LINUX.ORG.RU

Структура данных для хранения коэффициентов многомерного полинома?

 ,


1

1

Сабж. Есть полином от D параметров x_1,…x_D суммарной степени N. Его можно рассматривать как сумму членов x_1^{k1} x_2^{k2} … x_D^{kD}, sum k_i<=N. При каждом таком члене есть коэффициент типа double, нужна структура данных которая обеспечит эффективный доступ к коэффициенту если известен набор степеней k.

Число D известно в компайл-тайм, как правило D=2..4 но может быть и больше (скажем до 8ми). N известно в рантайм, N<256.

Можно смотреть на это как на структуру данных, которая должна реализовать угол D-мерной кубической сетки отрезанный плоскостью проходящей через ближайшие к нижнему левому углы вершины. Или как на результат возведения в степень N суммы D переменных (только там не мультиномиальные коэффициенты, с ними еще всякие пертурбации происходят).

Cтепени k хранятся в беззнаковом целом (4 или 8 байт), по байту на степень.

Сейчас это реализовано тупо, как std::map<uint32_t, double>, есть ощущение что доступ к этой штуке сильно тормозит. Другой крайностью будет просто создать массив из N^D даблов, но это противоречит моему чуйтству прекрасного - уж больно здоровый оверхед по памяти.

Можно еще просто создать вектор из даблов, вектор из int-ов (или вектор из пар) и заниматься там поиском половинным делением - это будет всяко лучше мапа. Но есть спинномозговое ощущение, что можно придумать формулу индексации, позволяющую из набора степеней получать смещение в векторе. Вот если кто то такую формулу знает, или может подсказать как такой алгоритм построить…

ЗЫ если кто то хочет предложить хэш-таблицу, то нужно предложить сразу алгоритма вычисления хэша исключающий коллизии - это собственно и будет искомая формула;-)

★★★★

Ответ на: комментарий от ya-betmen

Ты хочешь имея на входе Д координат получить число которое по этим координатам лежит.

Да

И таких структур тебе нужно много?

Мне нужно много экземпляров такой структуры. D известно в компайл-тайм, N в известно в рантайм. У разных экземпляров могут быть разные N и D

AntonI ★★★★
() автор топика
Ответ на: комментарий от ya-betmen

Как ты получил 66 для двумерного массива при N=10? 66 было бы при N=11.

степень k может быть нулевой в т.ч., т.е. 0<=k<=N

AntonI ★★★★
() автор топика
Ответ на: комментарий от AntonI

Ок. В голове крутится идея с последовательным отсечением слоев чтобы получать многомерные треугольники уменьшающейся размерности пока не получатся двумерные. Т.к. количество точек внутри каждого треугольника фиксировано и зависит от размерности то их можно будет преобразовать в линейный массив.

К сожалению в уме я это осилить не могу, т.к. умею представлять только 3хмерные объекты. Для куба (Д=3) и Н=4 например будут срезы по 15, 10, 6, 3, 1 точек. Но для больших размерностей придется хранить каждый слой последовательно, т.е. для Д=4 будет 4 группы по 35 чисел (если я ничего не напутал). Для случаев большей большей размерности мне нужно бумажка.

ya-betmen ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от ya-betmen

Да, я сейчас так же пытаюсь сделать. Только пока не работает.

ЗЫ точнее там можно отсекать пирамиду, треугольник и тд - понижать размерность оставшегося среза. Ну и все в одном векторе в итоге

AntonI ★★★★
() автор топика
Последнее исправление: AntonI (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от ya-betmen

В общем я сделал (@bugfixer):

	inline uint64_t binomial_coeff(int n, int k){ // n>=k
		int a = k>n-k? k: n-k; uint64_t res = 1; 
		for(int i=a+1; i<=n; i++) res *= i; // n!/a!
		for(int i=2; i<=n-a; i++) res /= i; //  /(n-a)!
		return res;
	}
	template <int D, typename T=double> struct PolPowCoef {
		std::vector<T> coeffs;  // общее число коэффициентов binomial_coeff(max_pow+D-1, D)
		std::vector<int> vols;  // объемы пирамид, длина (D-1)*(max_pow+1), если степень равна нулю то и объем равен нулю
		int max_pow = -1, max_pow1 = 0;
	public:
		int get_max_pow() const { return max_pow; }
		size_t size() const { size_t sz = 0; for(auto x: coeffs){ sz += !is_caspol_zero(x); } return sz; }
		void init(int max_pow_){
			max_pow = max_pow_; max_pow1 = max_pow+1;
			vols.resize(max_pow1*(D-1), 0); coeffs.resize(binomial_coeff(max_pow+D-1, D), T(0));
			for(int d=D; d>1; d--){ // цикл по размерностям
				vols[(D-d)*max_pow1] = 0;
				for(int k=1; k<=max_pow; k++) // цикл по степеням
					vols[(D-d)*max_pow1+k] = binomial_coeff(k+d-1, d);
			}
		}
		template<typename K> T& operator[](K pows){
			size_t off = 0; uint32_t mp_k_sum = max_pow;
			for(int d=D-1; d>0; d--){
				uint32_t k = (pows>>(d*8))&0xFF;
				if(k){ off += vols[(D-1-d)*max_pow1 + mp_k_sum] - vols[(D-1-d)*max_pow1 + mp_k_sum-k];  mp_k_sum -= k; }
			}
			return coeffs[off+(pows&0xFF)];
		}
	};

На ноутбуке это дает небольшой прирост производительности по сравнению с хэш-таблицей, на кластере все вообще печально (@slovazap)

map:           2.50155 minutes
unordered_map: 2.64558 minutes
PolPowCoef:    2.39972 minutes

Хотя многое зависит от постановки, на каких по то посановках хэш давал на кластере прирост, но небольшой.

Надо дальше думать над алгоритмом и играться с кодом. Всем спасибо за помощь!

AntonI ★★★★
() автор топика
Ответ на: комментарий от AntonI

Зачем же Вы индексы (vols) в одном месте с коэффициентами (coeffs) держите? Они должны считаться только один раз для данных D и N. Я бы сказал это ошибка дизайна.

bugfixer ★★★★
()
Ответ на: комментарий от bugfixer

Они считаются при инициализации структуры, это происходит куда реже чем доступ к структуре. Вводить какое то глобальное хранилище для индексов на ровном месте это вот как раз и будет ошибкой дизайна - такая оптимизация в данном случае вообще ничего не даст.

AntonI ★★★★
() автор топика
Ответ на: комментарий от AntonI

Вводить какое то глобальное хранилище для индексов на ровном месте

Никто не говорил про глобальное хранилище, создавать индекс можно где угодно, хоть на стеке. Главное отдельно от самих коэффициентов. Как минимум Вы просто перерасходуете память. Плюс такая табличка что - максимум десятки килобайт при Ваших параметрах, так? Ну и зачем её постоянно из кеша процессора вытряхивать и замещать копией? Дальше - если Вы всё правильно сделали то индекс будет вообще один для данного D (+ max(N) который используется), а сами данные могут быть любой длинны. Копирование данных стало дороже. Итд, итп. Дело Ваше конечно, но я бы на code review такое бы зарезал однозначно.

bugfixer ★★★★
()
Ответ на: комментарий от bugfixer

Я не программист, я вот этого всего что Вы написали не понимаю;-( Я знаю что размеры таблички много меньше размера вектора коэффициентов.

Куда бы Вы табличку положили?

AntonI ★★★★
() автор топика
Ответ на: комментарий от AntonI

Куда бы Вы табличку положили?

Если бы я это писал это был бы отдельный классик (PolPowCoefIndex или PolPowCoefVols, например) который бы передавался в конструктор PolPowCoef by const-ref (и хранился бы так же). Давайте так - пришлите мне как нибудь (выложите куда нибудь) self-contained sources, которые компиляются и работают на «дохлых» машинках - я Вам хотя бы дизайн и public interfaces поправлю (математику трогать не буду - и не просите), в пятницу (если авралов по работе не будет) думаю полчасика - часик смогу выкроить.

P.S. Да, и скажите в пределах какого плюсового стандарта нужно оставаться.

bugfixer ★★★★
()
Ответ на: комментарий от AntonI

Я понял. Спасибо, это я могу сделать самостоятельно, я еще подумаю:-)

:) а зря ;) на самом деле ещё куча идей есть, но на код «нужно посмотреть»…

bugfixer ★★★★
()
Ответ на: комментарий от bugfixer

Верю! Если Вы хотите приобщиться к прекрасному миру академического кода (с т.з. программиста он ужасен до невозможности) то у нас его много. Хотите его поревьювить джаст-фор-фан?:-)

AntonI ★★★★
() автор топика
Ответ на: комментарий от AntonI

Верю! Если Вы хотите приобщиться к прекрасному миру академического кода

Я не знаю, (ну или у нас скорее всего разные понятия об) что такое «академический код»

Как выпускник «физкультурного техникума» я помочь пытался…

(с т.з. программиста он ужасен до невозможности) то у нас его много. Хотите его поревьювить джаст-фор-фан?:-)

Почему нет?

bugfixer ★★★★
()
Ответ на: комментарий от bugfixer

Я не знаю, (ну или у нас скорее всего разные понятия об) что такое «академический код»

Это код который пишется учОными не умеющими программировать для своих высоконаучных задач.

Почему нет?

t34119@yandex.ru

Но денег нет! Во всяком случае пока;-)

AntonI ★★★★
() автор топика
Ответ на: комментарий от AntonI

Но денег нет! Во всяком случае пока;-)

Не в них счастье, поверьте. Завтра отпишусь.

bugfixer ★★★★
()
Ответ на: комментарий от bugfixer

Как только Вы выведете формулу для числа точек на срезе N-мерного куба равноудаленных от его нулевой вершины (таких что sum(x{i}) = M) Вы получите отображение координат которые Вас интересуют на множество натуральных чисел, причём для данного max(M) такое отображение будет (запамятовал правильный термин) максимально компактно(?) / плотно(?). Мне представляется цена этого отображения будет O(D) и при это оно будет абсолютно нечувствительно к M.

―Ты бoярыню сoблазнил?
―Я. Аз есмь. Житие мoе.
―Какoе житие твoе, пес смердящий! Ты пoсмoтри на себя! Житие!
―Зинаида! Подскажи мне что-нибудь по-славянски! Паки! Паки, паки… Иже херувимы!

the1 ★★
()
Последнее исправление: the1 (всего исправлений: 1)
Вы не можете добавлять комментарии в эту тему. Тема перемещена в архив.