~ubuntu-branches/ubuntu/raring/python-scipy/raring-proposed

« back to all changes in this revision

Viewing changes to Lib/sandbox/spline/fitpack/percur.f

  • Committer: Bazaar Package Importer
  • Author(s): Matthias Klose
  • Date: 2007-01-07 14:12:12 UTC
  • mfrom: (1.1.1 upstream)
  • Revision ID: james.westby@ubuntu.com-20070107141212-mm0ebkh5b37hcpzn
* Remove build dependency on python-numpy-dev.
* python-scipy: Depend on python-numpy instead of python-numpy-dev.
* Package builds on other archs than i386. Closes: #402783.

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
 
1
      subroutine percur(iopt,m,x,y,w,k,s,nest,n,t,c,fp,
 
2
     * wrk,lwrk,iwrk,ier)
 
3
c  given the set of data points (x(i),y(i)) and the set of positive
 
4
c  numbers w(i),i=1,2,...,m-1, subroutine percur determines a smooth
 
5
c  periodic spline approximation of degree k with period per=x(m)-x(1).
 
6
c  if iopt=-1 percur calculates the weighted least-squares periodic
 
7
c  spline according to a given set of knots.
 
8
c  if iopt>=0 the number of knots of the spline s(x) and the position
 
9
c  t(j),j=1,2,...,n is chosen automatically by the routine. the smooth-
 
10
c  ness of s(x) is then achieved by minimalizing the discontinuity
 
11
c  jumps of the k-th derivative of s(x) at the knots t(j),j=k+2,k+3,...,
 
12
c  n-k-1. the amount of smoothness is determined by the condition that
 
13
c  f(p)=sum((w(i)*(y(i)-s(x(i))))**2) be <= s, with s a given non-
 
14
c  negative constant, called the smoothing factor.
 
15
c  the fit s(x) is given in the b-spline representation (b-spline coef-
 
16
c  ficients c(j),j=1,2,...,n-k-1) and can be evaluated by means of
 
17
c  subroutine splev.
 
18
c
 
19
c  calling sequence:
 
20
c     call percur(iopt,m,x,y,w,k,s,nest,n,t,c,fp,wrk,
 
21
c    * lwrk,iwrk,ier)
 
22
c
 
23
c  parameters:
 
24
c   iopt  : integer flag. on entry iopt must specify whether a weighted
 
25
c           least-squares spline (iopt=-1) or a smoothing spline (iopt=
 
26
c           0 or 1) must be determined. if iopt=0 the routine will start
 
27
c           with an initial set of knots t(i)=x(1)+(x(m)-x(1))*(i-k-1),
 
28
c           i=1,2,...,2*k+2. if iopt=1 the routine will continue with
 
29
c           the knots found at the last call of the routine.
 
30
c           attention: a call with iopt=1 must always be immediately
 
31
c           preceded by another call with iopt=1 or iopt=0.
 
32
c           unchanged on exit.
 
33
c   m     : integer. on entry m must specify the number of data points.
 
34
c           m > 1. unchanged on exit.
 
35
c   x     : real array of dimension at least (m). before entry, x(i)
 
36
c           must be set to the i-th value of the independent variable x,
 
37
c           for i=1,2,...,m. these values must be supplied in strictly
 
38
c           ascending order. x(m) only indicates the length of the
 
39
c           period of the spline, i.e per=x(m)-x(1).
 
40
c           unchanged on exit.
 
41
c   y     : real array of dimension at least (m). before entry, y(i)
 
42
c           must be set to the i-th value of the dependent variable y,
 
43
c           for i=1,2,...,m-1. the element y(m) is not used.
 
44
c           unchanged on exit.
 
45
c   w     : real array of dimension at least (m). before entry, w(i)
 
46
c           must be set to the i-th value in the set of weights. the
 
47
c           w(i) must be strictly positive. w(m) is not used.
 
48
c           see also further comments. unchanged on exit.
 
49
c   k     : integer. on entry k must specify the degree of the spline.
 
50
c           1<=k<=5. it is recommended to use cubic splines (k=3).
 
51
c           the user is strongly dissuaded from choosing k even,together
 
52
c           with a small s-value. unchanged on exit.
 
53
c   s     : real.on entry (in case iopt>=0) s must specify the smoothing
 
54
c           factor. s >=0. unchanged on exit.
 
55
c           for advice on the choice of s see further comments.
 
56
c   nest  : integer. on entry nest must contain an over-estimate of the
 
57
c           total number of knots of the spline returned, to indicate
 
58
c           the storage space available to the routine. nest >=2*k+2.
 
59
c           in most practical situation nest=m/2 will be sufficient.
 
60
c           always large enough is nest=m+2*k,the number of knots needed
 
61
c           for interpolation (s=0). unchanged on exit.
 
62
c   n     : integer.
 
63
c           unless ier = 10 (in case iopt >=0), n will contain the
 
64
c           total number of knots of the spline approximation returned.
 
65
c           if the computation mode iopt=1 is used this value of n
 
66
c           should be left unchanged between subsequent calls.
 
67
c           in case iopt=-1, the value of n must be specified on entry.
 
68
c   t     : real array of dimension at least (nest).
 
69
c           on succesful exit, this array will contain the knots of the
 
70
c           spline,i.e. the position of the interior knots t(k+2),t(k+3)
 
71
c           ...,t(n-k-1) as well as the position of the additional knots
 
72
c           t(1),t(2),...,t(k+1)=x(1) and t(n-k)=x(m),..,t(n) needed for
 
73
c           the b-spline representation.
 
74
c           if the computation mode iopt=1 is used, the values of t(1),
 
75
c           t(2),...,t(n) should be left unchanged between subsequent
 
76
c           calls. if the computation mode iopt=-1 is used, the values
 
77
c           t(k+2),...,t(n-k-1) must be supplied by the user, before
 
78
c           entry. see also the restrictions (ier=10).
 
79
c   c     : real array of dimension at least (nest).
 
80
c           on succesful exit, this array will contain the coefficients
 
81
c           c(1),c(2),..,c(n-k-1) in the b-spline representation of s(x)
 
82
c   fp    : real. unless ier = 10, fp contains the weighted sum of
 
83
c           squared residuals of the spline approximation returned.
 
84
c   wrk   : real array of dimension at least (m*(k+1)+nest*(8+5*k)).
 
85
c           used as working space. if the computation mode iopt=1 is
 
86
c           used, the values wrk(1),...,wrk(n) should be left unchanged
 
87
c           between subsequent calls.
 
88
c   lwrk  : integer. on entry,lwrk must specify the actual dimension of
 
89
c           the array wrk as declared in the calling (sub)program. lwrk
 
90
c           must not be too small (see wrk). unchanged on exit.
 
91
c   iwrk  : integer array of dimension at least (nest).
 
92
c           used as working space. if the computation mode iopt=1 is
 
93
c           used,the values iwrk(1),...,iwrk(n) should be left unchanged
 
94
c           between subsequent calls.
 
95
c   ier   : integer. unless the routine detects an error, ier contains a
 
96
c           non-positive value on exit, i.e.
 
97
c    ier=0  : normal return. the spline returned has a residual sum of
 
98
c             squares fp such that abs(fp-s)/s <= tol with tol a relat-
 
99
c             ive tolerance set to 0.001 by the program.
 
100
c    ier=-1 : normal return. the spline returned is an interpolating
 
101
c             periodic spline (fp=0).
 
102
c    ier=-2 : normal return. the spline returned is the weighted least-
 
103
c             squares constant. in this extreme case fp gives the upper
 
104
c             bound fp0 for the smoothing factor s.
 
105
c    ier=1  : error. the required storage space exceeds the available
 
106
c             storage space, as specified by the parameter nest.
 
107
c             probably causes : nest too small. if nest is already
 
108
c             large (say nest > m/2), it may also indicate that s is
 
109
c             too small
 
110
c             the approximation returned is the least-squares periodic
 
111
c             spline according to the knots t(1),t(2),...,t(n). (n=nest)
 
112
c             the parameter fp gives the corresponding weighted sum of
 
113
c             squared residuals (fp>s).
 
114
c    ier=2  : error. a theoretically impossible result was found during
 
115
c             the iteration proces for finding a smoothing spline with
 
116
c             fp = s. probably causes : s too small.
 
117
c             there is an approximation returned but the corresponding
 
118
c             weighted sum of squared residuals does not satisfy the
 
119
c             condition abs(fp-s)/s < tol.
 
120
c    ier=3  : error. the maximal number of iterations maxit (set to 20
 
121
c             by the program) allowed for finding a smoothing spline
 
122
c             with fp=s has been reached. probably causes : s too small
 
123
c             there is an approximation returned but the corresponding
 
124
c             weighted sum of squared residuals does not satisfy the
 
125
c             condition abs(fp-s)/s < tol.
 
126
c    ier=10 : error. on entry, the input data are controlled on validity
 
127
c             the following restrictions must be satisfied.
 
128
c             -1<=iopt<=1, 1<=k<=5, m>1, nest>2*k+2, w(i)>0,i=1,...,m-1
 
129
c             x(1)<x(2)<...<x(m), lwrk>=(k+1)*m+nest*(8+5*k)
 
130
c             if iopt=-1: 2*k+2<=n<=min(nest,m+2*k)
 
131
c                         x(1)<t(k+2)<t(k+3)<...<t(n-k-1)<x(m)
 
132
c                       the schoenberg-whitney conditions, i.e. there
 
133
c                       must be a subset of data points xx(j) with
 
134
c                       xx(j) = x(i) or x(i)+(x(m)-x(1)) such that
 
135
c                         t(j) < xx(j) < t(j+k+1), j=k+1,...,n-k-1
 
136
c             if iopt>=0: s>=0
 
137
c                         if s=0 : nest >= m+2*k
 
138
c             if one of these conditions is found to be violated,control
 
139
c             is immediately repassed to the calling program. in that
 
140
c             case there is no approximation returned.
 
141
c
 
142
c  further comments:
 
143
c   by means of the parameter s, the user can control the tradeoff
 
144
c   between closeness of fit and smoothness of fit of the approximation.
 
145
c   if s is too large, the spline will be too smooth and signal will be
 
146
c   lost ; if s is too small the spline will pick up too much noise. in
 
147
c   the extreme cases the program will return an interpolating periodic
 
148
c   spline if s=0 and the weighted least-squares constant if s is very
 
149
c   large. between these extremes, a properly chosen s will result in
 
150
c   a good compromise between closeness of fit and smoothness of fit.
 
151
c   to decide whether an approximation, corresponding to a certain s is
 
152
c   satisfactory the user is highly recommended to inspect the fits
 
153
c   graphically.
 
154
c   recommended values for s depend on the weights w(i). if these are
 
155
c   taken as 1/d(i) with d(i) an estimate of the standard deviation of
 
156
c   y(i), a good s-value should be found in the range (m-sqrt(2*m),m+
 
157
c   sqrt(2*m)). if nothing is known about the statistical error in y(i)
 
158
c   each w(i) can be set equal to one and s determined by trial and
 
159
c   error, taking account of the comments above. the best is then to
 
160
c   start with a very large value of s ( to determine the least-squares
 
161
c   constant and the corresponding upper bound fp0 for s) and then to
 
162
c   progressively decrease the value of s ( say by a factor 10 in the
 
163
c   beginning, i.e. s=fp0/10, fp0/100,...and more carefully as the
 
164
c   approximation shows more detail) to obtain closer fits.
 
165
c   to economize the search for a good s-value the program provides with
 
166
c   different modes of computation. at the first call of the routine, or
 
167
c   whenever he wants to restart with the initial set of knots the user
 
168
c   must set iopt=0.
 
169
c   if iopt=1 the program will continue with the set of knots found at
 
170
c   the last call of the routine. this will save a lot of computation
 
171
c   time if percur is called repeatedly for different values of s.
 
172
c   the number of knots of the spline returned and their location will
 
173
c   depend on the value of s and on the complexity of the shape of the
 
174
c   function underlying the data. but, if the computation mode iopt=1
 
175
c   is used, the knots returned may also depend on the s-values at
 
176
c   previous calls (if these were smaller). therefore, if after a number
 
177
c   of trials with different s-values and iopt=1, the user can finally
 
178
c   accept a fit as satisfactory, it may be worthwhile for him to call
 
179
c   percur once more with the selected value for s but now with iopt=0.
 
180
c   indeed, percur may then return an approximation of the same quality
 
181
c   of fit but with fewer knots and therefore better if data reduction
 
182
c   is also an important objective for the user.
 
183
c
 
184
c  other subroutines required:
 
185
c    fpbacp,fpbspl,fpchep,fpperi,fpdisc,fpgivs,fpknot,fprati,fprota
 
186
c
 
187
c  references:
 
188
c   dierckx p. : algorithms for smoothing data with periodic and
 
189
c                parametric splines, computer graphics and image
 
190
c                processing 20 (1982) 171-184.
 
191
c   dierckx p. : algorithms for smoothing data with periodic and param-
 
192
c                etric splines, report tw55, dept. computer science,
 
193
c                k.u.leuven, 1981.
 
194
c   dierckx p. : curve and surface fitting with splines, monographs on
 
195
c                numerical analysis, oxford university press, 1993.
 
196
c
 
197
c  author:
 
198
c    p.dierckx
 
199
c    dept. computer science, k.u. leuven
 
200
c    celestijnenlaan 200a, b-3001 heverlee, belgium.
 
201
c    e-mail : Paul.Dierckx@cs.kuleuven.ac.be
 
202
c
 
203
c  creation date : may 1979
 
204
c  latest update : march 1987
 
205
c
 
206
c  ..
 
207
c  ..scalar arguments..
 
208
      real*8 s,fp
 
209
      integer iopt,m,k,nest,n,lwrk,ier
 
210
c  ..array arguments..
 
211
      real*8 x(m),y(m),w(m),t(nest),c(nest),wrk(lwrk)
 
212
      integer iwrk(nest)
 
213
c  ..local scalars..
 
214
      real*8 per,tol
 
215
      integer i,ia1,ia2,ib,ifp,ig1,ig2,iq,iz,i1,i2,j1,j2,k1,k2,lwest,
 
216
     * maxit,m1,nmin
 
217
c  ..subroutine references..
 
218
c    perper,pcheck
 
219
c  ..
 
220
c  we set up the parameters tol and maxit
 
221
      maxit = 20
 
222
      tol = 0.1e-02
 
223
c  before starting computations a data check is made. if the input data
 
224
c  are invalid, control is immediately repassed to the calling program.
 
225
      ier = 10
 
226
      if(k.le.0 .or. k.gt.5) go to 50
 
227
      k1 = k+1
 
228
      k2 = k1+1
 
229
      if(iopt.lt.(-1) .or. iopt.gt.1) go to 50
 
230
      nmin = 2*k1
 
231
      if(m.lt.2 .or. nest.lt.nmin) go to 50
 
232
      lwest = m*k1+nest*(8+5*k)
 
233
      if(lwrk.lt.lwest) go to 50
 
234
      m1 = m-1
 
235
      do 10 i=1,m1
 
236
         if(x(i).ge.x(i+1) .or. w(i).le.0.) go to 50
 
237
  10  continue
 
238
      if(iopt.ge.0) go to 30
 
239
      if(n.le.nmin .or. n.gt.nest) go to 50
 
240
      per = x(m)-x(1)
 
241
      j1 = k1
 
242
      t(j1) = x(1)
 
243
      i1 = n-k
 
244
      t(i1) = x(m)
 
245
      j2 = j1
 
246
      i2 = i1
 
247
      do 20 i=1,k
 
248
         i1 = i1+1
 
249
         i2 = i2-1
 
250
         j1 = j1+1
 
251
         j2 = j2-1
 
252
         t(j2) = t(i2)-per
 
253
         t(i1) = t(j1)+per
 
254
  20  continue
 
255
      call fpchep(x,m,t,n,k,ier)
 
256
      if (ier.eq.0) go to 40
 
257
      go to 50
 
258
  30  if(s.lt.0.) go to 50
 
259
      if(s.eq.0. .and. nest.lt.(m+2*k)) go to 50
 
260
      ier = 0
 
261
c we partition the working space and determine the spline approximation.
 
262
  40  ifp = 1
 
263
      iz = ifp+nest
 
264
      ia1 = iz+nest
 
265
      ia2 = ia1+nest*k1
 
266
      ib = ia2+nest*k
 
267
      ig1 = ib+nest*k2
 
268
      ig2 = ig1+nest*k2
 
269
      iq = ig2+nest*k1
 
270
      call fpperi(iopt,x,y,w,m,k,s,nest,tol,maxit,k1,k2,n,t,c,fp,
 
271
     * wrk(ifp),wrk(iz),wrk(ia1),wrk(ia2),wrk(ib),wrk(ig1),wrk(ig2),
 
272
     * wrk(iq),iwrk,ier)
 
273
  50  return
 
274
      end