value>
        public abstract bool IsFullRank { get; }
 
        /// <summary>
        /// Solves a system of linear equations, <b>AX = B</b>, with A QR factorized.
        /// </summary>
        /// <param name="input">The right hand side <see cref="Matrix{T}"/>, <b>B</b>.</param>
        /// <returns>The left hand side <see cref="Matrix{T}"/>, <b>X</b>.</returns>
        public virtual Matrix<T> Solve(Matrix<T> input)
        {
            var x = Matrix<T>.Build.SameAs(input, FullR.ColumnCount, input.ColumnCount, fullyMutable: true);
            Solve(input, x);
            return x;
        }
 
        /// <summary>
        /// Solves a system of linear equations, <b>AX = B</b>, with A QR factorized.
        /// </summary>
        /// <param name="input">The right hand side <see cref="Matrix{T}"/>, <b>B</b>.</param>
        /// <param name="result">The left hand side <see cref="Matrix{T}"/>, <b>X</b>.</param>
        public abstract void Solve(Matrix<T> input, Matrix<T> result);
 
        /// <summary>
        /// Solves a system of linear equations, <b>Ax = b</b>, with A QR factorized.
        /// </summary>
        /// <param name="input">The right hand side vector, <b>b</b>.</param>
        /// <returns>The left hand side <see cref="Vector{T}"/>, <b>x</b>.</returns>
        public virtual Vector<T> Solve(Vector<T> input)
        {
            var x = Vector<T>.Build.SameAs(input, FullR.ColumnCount);
            Solve(input, x);
            return x;
        }
 
        /// <summary>
        /// Solves a system of linear equations, <b>Ax = b</b>, with A QR factorized.
        /// </summary>
        /// <param name="input">The right hand side vector, <b>b</b>.</param>
        /// <param name="result">The left hand side <see cref="Matrix{T}"/>, <b>x</b>.</param>
        public abstract void Solve(Vector<T> input, Vector<T> result);
    }
}