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Viewing changes to src/test/java/org/apache/commons/math/linear/FieldLUDecompositionImplTest.java

  • Committer: Bazaar Package Importer
  • Author(s): Damien Raude-Morvan
  • Date: 2009-08-22 01:13:25 UTC
  • mfrom: (1.1.1 upstream)
  • Revision ID: james.westby@ubuntu.com-20090822011325-hi4peq1ua5weguwn
Tags: 2.0-1
* New upstream release.
* Set Maintainer field to Debian Java Team
* Add myself as Uploaders
* Switch to Quilt patch system:
  - Refresh all patchs
  - Remove B-D on dpatch, Add B-D on quilt
  - Include patchsys-quilt.mk in debian/rules
* Bump Standards-Version to 3.8.3:
  - Add a README.source to describe patch system
* Maven POMs:
  - Add a Build-Depends-Indep dependency on maven-repo-helper
  - Use mh_installpom and mh_installjar to install the POM and the jar to the
    Maven repository
* Use default-jdk/jre:
  - Depends on java5-runtime-headless
  - Build-Depends on default-jdk
  - Use /usr/lib/jvm/default-java as JAVA_HOME
* Move api documentation to /usr/share/doc/libcommons-math-java/api
* Build-Depends on junit4 instead of junit

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
src/test/java/org/apache/commons/math/linear/FieldLUDecompositionImplTest.java
 
1
/*
 
2
 * Licensed to the Apache Software Foundation (ASF) under one or more
 
3
 * contributor license agreements.  See the NOTICE file distributed with
 
4
 * this work for additional information regarding copyright ownership.
 
5
 * The ASF licenses this file to You under the Apache License, Version 2.0
 
6
 * (the "License"); you may not use this file except in compliance with
 
7
 * the License.  You may obtain a copy of the License at
 
8
 *
 
9
 *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 
10
 *
 
11
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 
12
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 
13
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 
14
 * See the License for the specific language governing permissions and
 
15
 * limitations under the License.
 
16
 */
 
17
 
 
18
package org.apache.commons.math.linear;
 
19
 
 
20
import junit.framework.Test;
 
21
import junit.framework.TestCase;
 
22
import junit.framework.TestSuite;
 
23
 
 
24
import org.apache.commons.math.TestUtils;
 
25
import org.apache.commons.math.fraction.Fraction;
 
26
import org.apache.commons.math.fraction.FractionField;
 
27
import org.apache.commons.math.linear.FieldLUDecomposition;
 
28
import org.apache.commons.math.linear.FieldLUDecompositionImpl;
 
29
import org.apache.commons.math.linear.FieldMatrix;
 
30
import org.apache.commons.math.linear.Array2DRowFieldMatrix;
 
31
import org.apache.commons.math.linear.InvalidMatrixException;
 
32
 
 
33
public class FieldLUDecompositionImplTest extends TestCase {
 
34
    private Fraction[][] testData = {
 
35
            { new Fraction(1), new Fraction(2), new Fraction(3)},
 
36
            { new Fraction(2), new Fraction(5), new Fraction(3)},
 
37
            { new Fraction(1), new Fraction(0), new Fraction(8)}
 
38
    };
 
39
    private Fraction[][] testDataMinus = {
 
40
            { new Fraction(-1), new Fraction(-2), new Fraction(-3)},
 
41
            { new Fraction(-2), new Fraction(-5), new Fraction(-3)},
 
42
            { new Fraction(-1),  new Fraction(0), new Fraction(-8)}
 
43
    };
 
44
    private Fraction[][] luData = {
 
45
            { new Fraction(2), new Fraction(3), new Fraction(3) },
 
46
            { new Fraction(2), new Fraction(3), new Fraction(7) },
 
47
            { new Fraction(6), new Fraction(6), new Fraction(8) }
 
48
    };
 
49
    
 
50
    // singular matrices
 
51
    private Fraction[][] singular = {
 
52
            { new Fraction(2), new Fraction(3) },
 
53
            { new Fraction(2), new Fraction(3) }
 
54
    };
 
55
    private Fraction[][] bigSingular = {
 
56
            { new Fraction(1), new Fraction(2),   new Fraction(3),    new Fraction(4) },
 
57
            { new Fraction(2), new Fraction(5),   new Fraction(3),    new Fraction(4) },
 
58
            { new Fraction(7), new Fraction(3), new Fraction(256), new Fraction(1930) },
 
59
            { new Fraction(3), new Fraction(7),   new Fraction(6),    new Fraction(8) }
 
60
    }; // 4th row = 1st + 2nd
 
61
 
 
62
    public FieldLUDecompositionImplTest(String name) {
 
63
        super(name);
 
64
    }
 
65
 
 
66
    public static Test suite() {
 
67
        TestSuite suite = new TestSuite(FieldLUDecompositionImplTest.class);
 
68
        suite.setName("FieldLUDecompositionImpl Tests");
 
69
        return suite;
 
70
    }
 
71
 
 
72
    /** test dimensions */
 
73
    public void testDimensions() {
 
74
        FieldMatrix<Fraction> matrix = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(testData);
 
75
        FieldLUDecomposition<Fraction> LU = new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(matrix);
 
76
        assertEquals(testData.length, LU.getL().getRowDimension());
 
77
        assertEquals(testData.length, LU.getL().getColumnDimension());
 
78
        assertEquals(testData.length, LU.getU().getRowDimension());
 
79
        assertEquals(testData.length, LU.getU().getColumnDimension());
 
80
        assertEquals(testData.length, LU.getP().getRowDimension());
 
81
        assertEquals(testData.length, LU.getP().getColumnDimension());
 
82
 
 
83
    }
 
84
 
 
85
    /** test non-square matrix */
 
86
    public void testNonSquare() {
 
87
        try {
 
88
            new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(new Fraction[][] {
 
89
                    { Fraction.ZERO, Fraction.ZERO },
 
90
                    { Fraction.ZERO, Fraction.ZERO },
 
91
                    { Fraction.ZERO, Fraction.ZERO }
 
92
            }));
 
93
        } catch (InvalidMatrixException ime) {
 
94
            // expected behavior
 
95
        } catch (Exception e) {
 
96
            fail("wrong exception caught");
 
97
        }
 
98
    }
 
99
 
 
100
    /** test PA = LU */
 
101
    public void testPAEqualLU() {
 
102
        FieldMatrix<Fraction> matrix = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(testData);
 
103
        FieldLUDecomposition<Fraction> lu = new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(matrix);
 
104
        FieldMatrix<Fraction> l = lu.getL();
 
105
        FieldMatrix<Fraction> u = lu.getU();
 
106
        FieldMatrix<Fraction> p = lu.getP();
 
107
        TestUtils.assertEquals(p.multiply(matrix), l.multiply(u));
 
108
 
 
109
        matrix = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(testDataMinus);
 
110
        lu = new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(matrix);
 
111
        l = lu.getL();
 
112
        u = lu.getU();
 
113
        p = lu.getP();
 
114
        TestUtils.assertEquals(p.multiply(matrix), l.multiply(u));
 
115
 
 
116
        matrix = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(FractionField.getInstance(), 17, 17);
 
117
        for (int i = 0; i < matrix.getRowDimension(); ++i) {
 
118
            matrix.setEntry(i, i, Fraction.ONE);
 
119
        }
 
120
        lu = new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(matrix);
 
121
        l = lu.getL();
 
122
        u = lu.getU();
 
123
        p = lu.getP();
 
124
        TestUtils.assertEquals(p.multiply(matrix), l.multiply(u));
 
125
 
 
126
        matrix = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(singular);
 
127
        lu = new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(matrix);
 
128
        assertFalse(lu.getSolver().isNonSingular());
 
129
        assertNull(lu.getL());
 
130
        assertNull(lu.getU());
 
131
        assertNull(lu.getP());
 
132
 
 
133
        matrix = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(bigSingular);
 
134
        lu = new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(matrix);
 
135
        assertFalse(lu.getSolver().isNonSingular());
 
136
        assertNull(lu.getL());
 
137
        assertNull(lu.getU());
 
138
        assertNull(lu.getP());
 
139
 
 
140
    }
 
141
 
 
142
    /** test that L is lower triangular with unit diagonal */
 
143
    public void testLLowerTriangular() {
 
144
        FieldMatrix<Fraction> matrix = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(testData);
 
145
        FieldMatrix<Fraction> l = new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(matrix).getL();
 
146
        for (int i = 0; i < l.getRowDimension(); i++) {
 
147
            assertEquals(Fraction.ONE, l.getEntry(i, i));
 
148
            for (int j = i + 1; j < l.getColumnDimension(); j++) {
 
149
                assertEquals(Fraction.ZERO, l.getEntry(i, j));
 
150
            }
 
151
        }
 
152
    }
 
153
 
 
154
    /** test that U is upper triangular */
 
155
    public void testUUpperTriangular() {
 
156
        FieldMatrix<Fraction> matrix = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(testData);
 
157
        FieldMatrix<Fraction> u = new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(matrix).getU();
 
158
        for (int i = 0; i < u.getRowDimension(); i++) {
 
159
            for (int j = 0; j < i; j++) {
 
160
                assertEquals(Fraction.ZERO, u.getEntry(i, j));
 
161
            }
 
162
        }
 
163
    }
 
164
 
 
165
    /** test that P is a permutation matrix */
 
166
    public void testPPermutation() {
 
167
        FieldMatrix<Fraction> matrix = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(testData);
 
168
        FieldMatrix<Fraction> p   = new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(matrix).getP();
 
169
 
 
170
        FieldMatrix<Fraction> ppT = p.multiply(p.transpose());
 
171
        FieldMatrix<Fraction> id  =
 
172
            new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(FractionField.getInstance(),
 
173
                                          p.getRowDimension(), p.getRowDimension());
 
174
        for (int i = 0; i < id.getRowDimension(); ++i) {
 
175
            id.setEntry(i, i, Fraction.ONE);
 
176
        }
 
177
        TestUtils.assertEquals(id, ppT);
 
178
 
 
179
        for (int i = 0; i < p.getRowDimension(); i++) {
 
180
            int zeroCount  = 0;
 
181
            int oneCount   = 0;
 
182
            int otherCount = 0;
 
183
            for (int j = 0; j < p.getColumnDimension(); j++) {
 
184
                final Fraction e = p.getEntry(i, j);
 
185
                if (e.equals(Fraction.ZERO)) {
 
186
                    ++zeroCount;
 
187
                } else if (e.equals(Fraction.ONE)) {
 
188
                    ++oneCount;
 
189
                } else {
 
190
                    ++otherCount;
 
191
                }
 
192
            }
 
193
            assertEquals(p.getColumnDimension() - 1, zeroCount);
 
194
            assertEquals(1, oneCount);
 
195
            assertEquals(0, otherCount);
 
196
        }
 
197
 
 
198
        for (int j = 0; j < p.getColumnDimension(); j++) {
 
199
            int zeroCount  = 0;
 
200
            int oneCount   = 0;
 
201
            int otherCount = 0;
 
202
            for (int i = 0; i < p.getRowDimension(); i++) {
 
203
                final Fraction e = p.getEntry(i, j);
 
204
                if (e.equals(Fraction.ZERO)) {
 
205
                    ++zeroCount;
 
206
                } else if (e.equals(Fraction.ONE)) {
 
207
                    ++oneCount;
 
208
                } else {
 
209
                    ++otherCount;
 
210
                }
 
211
            }
 
212
            assertEquals(p.getRowDimension() - 1, zeroCount);
 
213
            assertEquals(1, oneCount);
 
214
            assertEquals(0, otherCount);
 
215
        }
 
216
 
 
217
    }
 
218
 
 
219
 
 
220
    /** test singular */
 
221
    public void testSingular() {
 
222
        FieldLUDecomposition<Fraction> lu =
 
223
            new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(testData));
 
224
        assertTrue(lu.getSolver().isNonSingular());
 
225
        lu = new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(singular));
 
226
        assertFalse(lu.getSolver().isNonSingular());
 
227
        lu = new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(bigSingular));
 
228
        assertFalse(lu.getSolver().isNonSingular());
 
229
    }
 
230
 
 
231
    /** test matrices values */
 
232
    public void testMatricesValues1() {
 
233
       FieldLUDecomposition<Fraction> lu =
 
234
            new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(testData));
 
235
        FieldMatrix<Fraction> lRef = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(new Fraction[][] {
 
236
                { new Fraction(1), new Fraction(0), new Fraction(0) },
 
237
                { new Fraction(2), new Fraction(1), new Fraction(0) },
 
238
                { new Fraction(1), new Fraction(-2), new Fraction(1) }
 
239
        });
 
240
        FieldMatrix<Fraction> uRef = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(new Fraction[][] {
 
241
                { new Fraction(1),  new Fraction(2), new Fraction(3) },
 
242
                { new Fraction(0), new Fraction(1), new Fraction(-3) },
 
243
                { new Fraction(0),  new Fraction(0), new Fraction(-1) }
 
244
        });
 
245
        FieldMatrix<Fraction> pRef = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(new Fraction[][] {
 
246
                { new Fraction(1), new Fraction(0), new Fraction(0) },
 
247
                { new Fraction(0), new Fraction(1), new Fraction(0) },
 
248
                { new Fraction(0), new Fraction(0), new Fraction(1) }
 
249
        });
 
250
        int[] pivotRef = { 0, 1, 2 };
 
251
 
 
252
        // check values against known references
 
253
        FieldMatrix<Fraction> l = lu.getL();
 
254
        TestUtils.assertEquals(lRef, l);
 
255
        FieldMatrix<Fraction> u = lu.getU();
 
256
        TestUtils.assertEquals(uRef, u);
 
257
        FieldMatrix<Fraction> p = lu.getP();
 
258
        TestUtils.assertEquals(pRef, p);
 
259
        int[] pivot = lu.getPivot();
 
260
        for (int i = 0; i < pivotRef.length; ++i) {
 
261
            assertEquals(pivotRef[i], pivot[i]);
 
262
        }
 
263
 
 
264
        // check the same cached instance is returned the second time
 
265
        assertTrue(l == lu.getL());
 
266
        assertTrue(u == lu.getU());
 
267
        assertTrue(p == lu.getP());
 
268
        
 
269
    }
 
270
 
 
271
    /** test matrices values */
 
272
    public void testMatricesValues2() {
 
273
       FieldLUDecomposition<Fraction> lu =
 
274
            new FieldLUDecompositionImpl<Fraction>(new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(luData));
 
275
        FieldMatrix<Fraction> lRef = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(new Fraction[][] {
 
276
                { new Fraction(1), new Fraction(0), new Fraction(0) },
 
277
                { new Fraction(3), new Fraction(1), new Fraction(0) },
 
278
                { new Fraction(1), new Fraction(0), new Fraction(1) }
 
279
        });
 
280
        FieldMatrix<Fraction> uRef = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(new Fraction[][] {
 
281
                { new Fraction(2), new Fraction(3), new Fraction(3)    },
 
282
                { new Fraction(0), new Fraction(-3), new Fraction(-1)  },
 
283
                { new Fraction(0), new Fraction(0), new Fraction(4) }
 
284
        });
 
285
        FieldMatrix<Fraction> pRef = new Array2DRowFieldMatrix<Fraction>(new Fraction[][] {
 
286
                { new Fraction(1), new Fraction(0), new Fraction(0) },
 
287
                { new Fraction(0), new Fraction(0), new Fraction(1) },
 
288
                { new Fraction(0), new Fraction(1), new Fraction(0) }
 
289
        });
 
290
        int[] pivotRef = { 0, 2, 1 };
 
291
 
 
292
        // check values against known references
 
293
        FieldMatrix<Fraction> l = lu.getL();
 
294
        TestUtils.assertEquals(lRef, l);
 
295
        FieldMatrix<Fraction> u = lu.getU();
 
296
        TestUtils.assertEquals(uRef, u);
 
297
        FieldMatrix<Fraction> p = lu.getP();
 
298
        TestUtils.assertEquals(pRef, p);
 
299
        int[] pivot = lu.getPivot();
 
300
        for (int i = 0; i < pivotRef.length; ++i) {
 
301
            assertEquals(pivotRef[i], pivot[i]);
 
302
        }
 
303
 
 
304
        // check the same cached instance is returned the second time
 
305
        assertTrue(l == lu.getL());
 
306
        assertTrue(u == lu.getU());
 
307
        assertTrue(p == lu.getP());
 
308
        
 
309
    }
 
310
 
 
311
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