svm.java
上传用户:xgw_05
上传日期:2014-12-08
资源大小:2726k
文件大小:39k
源码类别:

.net编程

开发平台:

Java

  1. package libsvm;
  2. import java.io.*;
  3. import java.util.*;
  4. //
  5. // Kernel Cache
  6. //
  7. // l is the number of total data items
  8. // size is the cache size limit in bytes
  9. //
  10. class Cache {
  11. private final int l;
  12. private int size;
  13. private final class head_t
  14. {
  15. head_t prev, next; // a cicular list
  16. float[] data;
  17. int len; // data[0,len) is cached in this entry
  18. }
  19. private final head_t[] head;
  20. private head_t lru_head;
  21. Cache(int l_, int size_)
  22. {
  23. l = l_;
  24. size = size_;
  25. head = new head_t[l];
  26. for(int i=0;i<l;i++) head[i] = new head_t();
  27. size /= 4;
  28. size -= l * (16/4); // sizeof(head_t) == 16
  29. lru_head = new head_t();
  30. lru_head.next = lru_head.prev = lru_head;
  31. }
  32. private void lru_delete(head_t h)
  33. {
  34. // delete from current location
  35. h.prev.next = h.next;
  36. h.next.prev = h.prev;
  37. }
  38. private void lru_insert(head_t h)
  39. {
  40. // insert to last position
  41. h.next = lru_head;
  42. h.prev = lru_head.prev;
  43. h.prev.next = h;
  44. h.next.prev = h;
  45. }
  46. // request data [0,len)
  47. // return some position p where [p,len) need to be filled
  48. // (p >= len if nothing needs to be filled)
  49. // java: simulate pointer using single-element array
  50. int get_data(int index, float[][] data, int len)
  51. {
  52. head_t h = head[index];
  53. if(h.len > 0) lru_delete(h);
  54. int more = len - h.len;
  55. if(more > 0)
  56. {
  57. // free old space
  58. while(size < more)
  59. {
  60. head_t old = lru_head.next;
  61. lru_delete(old);
  62. size += old.len;
  63. old.data = null;
  64. old.len = 0;
  65. }
  66. // allocate new space
  67. float[] new_data = new float[len];
  68. if(h.data != null) System.arraycopy(h.data,0,new_data,0,h.len);
  69. h.data = new_data;
  70. size -= more;
  71. do {int _=h.len; h.len=len; len=_;} while(false);
  72. }
  73. lru_insert(h);
  74. data[0] = h.data;
  75. return len;
  76. }
  77. void swap_index(int i, int j)
  78. {
  79. if(i==j) return;
  80. if(head[i].len > 0) lru_delete(head[i]);
  81. if(head[j].len > 0) lru_delete(head[j]);
  82. do {float[] _=head[i].data; head[i].data=head[j].data; head[j].data=_;} while(false);
  83. do {int _=head[i].len; head[i].len=head[j].len; head[j].len=_;} while(false);
  84. if(head[i].len > 0) lru_insert(head[i]);
  85. if(head[j].len > 0) lru_insert(head[j]);
  86. if(i>j) do {int _=i; i=j; j=_;} while(false);
  87. for(head_t h = lru_head.next; h!=lru_head; h=h.next)
  88. {
  89. if(h.len > i)
  90. {
  91. if(h.len > j)
  92. do {float _=h.data[i]; h.data[i]=h.data[j]; h.data[j]=_;} while(false);
  93. else
  94. {
  95. // give up
  96. lru_delete(h);
  97. size += h.len;
  98. h.data = null;
  99. h.len = 0;
  100. }
  101. }
  102. }
  103. }
  104. }
  105. //
  106. // Kernel evaluation
  107. //
  108. // the static method k_function is for doing single kernel evaluation
  109. // the constructor of Kernel prepares to calculate the l*l kernel matrix
  110. // the member function get_Q is for getting one column from the Q Matrix
  111. //
  112. abstract class Kernel {
  113. private svm_node[][] x;
  114. private final double[] x_square;
  115. // svm_parameter
  116. private final int kernel_type;
  117. private final double degree;
  118. private final double gamma;
  119. private final double coef0;
  120. abstract float[] get_Q(int column, int len);
  121. void swap_index(int i, int j)
  122. {
  123. do {svm_node[] _=x[i]; x[i]=x[j]; x[j]=_;} while(false);
  124. if(x_square != null) do {double _=x_square[i]; x_square[i]=x_square[j]; x_square[j]=_;} while(false);
  125. }
  126. private static double tanh(double x)
  127. {
  128. double e = Math.exp(x);
  129. return 1.0-2.0/(e*e+1);
  130. }
  131. double kernel_function(int i, int j)
  132. {
  133. switch(kernel_type)
  134. {
  135. case svm_parameter.LINEAR:
  136. return dot(x[i],x[j]);
  137. case svm_parameter.POLY:
  138. return Math.pow(gamma*dot(x[i],x[j])+coef0,degree);
  139. case svm_parameter.RBF:
  140. return Math.exp(-gamma*(x_square[i]+x_square[j]-2*dot(x[i],x[j])));
  141. case svm_parameter.SIGMOID:
  142. return tanh(gamma*dot(x[i],x[j])+coef0);
  143. default:
  144. System.err.print("unknown kernel function.n");
  145. System.exit(1);
  146. return 0; // java
  147. }
  148. }
  149. Kernel(int l, svm_node[][] x_, svm_parameter param)
  150. {
  151. this.kernel_type = param.kernel_type;
  152. this.degree = param.degree;
  153. this.gamma = param.gamma;
  154. this.coef0 = param.coef0;
  155. x = (svm_node[][])x_.clone();
  156. if(kernel_type == svm_parameter.RBF)
  157. {
  158. x_square = new double[l];
  159. for(int i=0;i<l;i++)
  160. x_square[i] = dot(x[i],x[i]);
  161. }
  162. else x_square = null;
  163. }
  164. static double dot(svm_node[] x, svm_node[] y)
  165. {
  166. double sum = 0;
  167. int xlen = x.length;
  168. int ylen = y.length;
  169. int i = 0;
  170. int j = 0;
  171. while(i < xlen && j < ylen)
  172. {
  173. if(x[i].index == y[j].index)
  174. sum += x[i++].value * y[j++].value;
  175. else
  176. {
  177. if(x[i].index > y[j].index)
  178. ++j;
  179. else
  180. ++i;
  181. }
  182. }
  183. return sum;
  184. }
  185. static double k_function(svm_node[] x, svm_node[] y,
  186. svm_parameter param)
  187. {
  188. switch(param.kernel_type)
  189. {
  190. case svm_parameter.LINEAR:
  191. return dot(x,y);
  192. case svm_parameter.POLY:
  193. return Math.pow(param.gamma*dot(x,y)+param.coef0,param.degree);
  194. case svm_parameter.RBF:
  195. {
  196. double sum = 0;
  197. int xlen = x.length;
  198. int ylen = y.length;
  199. int i = 0;
  200. int j = 0;
  201. while(i < xlen && j < ylen)
  202. {
  203. if(x[i].index == y[j].index)
  204. {
  205. double d = x[i++].value - y[j++].value;
  206. sum += d*d;
  207. }
  208. else if(x[i].index > y[j].index)
  209. {
  210. sum += y[j].value * y[j].value;
  211. ++j;
  212. }
  213. else
  214. {
  215. sum += x[i].value * x[i].value;
  216. ++i;
  217. }
  218. }
  219. while(i < xlen)
  220. {
  221. sum += x[i].value * x[i].value;
  222. ++i;
  223. }
  224. while(j < ylen)
  225. {
  226. sum += y[j].value * y[j].value;
  227. ++j;
  228. }
  229. return Math.exp(-param.gamma*sum);
  230. }
  231. case svm_parameter.SIGMOID:
  232. return tanh(param.gamma*dot(x,y)+param.coef0);
  233. default:
  234. System.err.print("unknown kernel function.n");
  235. System.exit(1);
  236. return 0; // java
  237. }
  238. }
  239. }
  240. // Generalized SMO+SVMlight algorithm
  241. // Solves:
  242. //
  243. // min 0.5(alpha^T Q alpha) + b^T alpha
  244. //
  245. // y^T alpha = delta
  246. // y_i = +1 or -1
  247. // 0 <= alpha_i <= Cp for y_i = 1
  248. // 0 <= alpha_i <= Cn for y_i = -1
  249. //
  250. // Given:
  251. //
  252. // Q, b, y, Cp, Cn, and an initial feasible point alpha
  253. // l is the size of vectors and matrices
  254. // eps is the stopping criterion
  255. //
  256. // solution will be put in alpha, objective value will be put in obj
  257. //
  258. class Solver {
  259. int active_size;
  260. byte[] y;
  261. double[] G; // gradient of objective function
  262. static final byte LOWER_BOUND = 0;
  263. static final byte UPPER_BOUND = 1;
  264. static final byte FREE = 2;
  265. byte[] alpha_status; // LOWER_BOUND, UPPER_BOUND, FREE
  266. double[] alpha;
  267. Kernel Q;
  268. double eps;
  269. double Cp,Cn;
  270. double[] b;
  271. int[] active_set;
  272. double[] G_bar; // gradient, if we treat free variables as 0
  273. int l;
  274. boolean unshrinked; // XXX
  275. static final double INF = java.lang.Double.POSITIVE_INFINITY;
  276. double get_C(int i)
  277. {
  278. return (y[i] > 0)? Cp : Cn;
  279. }
  280. void update_alpha_status(int i)
  281. {
  282. if(alpha[i] >= get_C(i))
  283. alpha_status[i] = UPPER_BOUND;
  284. else if(alpha[i] <= 0)
  285. alpha_status[i] = LOWER_BOUND;
  286. else alpha_status[i] = FREE;
  287. }
  288. boolean is_upper_bound(int i) { return alpha_status[i] == UPPER_BOUND; }
  289. boolean is_lower_bound(int i) { return alpha_status[i] == LOWER_BOUND; }
  290. boolean is_free(int i) {  return alpha_status[i] == FREE; }
  291. // java: information about solution except alpha,
  292. // because we cannot return multiple values otherwise...
  293. static class SolutionInfo {
  294. double obj;
  295. double rho;
  296. double upper_bound_p;
  297. double upper_bound_n;
  298. double r; // for Solver_NU
  299. }
  300. void swap_index(int i, int j)
  301. {
  302. Q.swap_index(i,j);
  303. do {byte _=y[i]; y[i]=y[j]; y[j]=_;} while(false);
  304. do {double _=G[i]; G[i]=G[j]; G[j]=_;} while(false);
  305. do {byte _=alpha_status[i]; alpha_status[i]=alpha_status[j]; alpha_status[j]=_;} while(false);
  306. do {double _=alpha[i]; alpha[i]=alpha[j]; alpha[j]=_;} while(false);
  307. do {double _=b[i]; b[i]=b[j]; b[j]=_;} while(false);
  308. do {int _=active_set[i]; active_set[i]=active_set[j]; active_set[j]=_;} while(false);
  309. do {double _=G_bar[i]; G_bar[i]=G_bar[j]; G_bar[j]=_;} while(false);
  310. }
  311. void reconstruct_gradient()
  312. {
  313. // reconstruct inactive elements of G from G_bar and free variables
  314. if(active_size == l) return;
  315. int i;
  316. for(i=active_size;i<l;i++)
  317. G[i] = G_bar[i] + b[i];
  318. for(i=0;i<active_size;i++)
  319. if(is_free(i))
  320. {
  321. float[] Q_i = Q.get_Q(i,l);
  322. double alpha_i = alpha[i];
  323. for(int j=active_size;j<l;j++)
  324. G[j] += alpha_i * Q_i[j];
  325. }
  326. }
  327. void Solve(int l, Kernel Q, double[] b_, byte[] y_,
  328.    double[] alpha_, double Cp, double Cn, double eps, SolutionInfo si, int shrinking)
  329. {
  330. this.l = l;
  331. this.Q = Q;
  332. b = (double[])b_.clone();
  333. y = (byte[])y_.clone();
  334. alpha = (double[])alpha_.clone();
  335. this.Cp = Cp;
  336. this.Cn = Cn;
  337. this.eps = eps;
  338. this.unshrinked = false;
  339. // initialize alpha_status
  340. {
  341. alpha_status = new byte[l];
  342. for(int i=0;i<l;i++)
  343. update_alpha_status(i);
  344. }
  345. // initialize active set (for shrinking)
  346. {
  347. active_set = new int[l];
  348. for(int i=0;i<l;i++)
  349. active_set[i] = i;
  350. active_size = l;
  351. }
  352. // initialize gradient
  353. {
  354. G = new double[l];
  355. G_bar = new double[l];
  356. int i;
  357. for(i=0;i<l;i++)
  358. {
  359. G[i] = b[i];
  360. G_bar[i] = 0;
  361. }
  362. for(i=0;i<l;i++)
  363. if(!is_lower_bound(i))
  364. {
  365. float[] Q_i = Q.get_Q(i,l);
  366. double alpha_i = alpha[i];
  367. int j;
  368. for(j=0;j<l;j++)
  369. G[j] += alpha_i*Q_i[j];
  370. if(is_upper_bound(i))
  371. for(j=0;j<l;j++)
  372. G_bar[j] += get_C(i) * Q_i[j];
  373. }
  374. }
  375. // optimization step
  376. int iter = 0;
  377. int counter = Math.min(l,1000)+1;
  378. int[] working_set = new int[2];
  379. while(true)
  380. {
  381. // show progress and do shrinking
  382. if(--counter == 0)
  383. {
  384. counter = Math.min(l,1000);
  385. if(shrinking!=0) do_shrinking();
  386. System.err.print(".");
  387. }
  388. if(select_working_set(working_set)!=0)
  389. {
  390. // reconstruct the whole gradient
  391. reconstruct_gradient();
  392. // reset active set size and check
  393. active_size = l;
  394. System.err.print("*");
  395. if(select_working_set(working_set)!=0)
  396. break;
  397. else
  398. counter = 1; // do shrinking next iteration
  399. }
  400. int i = working_set[0];
  401. int j = working_set[1];
  402. ++iter;
  403. // update alpha[i] and alpha[j], handle bounds carefully
  404. float[] Q_i = Q.get_Q(i,active_size);
  405. float[] Q_j = Q.get_Q(j,active_size);
  406. double C_i = get_C(i);
  407. double C_j = get_C(j);
  408. double old_alpha_i = alpha[i];
  409. double old_alpha_j = alpha[j];
  410. if(y[i]!=y[j])
  411. {
  412. double delta = (-G[i]-G[j])/(Q_i[i]+Q_j[j]+2*Q_i[j]);
  413. double diff = alpha[i] - alpha[j];
  414. alpha[i] += delta;
  415. alpha[j] += delta;
  416. if(diff > 0)
  417. {
  418. if(alpha[j] < 0)
  419. {
  420. alpha[j] = 0;
  421. alpha[i] = diff;
  422. }
  423. }
  424. else
  425. {
  426. if(alpha[i] < 0)
  427. {
  428. alpha[i] = 0;
  429. alpha[j] = -diff;
  430. }
  431. }
  432. if(diff > C_i - C_j)
  433. {
  434. if(alpha[i] > C_i)
  435. {
  436. alpha[i] = C_i;
  437. alpha[j] = C_i - diff;
  438. }
  439. }
  440. else
  441. {
  442. if(alpha[j] > C_j)
  443. {
  444. alpha[j] = C_j;
  445. alpha[i] = C_j + diff;
  446. }
  447. }
  448. }
  449. else
  450. {
  451. double delta = (G[i]-G[j])/(Q_i[i]+Q_j[j]-2*Q_i[j]);
  452. double sum = alpha[i] + alpha[j];
  453. alpha[i] -= delta;
  454. alpha[j] += delta;
  455. if(sum > C_i)
  456. {
  457. if(alpha[i] > C_i)
  458. {
  459. alpha[i] = C_i;
  460. alpha[j] = sum - C_i;
  461. }
  462. }
  463. else
  464. {
  465. if(alpha[j] < 0)
  466. {
  467. alpha[j] = 0;
  468. alpha[i] = sum;
  469. }
  470. }
  471. if(sum > C_j)
  472. {
  473. if(alpha[j] > C_j)
  474. {
  475. alpha[j] = C_j;
  476. alpha[i] = sum - C_j;
  477. }
  478. }
  479. else
  480. {
  481. if(alpha[i] < 0)
  482. {
  483. alpha[i] = 0;
  484. alpha[j] = sum;
  485. }
  486. }
  487. }
  488. // update G
  489. double delta_alpha_i = alpha[i] - old_alpha_i;
  490. double delta_alpha_j = alpha[j] - old_alpha_j;
  491. for(int k=0;k<active_size;k++)
  492. {
  493. G[k] += Q_i[k]*delta_alpha_i + Q_j[k]*delta_alpha_j;
  494. }
  495. // update alpha_status and G_bar
  496. {
  497. boolean ui = is_upper_bound(i);
  498. boolean uj = is_upper_bound(j);
  499. update_alpha_status(i);
  500. update_alpha_status(j);
  501. int k;
  502. if(ui != is_upper_bound(i))
  503. {
  504. Q_i = Q.get_Q(i,l);
  505. if(ui)
  506. for(k=0;k<l;k++)
  507. G_bar[k] -= C_i * Q_i[k];
  508. else
  509. for(k=0;k<l;k++)
  510. G_bar[k] += C_i * Q_i[k];
  511. }
  512. if(uj != is_upper_bound(j))
  513. {
  514. Q_j = Q.get_Q(j,l);
  515. if(uj)
  516. for(k=0;k<l;k++)
  517. G_bar[k] -= C_j * Q_j[k];
  518. else
  519. for(k=0;k<l;k++)
  520. G_bar[k] += C_j * Q_j[k];
  521. }
  522. }
  523. }
  524. // calculate rho
  525. si.rho = calculate_rho();
  526. // calculate objective value
  527. {
  528. double v = 0;
  529. int i;
  530. for(i=0;i<l;i++)
  531. v += alpha[i] * (G[i] + b[i]);
  532. si.obj = v/2;
  533. }
  534. // put back the solution
  535. {
  536. for(int i=0;i<l;i++)
  537. alpha_[active_set[i]] = alpha[i];
  538. }
  539. si.upper_bound_p = Cp;
  540. si.upper_bound_n = Cn;
  541. System.out.print("noptimization finished, #iter = "+iter+"n");
  542. }
  543. // return 1 if already optimal, return 0 otherwise
  544. int select_working_set(int[] working_set)
  545. {
  546. // return i,j which maximize -grad(f)^T d , under constraint
  547. // if alpha_i == C, d != +1
  548. // if alpha_i == 0, d != -1
  549. double Gmax1 = -INF; // max { -grad(f)_i * d | y_i*d = +1 }
  550. int Gmax1_idx = -1;
  551. double Gmax2 = -INF; // max { -grad(f)_i * d | y_i*d = -1 }
  552. int Gmax2_idx = -1;
  553. for(int i=0;i<active_size;i++)
  554. {
  555. if(y[i]==+1) // y = +1
  556. {
  557. if(!is_upper_bound(i)) // d = +1
  558. {
  559. if(-G[i] > Gmax1)
  560. {
  561. Gmax1 = -G[i];
  562. Gmax1_idx = i;
  563. }
  564. }
  565. if(!is_lower_bound(i)) // d = -1
  566. {
  567. if(G[i] > Gmax2)
  568. {
  569. Gmax2 = G[i];
  570. Gmax2_idx = i;
  571. }
  572. }
  573. }
  574. else // y = -1
  575. {
  576. if(!is_upper_bound(i)) // d = +1
  577. {
  578. if(-G[i] > Gmax2)
  579. {
  580. Gmax2 = -G[i];
  581. Gmax2_idx = i;
  582. }
  583. }
  584. if(!is_lower_bound(i)) // d = -1
  585. {
  586. if(G[i] > Gmax1)
  587. {
  588. Gmax1 = G[i];
  589. Gmax1_idx = i;
  590. }
  591. }
  592. }
  593. }
  594. if(Gmax1+Gmax2 < eps)
  595.   return 1;
  596. working_set[0] = Gmax1_idx;
  597. working_set[1] = Gmax2_idx;
  598. return 0;
  599. }
  600. void do_shrinking()
  601. {
  602. int i,j,k;
  603. int[] working_set = new int[2];
  604. if(select_working_set(working_set)!=0) return;
  605. i = working_set[0];
  606. j = working_set[1];
  607. double Gm1 = -y[j]*G[j];
  608. double Gm2 = y[i]*G[i];
  609. // shrink
  610. for(k=0;k<active_size;k++)
  611. {
  612. if(is_lower_bound(k))
  613. {
  614. if(y[k]==+1)
  615. {
  616. if(-G[k] >= Gm1) continue;
  617. }
  618. else if(-G[k] >= Gm2) continue;
  619. }
  620. else if(is_upper_bound(k))
  621. {
  622. if(y[k]==+1)
  623. {
  624. if(G[k] >= Gm2) continue;
  625. }
  626. else if(G[k] >= Gm1) continue;
  627. }
  628. else continue;
  629. --active_size;
  630. swap_index(k,active_size);
  631. --k; // look at the newcomer
  632. }
  633. // unshrink, check all variables again before final iterations
  634. if(unshrinked || -(Gm1 + Gm2) > eps*10) return;
  635. unshrinked = true;
  636. reconstruct_gradient();
  637. for(k=l-1;k>=active_size;k--)
  638. {
  639. if(is_lower_bound(k))
  640. {
  641. if(y[k]==+1)
  642. {
  643. if(-G[k] < Gm1) continue;
  644. }
  645. else if(-G[k] < Gm2) continue;
  646. }
  647. else if(is_upper_bound(k))
  648. {
  649. if(y[k]==+1)
  650. {
  651. if(G[k] < Gm2) continue;
  652. }
  653. else if(G[k] < Gm1) continue;
  654. }
  655. else continue;
  656. swap_index(k,active_size);
  657. active_size++;
  658. ++k; // look at the newcomer
  659. }
  660. }
  661. double calculate_rho()
  662. {
  663. double r;
  664. int nr_free = 0;
  665. double ub = INF, lb = -INF, sum_free = 0;
  666. for(int i=0;i<active_size;i++)
  667. {
  668. double yG = y[i]*G[i];
  669. if(is_lower_bound(i))
  670. {
  671. if(y[i] > 0)
  672. ub = Math.min(ub,yG);
  673. else
  674. lb = Math.max(lb,yG);
  675. }
  676. else if(is_upper_bound(i))
  677. {
  678. if(y[i] < 0)
  679. ub = Math.min(ub,yG);
  680. else
  681. lb = Math.max(lb,yG);
  682. }
  683. else
  684. {
  685. ++nr_free;
  686. sum_free += yG;
  687. }
  688. }
  689. if(nr_free>0)
  690. r = sum_free/nr_free;
  691. else
  692. r = (ub+lb)/2;
  693. return r;
  694. }
  695. }
  696. //
  697. // Solver for nu-svm classification and regression
  698. //
  699. // additional constraint: e^T alpha = constant
  700. //
  701. final class Solver_NU extends Solver
  702. {
  703. private SolutionInfo si;
  704. void Solve(int l, Kernel Q, double[] b, byte[] y,
  705.    double[] alpha, double Cp, double Cn, double eps,
  706.    SolutionInfo si, int shrinking)
  707. {
  708. this.si = si;
  709. super.Solve(l,Q,b,y,alpha,Cp,Cn,eps,si,shrinking);
  710. }
  711. int select_working_set(int[] working_set)
  712. {
  713. // return i,j which maximize -grad(f)^T d , under constraint
  714. // if alpha_i == C, d != +1
  715. // if alpha_i == 0, d != -1
  716. double Gmax1 = -INF; // max { -grad(f)_i * d | y_i = +1, d = +1 }
  717. int Gmax1_idx = -1;
  718. double Gmax2 = -INF; // max { -grad(f)_i * d | y_i = +1, d = -1 }
  719. int Gmax2_idx = -1;
  720. double Gmax3 = -INF; // max { -grad(f)_i * d | y_i = -1, d = +1 }
  721. int Gmax3_idx = -1;
  722. double Gmax4 = -INF; // max { -grad(f)_i * d | y_i = -1, d = -1 }
  723. int Gmax4_idx = -1;
  724. for(int i=0;i<active_size;i++)
  725. {
  726. if(y[i]==+1) // y == +1
  727. {
  728. if(!is_upper_bound(i)) // d = +1
  729. {
  730. if(-G[i] > Gmax1)
  731. {
  732. Gmax1 = -G[i];
  733. Gmax1_idx = i;
  734. }
  735. }
  736. if(!is_lower_bound(i)) // d = -1
  737. {
  738. if(G[i] > Gmax2)
  739. {
  740. Gmax2 = G[i];
  741. Gmax2_idx = i;
  742. }
  743. }
  744. }
  745. else // y == -1
  746. {
  747. if(!is_upper_bound(i)) // d = +1
  748. {
  749. if(-G[i] > Gmax3)
  750. {
  751. Gmax3 = -G[i];
  752. Gmax3_idx = i;
  753. }
  754. }
  755. if(!is_lower_bound(i)) // d = -1
  756. {
  757. if(G[i] > Gmax4)
  758. {
  759. Gmax4 = G[i];
  760. Gmax4_idx = i;
  761. }
  762. }
  763. }
  764. }
  765. if(Math.max(Gmax1+Gmax2,Gmax3+Gmax4) < eps)
  766.   return 1;
  767. if(Gmax1+Gmax2 > Gmax3+Gmax4)
  768. {
  769. working_set[0] = Gmax1_idx;
  770. working_set[1] = Gmax2_idx;
  771. }
  772. else
  773. {
  774. working_set[0] = Gmax3_idx;
  775. working_set[1] = Gmax4_idx;
  776. }
  777. return 0;
  778. }
  779. void do_shrinking()
  780. {
  781. double Gmax1 = -INF; // max { -grad(f)_i * d | y_i = +1, d = +1 }
  782. double Gmax2 = -INF; // max { -grad(f)_i * d | y_i = +1, d = -1 }
  783. double Gmax3 = -INF; // max { -grad(f)_i * d | y_i = -1, d = +1 }
  784. double Gmax4 = -INF; // max { -grad(f)_i * d | y_i = -1, d = -1 }
  785. int k;
  786. for(k=0;k<active_size;k++)
  787. {
  788. if(!is_upper_bound(k))
  789. {
  790. if(y[k]==+1)
  791. {
  792. if(-G[k] > Gmax1) Gmax1 = -G[k];
  793. }
  794. else if(-G[k] > Gmax3) Gmax3 = -G[k];
  795. }
  796. if(!is_lower_bound(k))
  797. {
  798. if(y[k]==+1)
  799. {
  800. if(G[k] > Gmax2) Gmax2 = G[k];
  801. }
  802. else if(G[k] > Gmax4) Gmax4 = G[k];
  803. }
  804. }
  805. double Gm1 = -Gmax2;
  806. double Gm2 = -Gmax1;
  807. double Gm3 = -Gmax4;
  808. double Gm4 = -Gmax3;
  809. for(k=0;k<active_size;k++)
  810. {
  811. if(is_lower_bound(k))
  812. {
  813. if(y[k]==+1)
  814. {
  815. if(-G[k] >= Gm1) continue;
  816. }
  817. else if(-G[k] >= Gm3) continue;
  818. }
  819. else if(is_upper_bound(k))
  820. {
  821. if(y[k]==+1)
  822. {
  823. if(G[k] >= Gm2) continue;
  824. }
  825. else if(G[k] >= Gm4) continue;
  826. }
  827. else continue;
  828. --active_size;
  829. swap_index(k,active_size);
  830. --k; // look at the newcomer
  831. }
  832. // unshrink, check all variables again before final iterations
  833. if(unshrinked || Math.max(-(Gm1+Gm2),-(Gm3+Gm4)) > eps*10) return;
  834. unshrinked = true;
  835. reconstruct_gradient();
  836. for(k=l-1;k>=active_size;k--)
  837. {
  838. if(is_lower_bound(k))
  839. {
  840. if(y[k]==+1)
  841. {
  842. if(-G[k] < Gm1) continue;
  843. }
  844. else if(-G[k] < Gm3) continue;
  845. }
  846. else if(is_upper_bound(k))
  847. {
  848. if(y[k]==+1)
  849. {
  850. if(G[k] < Gm2) continue;
  851. }
  852. else if(G[k] < Gm4) continue;
  853. }
  854. else continue;
  855. swap_index(k,active_size);
  856. active_size++;
  857. ++k; // look at the newcomer
  858. }
  859. }
  860. double calculate_rho()
  861. {
  862. int nr_free1 = 0,nr_free2 = 0;
  863. double ub1 = INF, ub2 = INF;
  864. double lb1 = -INF, lb2 = -INF;
  865. double sum_free1 = 0, sum_free2 = 0;
  866. for(int i=0;i<active_size;i++)
  867. {
  868. if(y[i]==+1)
  869. {
  870. if(is_lower_bound(i))
  871. ub1 = Math.min(ub1,G[i]);
  872. else if(is_upper_bound(i))
  873. lb1 = Math.max(lb1,G[i]);
  874. else
  875. {
  876. ++nr_free1;
  877. sum_free1 += G[i];
  878. }
  879. }
  880. else
  881. {
  882. if(is_lower_bound(i))
  883. ub2 = Math.min(ub2,G[i]);
  884. else if(is_upper_bound(i))
  885. lb2 = Math.max(lb2,G[i]);
  886. else
  887. {
  888. ++nr_free2;
  889. sum_free2 += G[i];
  890. }
  891. }
  892. }
  893. double r1,r2;
  894. if(nr_free1 > 0)
  895. r1 = sum_free1/nr_free1;
  896. else
  897. r1 = (ub1+lb1)/2;
  898. if(nr_free2 > 0)
  899. r2 = sum_free2/nr_free2;
  900. else
  901. r2 = (ub2+lb2)/2;
  902. si.r = (r1+r2)/2;
  903. return (r1-r2)/2;
  904. }
  905. }
  906. //
  907. // Q matrices for various formulations
  908. //
  909. class SVC_Q extends Kernel
  910. {
  911. private final byte[] y;
  912. private final Cache cache;
  913. SVC_Q(svm_problem prob, svm_parameter param, byte[] y_)
  914. {
  915. super(prob.l, prob.x, param);
  916. y = (byte[])y_.clone();
  917. cache = new Cache(prob.l,(int)(param.cache_size*(1<<20)));
  918. }
  919. float[] get_Q(int i, int len)
  920. {
  921. float[][] data = new float[1][];
  922. int start;
  923. if((start = cache.get_data(i,data,len)) < len)
  924. {
  925. for(int j=start;j<len;j++)
  926. data[0][j] = (float)(y[i]*y[j]*kernel_function(i,j));
  927. }
  928. return data[0];
  929. }
  930. void swap_index(int i, int j)
  931. {
  932. cache.swap_index(i,j);
  933. super.swap_index(i,j);
  934. do {byte _=y[i]; y[i]=y[j]; y[j]=_;} while(false);
  935. }
  936. }
  937. class ONE_CLASS_Q extends Kernel
  938. {
  939. private final Cache cache;
  940. ONE_CLASS_Q(svm_problem prob, svm_parameter param)
  941. {
  942. super(prob.l, prob.x, param);
  943. cache = new Cache(prob.l,(int)(param.cache_size*(1<<20)));
  944. }
  945. float[] get_Q(int i, int len)
  946. {
  947. float[][] data = new float[1][];
  948. int start;
  949. if((start = cache.get_data(i,data,len)) < len)
  950. {
  951. for(int j=start;j<len;j++)
  952. data[0][j] = (float)kernel_function(i,j);
  953. }
  954. return data[0];
  955. }
  956. void swap_index(int i, int j)
  957. {
  958. cache.swap_index(i,j);
  959. super.swap_index(i,j);
  960. }
  961. }
  962. class SVR_Q extends Kernel
  963. {
  964. private final int l;
  965. private final Cache cache;
  966. private final byte[] sign;
  967. private final int[] index;
  968. private int next_buffer;
  969. private float[][] buffer;
  970. SVR_Q(svm_problem prob, svm_parameter param)
  971. {
  972. super(prob.l, prob.x, param);
  973. l = prob.l;
  974. cache = new Cache(l,(int)(param.cache_size*(1<<20)));
  975. sign = new byte[2*l];
  976. index = new int[2*l];
  977. for(int k=0;k<l;k++)
  978. {
  979. sign[k] = 1;
  980. sign[k+l] = -1;
  981. index[k] = k;
  982. index[k+l] = k;
  983. }
  984. buffer = new float[2][2*l];
  985. next_buffer = 0;
  986. }
  987. void swap_index(int i, int j)
  988. {
  989. do {byte _=sign[i]; sign[i]=sign[j]; sign[j]=_;} while(false);
  990. do {int _=index[i]; index[i]=index[j]; index[j]=_;} while(false);
  991. }
  992. float[] get_Q(int i, int len)
  993. {
  994. float[][] data = new float[1][];
  995. int real_i = index[i];
  996. if(cache.get_data(real_i,data,l) < l)
  997. {
  998. for(int j=0;j<l;j++)
  999. data[0][j] = (float)kernel_function(real_i,j);
  1000. }
  1001. // reorder and copy
  1002. float buf[] = buffer[next_buffer];
  1003. next_buffer = 1 - next_buffer;
  1004. byte si = sign[i];
  1005. for(int j=0;j<len;j++)
  1006. buf[j] = si * sign[j] * data[0][index[j]];
  1007. return buf;
  1008. }
  1009. }
  1010. public class svm {
  1011. //
  1012. // construct and solve various formulations
  1013. //
  1014. private static void solve_c_svc(svm_problem prob, svm_parameter param,
  1015. double[] alpha, Solver.SolutionInfo si,
  1016. double Cp, double Cn)
  1017. {
  1018. int l = prob.l;
  1019. double[] minus_ones = new double[l];
  1020. byte[] y = new byte[l];
  1021. int i;
  1022. for(i=0;i<l;i++)
  1023. {
  1024. alpha[i] = 0;
  1025. minus_ones[i] = -1;
  1026. if(prob.y[i] > 0) y[i] = +1; else y[i]=-1;
  1027. }
  1028. Solver s = new Solver();
  1029. s.Solve(l, new SVC_Q(prob,param,y), minus_ones, y,
  1030. alpha, Cp, Cn, param.eps, si, param.shrinking);
  1031. double sum_alpha=0;
  1032. for(i=0;i<l;i++)
  1033. sum_alpha += alpha[i];
  1034. System.out.print("nu = "+sum_alpha/(param.C*prob.l)+"n");
  1035. for(i=0;i<l;i++)
  1036. alpha[i] *= y[i];
  1037. }
  1038. private static void solve_nu_svc(svm_problem prob, svm_parameter param,
  1039.   double[] alpha, Solver.SolutionInfo si)
  1040. {
  1041. int i;
  1042. int l = prob.l;
  1043. double nu = param.nu;
  1044. int y_pos = 0;
  1045. int y_neg = 0;
  1046. byte[] y = new byte[l];
  1047. for(i=0;i<l;i++)
  1048. if(prob.y[i]>0)
  1049. {
  1050. y[i] = +1;
  1051. ++y_pos;
  1052. }
  1053. else
  1054. {
  1055. y[i] = -1;
  1056. ++y_neg;
  1057. }
  1058. if(nu < 0 || nu*l/2 > Math.min(y_pos,y_neg))
  1059. {
  1060. System.err.print("specified nu is infeasiblen");
  1061. System.exit(1);
  1062. }
  1063. double sum_pos = nu*l/2;
  1064. double sum_neg = nu*l/2;
  1065. for(i=0;i<l;i++)
  1066. if(y[i] == +1)
  1067. {
  1068. alpha[i] = Math.min(1.0,sum_pos);
  1069. sum_pos -= alpha[i];
  1070. }
  1071. else
  1072. {
  1073. alpha[i] = Math.min(1.0,sum_neg);
  1074. sum_neg -= alpha[i];
  1075. }
  1076. double[] zeros = new double[l];
  1077. for(i=0;i<l;i++)
  1078. zeros[i] = 0;
  1079. Solver_NU s = new Solver_NU();
  1080. s.Solve(l, new SVC_Q(prob,param,y), zeros, y,
  1081. alpha, 1.0, 1.0, param.eps, si, param.shrinking);
  1082. double r = si.r;
  1083. System.out.print("C = "+1/r+"n");
  1084. for(i=0;i<l;i++)
  1085. alpha[i] *= y[i]/r;
  1086. si.rho /= r;
  1087. si.obj /= (r*r);
  1088. si.upper_bound_p = 1/r;
  1089. si.upper_bound_n = 1/r;
  1090. }
  1091. private static void solve_one_class(svm_problem prob, svm_parameter param,
  1092.      double[] alpha, Solver.SolutionInfo si)
  1093. {
  1094. int l = prob.l;
  1095. double[] zeros = new double[l];
  1096. byte[] ones = new byte[l];
  1097. int i;
  1098. int n = (int)(param.nu*prob.l); // # of alpha's at upper bound
  1099. if(n>=prob.l)
  1100. {
  1101. System.err.print("nu must be in (0,1)n");
  1102. System.exit(1);
  1103. }
  1104. for(i=0;i<n;i++)
  1105. alpha[i] = 1;
  1106. alpha[n] = param.nu * prob.l - n;
  1107. for(i=n+1;i<l;i++)
  1108. alpha[i] = 0;
  1109. for(i=0;i<l;i++)
  1110. {
  1111. zeros[i] = 0;
  1112. ones[i] = 1;
  1113. }
  1114. Solver s = new Solver();
  1115. s.Solve(l, new ONE_CLASS_Q(prob,param), zeros, ones,
  1116. alpha, 1.0, 1.0, param.eps, si, param.shrinking);
  1117. }
  1118. private static void solve_epsilon_svr(svm_problem prob, svm_parameter param,
  1119. double[] alpha, Solver.SolutionInfo si)
  1120. {
  1121. int l = prob.l;
  1122. double[] alpha2 = new double[2*l];
  1123. double[] linear_term = new double[2*l];
  1124. byte[] y = new byte[2*l];
  1125. int i;
  1126. for(i=0;i<l;i++)
  1127. {
  1128. alpha2[i] = 0;
  1129. linear_term[i] = param.p - prob.y[i];
  1130. y[i] = 1;
  1131. alpha2[i+l] = 0;
  1132. linear_term[i+l] = param.p + prob.y[i];
  1133. y[i+l] = -1;
  1134. }
  1135. Solver s = new Solver();
  1136. s.Solve(2*l, new SVR_Q(prob,param), linear_term, y,
  1137. alpha2, param.C, param.C, param.eps, si, param.shrinking);
  1138. double sum_alpha = 0;
  1139. for(i=0;i<l;i++)
  1140. {
  1141. alpha[i] = alpha2[i] - alpha2[i+l];
  1142. sum_alpha += Math.abs(alpha[i]);
  1143. }
  1144. System.out.print("nu = "+sum_alpha/(param.C*l)+"n");
  1145. }
  1146. private static void solve_nu_svr(svm_problem prob, svm_parameter param,
  1147. double[] alpha, Solver.SolutionInfo si)
  1148. {
  1149. if(param.nu < 0 || param.nu > 1)
  1150. {
  1151. System.err.print("specified nu is out of rangen");
  1152. System.exit(1);
  1153. }
  1154. int l = prob.l;
  1155. double C = param.C;
  1156. double[] alpha2 = new double[2*l];
  1157. double[] linear_term = new double[2*l];
  1158. byte[] y = new byte[2*l];
  1159. int i;
  1160. double sum = C * param.nu * l / 2;
  1161. for(i=0;i<l;i++)
  1162. {
  1163. alpha2[i] = alpha2[i+l] = Math.min(sum,C);
  1164. sum -= alpha2[i];
  1165. linear_term[i] = - prob.y[i];
  1166. y[i] = 1;
  1167. linear_term[i+l] = prob.y[i];
  1168. y[i+l] = -1;
  1169. }
  1170. Solver_NU s = new Solver_NU();
  1171. s.Solve(2*l, new SVR_Q(prob,param), linear_term, y,
  1172. alpha2, C, C, param.eps, si, param.shrinking);
  1173. System.out.print("epsilon = "+(-si.r)+"n");
  1174. for(i=0;i<l;i++)
  1175. alpha[i] = alpha2[i] - alpha2[i+l];
  1176. }
  1177. //
  1178. // decision_function
  1179. //
  1180. static class decision_function
  1181. {
  1182. double[] alpha;
  1183. double rho;
  1184. };
  1185. static decision_function svm_train_one(
  1186. svm_problem prob, svm_parameter param,
  1187. double Cp, double Cn)
  1188. {
  1189. double[] alpha = new double[prob.l];
  1190. Solver.SolutionInfo si = new Solver.SolutionInfo();
  1191. switch(param.svm_type)
  1192. {
  1193. case svm_parameter.C_SVC:
  1194. solve_c_svc(prob,param,alpha,si,Cp,Cn);
  1195. break;
  1196. case svm_parameter.NU_SVC:
  1197. solve_nu_svc(prob,param,alpha,si);
  1198. break;
  1199. case svm_parameter.ONE_CLASS:
  1200. solve_one_class(prob,param,alpha,si);
  1201. break;
  1202. case svm_parameter.EPSILON_SVR:
  1203. solve_epsilon_svr(prob,param,alpha,si);
  1204. break;
  1205. case svm_parameter.NU_SVR:
  1206. solve_nu_svr(prob,param,alpha,si);
  1207. break;
  1208. }
  1209. System.out.print("obj = "+si.obj+", rho = "+si.rho+"n");
  1210. // output SVs
  1211. int nSV = 0;
  1212. int nBSV = 0;
  1213. for(int i=0;i<prob.l;i++)
  1214. {
  1215. if(Math.abs(alpha[i]) > 0)
  1216. {
  1217. ++nSV;
  1218. if(prob.y[i] > 0)
  1219. {
  1220. if(Math.abs(alpha[i]) >= si.upper_bound_p)
  1221. ++nBSV;
  1222. }
  1223. else
  1224. {
  1225. if(Math.abs(alpha[i]) >= si.upper_bound_n)
  1226. ++nBSV;
  1227. }
  1228. }
  1229. }
  1230. System.out.print("nSV = "+nSV+", nBSV = "+nBSV+"n");
  1231. decision_function f = new decision_function();
  1232. f.alpha = alpha;
  1233. f.rho = si.rho;
  1234. return f;
  1235. }
  1236. //
  1237. // Interface functions
  1238. //
  1239. public static svm_model svm_train(svm_problem prob, svm_parameter param)
  1240. {
  1241. svm_model model = new svm_model();
  1242. model.param = param;
  1243. if(param.svm_type == svm_parameter.ONE_CLASS ||
  1244.    param.svm_type == svm_parameter.EPSILON_SVR ||
  1245.    param.svm_type == svm_parameter.NU_SVR)
  1246. {
  1247. // regression or one-class-svm
  1248. model.nr_class = 2;
  1249. model.label = null;
  1250. model.nSV = null;
  1251. model.sv_coef = new double[1][];
  1252. decision_function f = svm_train_one(prob,param,0,0);
  1253. model.rho = new double[1];
  1254. model.rho[0] = f.rho;
  1255. int nSV = 0;
  1256. int i;
  1257. for(i=0;i<prob.l;i++)
  1258. if(Math.abs(f.alpha[i]) > 0) ++nSV;
  1259. model.l = nSV;
  1260. model.SV = new svm_node[nSV][];
  1261. model.sv_coef[0] = new double[nSV];
  1262. int j = 0;
  1263. for(i=0;i<prob.l;i++)
  1264. if(Math.abs(f.alpha[i]) > 0)
  1265. {
  1266. model.SV[j] = prob.x[i];
  1267. model.sv_coef[0][j] = f.alpha[i];
  1268. ++j;
  1269. }
  1270. }
  1271. else
  1272. {
  1273. // classification
  1274. // find out the number of classes
  1275. int l = prob.l;
  1276. int max_nr_class = 16;
  1277. int nr_class = 0;
  1278. int[] label = new int[max_nr_class];
  1279. int[] count = new int[max_nr_class];
  1280. int[] index = new int[l];
  1281. int i;
  1282. for(i=0;i<l;i++)
  1283. {
  1284. int this_label = (int)prob.y[i];
  1285. int j;
  1286. for(j=0;j<nr_class;j++)
  1287. if(this_label == label[j])
  1288. {
  1289. ++count[j];
  1290. break;
  1291. }
  1292. index[i] = j;
  1293. if(j == nr_class)
  1294. {
  1295. if(nr_class == max_nr_class)
  1296. {
  1297. max_nr_class *= 2;
  1298. int[] new_data = new int[max_nr_class];
  1299. System.arraycopy(label,0,new_data,0,label.length);
  1300. label = new_data;
  1301. new_data = new int[max_nr_class];
  1302. System.arraycopy(count,0,new_data,0,count.length);
  1303. count = new_data;
  1304. }
  1305. label[nr_class] = this_label;
  1306. count[nr_class] = 1;
  1307. ++nr_class;
  1308. }
  1309. }
  1310. // group training data of the same class
  1311. int[] start = new int[nr_class];
  1312. start[0] = 0;
  1313. for(i=1;i<nr_class;i++)
  1314. start[i] = start[i-1]+count[i-1];
  1315. svm_node[][] x = new svm_node[l][];
  1316. for(i=0;i<l;i++)
  1317. {
  1318. x[start[index[i]]] = prob.x[i];
  1319. ++start[index[i]];
  1320. }
  1321. start[0] = 0;
  1322. for(i=1;i<nr_class;i++)
  1323. start[i] = start[i-1]+count[i-1];
  1324. // calculate weighted C
  1325. double[] weighted_C = new double[nr_class];
  1326. for(i=0;i<nr_class;i++)
  1327. weighted_C[i] = param.C;
  1328. for(i=0;i<param.nr_weight;i++)
  1329. {
  1330. int j;
  1331. for(j=0;j<nr_class;j++)
  1332. if(param.weight_label[i] == label[j])
  1333. break;
  1334. if(j == nr_class)
  1335. System.err.print("warning: class label "+param.weight_label[i]+" specified in weight is not foundn");
  1336. else
  1337. weighted_C[j] *= param.weight[i];
  1338. }
  1339. // train n*(n-1)/2 models
  1340. boolean[] nonzero = new boolean[l];
  1341. for(i=0;i<l;i++)
  1342. nonzero[i] = false;
  1343. decision_function[] f = new decision_function[nr_class*(nr_class-1)/2];
  1344. int p = 0;
  1345. for(i=0;i<nr_class;i++)
  1346. for(int j=i+1;j<nr_class;j++)
  1347. {
  1348. svm_problem sub_prob = new svm_problem();
  1349. int si = start[i], sj = start[j];
  1350. int ci = count[i], cj = count[j];
  1351. sub_prob.l = ci+cj;
  1352. sub_prob.x = new svm_node[sub_prob.l][];
  1353. sub_prob.y = new double[sub_prob.l];
  1354. int k;
  1355. for(k=0;k<ci;k++)
  1356. {
  1357. sub_prob.x[k] = x[si+k];
  1358. sub_prob.y[k] = +1;
  1359. }
  1360. for(k=0;k<cj;k++)
  1361. {
  1362. sub_prob.x[ci+k] = x[sj+k];
  1363. sub_prob.y[ci+k] = -1;
  1364. }
  1365. f[p] = svm_train_one(sub_prob,param,weighted_C[i],weighted_C[j]);
  1366. for(k=0;k<ci;k++)
  1367. if(!nonzero[si+k] && Math.abs(f[p].alpha[k]) > 0)
  1368. nonzero[si+k] = true;
  1369. for(k=0;k<cj;k++)
  1370. if(!nonzero[sj+k] && Math.abs(f[p].alpha[ci+k]) > 0)
  1371. nonzero[sj+k] = true;
  1372. ++p;
  1373. }
  1374. // build output
  1375. model.nr_class = nr_class;
  1376. model.label = new int[nr_class];
  1377. for(i=0;i<nr_class;i++)
  1378. model.label[i] = label[i];
  1379. model.rho = new double[nr_class*(nr_class-1)/2];
  1380. for(i=0;i<nr_class*(nr_class-1)/2;i++)
  1381. model.rho[i] = f[i].rho;
  1382. int nnz = 0;
  1383. int[] nz_count = new int[nr_class];
  1384. model.nSV = new int[nr_class];
  1385. for(i=0;i<nr_class;i++)
  1386. {
  1387. int nSV = 0;
  1388. for(int j=0;j<count[i];j++)
  1389. if(nonzero[start[i]+j])
  1390. {
  1391. ++nSV;
  1392. ++nnz;
  1393. }
  1394. model.nSV[i] = nSV;
  1395. nz_count[i] = nSV;
  1396. }
  1397. System.out.print("Total nSV = "+nnz+"n");
  1398. model.l = nnz;
  1399. model.SV = new svm_node[nnz][];
  1400. p = 0;
  1401. for(i=0;i<l;i++)
  1402. if(nonzero[i]) model.SV[p++] = x[i];
  1403. int[] nz_start = new int[nr_class];
  1404. nz_start[0] = 0;
  1405. for(i=1;i<nr_class;i++)
  1406. nz_start[i] = nz_start[i-1]+nz_count[i-1];
  1407. model.sv_coef = new double[nr_class-1][];
  1408. for(i=0;i<nr_class-1;i++)
  1409. model.sv_coef[i] = new double[nnz];
  1410. p = 0;
  1411. for(i=0;i<nr_class;i++)
  1412. for(int j=i+1;j<nr_class;j++)
  1413. {
  1414. // classifier (i,j): coefficients with
  1415. // i are in sv_coef[j-1][nz_start[i]...],
  1416. // j are in sv_coef[i][nz_start[j]...]
  1417. int si = start[i];
  1418. int sj = start[j];
  1419. int ci = count[i];
  1420. int cj = count[j];
  1421. int q = nz_start[i];
  1422. int k;
  1423. for(k=0;k<ci;k++)
  1424. if(nonzero[si+k])
  1425. model.sv_coef[j-1][q++] = f[p].alpha[k];
  1426. q = nz_start[j];
  1427. for(k=0;k<cj;k++)
  1428. if(nonzero[sj+k])
  1429. model.sv_coef[i][q++] = f[p].alpha[ci+k];
  1430. ++p;
  1431. }
  1432. }
  1433. return model;
  1434. }
  1435. public static double svm_predict(svm_model model, svm_node[] x)
  1436. {
  1437. if(model.param.svm_type == svm_parameter.ONE_CLASS ||
  1438.    model.param.svm_type == svm_parameter.EPSILON_SVR ||
  1439.    model.param.svm_type == svm_parameter.NU_SVR)
  1440. {
  1441. double[] sv_coef = model.sv_coef[0];
  1442. double sum = 0;
  1443. for(int i=0;i<model.l;i++)
  1444. sum += sv_coef[i] * Kernel.k_function(x,model.SV[i],model.param);
  1445. sum -= model.rho[0];
  1446. if(model.param.svm_type == svm_parameter.ONE_CLASS)
  1447. return (sum>0)?1:-1;
  1448. else
  1449. return sum;
  1450. }
  1451. else
  1452. {
  1453. int i;
  1454. int nr_class = model.nr_class;
  1455. int l = model.l;
  1456. double[] kvalue = new double[l];
  1457. for(i=0;i<l;i++)
  1458. kvalue[i] = Kernel.k_function(x,model.SV[i],model.param);
  1459. int[] start = new int[nr_class];
  1460. start[0] = 0;
  1461. for(i=1;i<nr_class;i++)
  1462. start[i] = start[i-1]+model.nSV[i-1];
  1463. int[] vote = new int[nr_class];
  1464. for(i=0;i<nr_class;i++)
  1465. vote[i] = 0;
  1466. int p=0;
  1467. for(i=0;i<nr_class;i++)
  1468. for(int j=i+1;j<nr_class;j++)
  1469. {
  1470. double sum = 0;
  1471. int si = start[i];
  1472. int sj = start[j];
  1473. int ci = model.nSV[i];
  1474. int cj = model.nSV[j];
  1475. int k;
  1476. double[] coef1 = model.sv_coef[j-1];
  1477. double[] coef2 = model.sv_coef[i];
  1478. for(k=0;k<ci;k++)
  1479. sum += coef1[si+k] * kvalue[si+k];
  1480. for(k=0;k<cj;k++)
  1481. sum += coef2[sj+k] * kvalue[sj+k];
  1482. sum -= model.rho[p++];
  1483. if(sum > 0)
  1484. ++vote[i];
  1485. else
  1486. ++vote[j];
  1487. }
  1488. int vote_max_idx = 0;
  1489. for(i=1;i<nr_class;i++)
  1490. if(vote[i] > vote[vote_max_idx])
  1491. vote_max_idx = i;
  1492. return model.label[vote_max_idx];
  1493. }
  1494. }
  1495. static final String svm_type_table[] =
  1496. {
  1497. "c_svc","nu_svc","one_class","epsilon_svr","nu_svr",
  1498. };
  1499. static final String kernel_type_table[]=
  1500. {
  1501. "linear","polynomial","rbf","sigmoid",
  1502. };
  1503. public static void svm_save_model(String model_file_name, svm_model model) throws IOException
  1504. {
  1505. DataOutputStream fp = new DataOutputStream(new FileOutputStream(model_file_name));
  1506. svm_parameter param = model.param;
  1507. fp.writeBytes("svm_type "+svm_type_table[param.svm_type]+"n");
  1508. fp.writeBytes("kernel_type "+kernel_type_table[param.kernel_type]+"n");
  1509. if(param.kernel_type == svm_parameter.POLY)
  1510. fp.writeBytes("degree "+param.degree+"n");
  1511. if(param.kernel_type == svm_parameter.POLY ||
  1512.    param.kernel_type == svm_parameter.RBF ||
  1513.    param.kernel_type == svm_parameter.SIGMOID)
  1514. fp.writeBytes("gamma "+param.gamma+"n");
  1515. if(param.kernel_type == svm_parameter.POLY ||
  1516.    param.kernel_type == svm_parameter.SIGMOID)
  1517. fp.writeBytes("coef0 "+param.coef0+"n");
  1518. int nr_class = model.nr_class;
  1519. int l = model.l;
  1520. fp.writeBytes("nr_class "+nr_class+"n");
  1521. fp.writeBytes("total_sv "+l+"n");
  1522. {
  1523. fp.writeBytes("rho");
  1524. for(int i=0;i<nr_class*(nr_class-1)/2;i++)
  1525. fp.writeBytes(" "+model.rho[i]);
  1526. fp.writeBytes("n");
  1527. }
  1528. if(model.label != null)
  1529. {
  1530. fp.writeBytes("label");
  1531. for(int i=0;i<nr_class;i++)
  1532. fp.writeBytes(" "+model.label[i]);
  1533. fp.writeBytes("n");
  1534. }
  1535. if(model.nSV != null)
  1536. {
  1537. fp.writeBytes("nr_sv");
  1538. for(int i=0;i<nr_class;i++)
  1539. fp.writeBytes(" "+model.nSV[i]);
  1540. fp.writeBytes("n");
  1541. }
  1542. fp.writeBytes("SVn");
  1543. double[][] sv_coef = model.sv_coef;
  1544. svm_node[][] SV = model.SV;
  1545. for(int i=0;i<l;i++)
  1546. {
  1547. for(int j=0;j<nr_class-1;j++)
  1548. fp.writeBytes(sv_coef[j][i]+" ");
  1549. svm_node[] p = SV[i];
  1550. for(int j=0;j<p.length;j++)
  1551. fp.writeBytes(p[j].index+":"+p[j].value+" ");
  1552. fp.writeBytes("n");
  1553. }
  1554. fp.close();
  1555. }
  1556. private static double atof(String s)
  1557. {
  1558. return Double.valueOf(s).doubleValue();
  1559. }
  1560. private static int atoi(String s)
  1561. {
  1562. return Integer.parseInt(s);
  1563. }
  1564. public static svm_model svm_load_model(String model_file_name) throws IOException
  1565. {
  1566. BufferedReader fp = new BufferedReader(new FileReader(model_file_name));
  1567. // read parameters
  1568. svm_model model = new svm_model();
  1569. svm_parameter param = new svm_parameter();
  1570. model.param = param;
  1571. model.label = null;
  1572. model.nSV = null;
  1573. while(true)
  1574. {
  1575. String cmd = fp.readLine();
  1576. String arg = cmd.substring(cmd.indexOf(' ')+1);
  1577. if(cmd.startsWith("svm_type"))
  1578. {
  1579. int i;
  1580. for(i=0;i<svm_type_table.length;i++)
  1581. {
  1582. if(arg.indexOf(svm_type_table[i])!=-1)
  1583. {
  1584. param.svm_type=i;
  1585. break;
  1586. }
  1587. }
  1588. if(i == svm_type_table.length)
  1589. {
  1590. System.err.print("unknown svm type.n");
  1591. System.exit(1);
  1592. }
  1593. }
  1594. else if(cmd.startsWith("kernel_type"))
  1595. {
  1596. int i;
  1597. for(i=0;i<kernel_type_table.length;i++)
  1598. {
  1599. if(arg.indexOf(kernel_type_table[i])!=-1)
  1600. {
  1601. param.kernel_type=i;
  1602. break;
  1603. }
  1604. }
  1605. if(i == kernel_type_table.length)
  1606. {
  1607. System.err.print("unknown kernel function.n");
  1608. System.exit(1);
  1609. }
  1610. }
  1611. else if(cmd.startsWith("degree"))
  1612. param.degree = atof(arg);
  1613. else if(cmd.startsWith("gamma"))
  1614. param.gamma = atof(arg);
  1615. else if(cmd.startsWith("coef0"))
  1616. param.coef0 = atof(arg);
  1617. else if(cmd.startsWith("nr_class"))
  1618. model.nr_class = atoi(arg);
  1619. else if(cmd.startsWith("total_sv"))
  1620. model.l = atoi(arg);
  1621. else if(cmd.startsWith("rho"))
  1622. {
  1623. int n = model.nr_class * (model.nr_class-1)/2;
  1624. model.rho = new double[n];
  1625. StringTokenizer st = new StringTokenizer(arg);
  1626. for(int i=0;i<n;i++)
  1627. model.rho[i] = atof(st.nextToken());
  1628. }
  1629. else if(cmd.startsWith("label"))
  1630. {
  1631. int n = model.nr_class;
  1632. model.label = new int[n];
  1633. StringTokenizer st = new StringTokenizer(arg);
  1634. for(int i=0;i<n;i++)
  1635. model.label[i] = atoi(st.nextToken());
  1636. }
  1637. else if(cmd.startsWith("nr_sv"))
  1638. {
  1639. int n = model.nr_class;
  1640. model.nSV = new int[n];
  1641. StringTokenizer st = new StringTokenizer(arg);
  1642. for(int i=0;i<n;i++)
  1643. model.nSV[i] = atoi(st.nextToken());
  1644. }
  1645. else if(cmd.startsWith("SV"))
  1646. {
  1647. break;
  1648. }
  1649. else
  1650. {
  1651. System.err.print("unknown text in model filen");
  1652. System.exit(1);
  1653. }
  1654. }
  1655. // read sv_coef and SV
  1656. int m = model.nr_class - 1;
  1657. int l = model.l;
  1658. model.sv_coef = new double[m][l];
  1659. model.SV = new svm_node[l][];
  1660. for(int i=0;i<l;i++)
  1661. {
  1662. String line = fp.readLine();
  1663. StringTokenizer st = new StringTokenizer(line," tnrf:");
  1664. for(int k=0;k<m;k++)
  1665. model.sv_coef[k][i] = atof(st.nextToken());
  1666. int n = st.countTokens()/2;
  1667. model.SV[i] = new svm_node[n];
  1668. for(int j=0;j<n;j++)
  1669. {
  1670. model.SV[i][j] = new svm_node();
  1671. model.SV[i][j].index = atoi(st.nextToken());
  1672. model.SV[i][j].value = atof(st.nextToken());
  1673. }
  1674. }
  1675. fp.close();
  1676. return model;
  1677. }
  1678. }