Stan Math Library  2.11.0
reverse mode automatic differentiation
quad_form.hpp
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1 #ifndef STAN_MATH_REV_MAT_FUN_QUAD_FORM_HPP
2 #define STAN_MATH_REV_MAT_FUN_QUAD_FORM_HPP
3 
4 #include <boost/utility/enable_if.hpp>
5 #include <boost/type_traits.hpp>
6 #include <stan/math/rev/core.hpp>
15 
16 namespace stan {
17  namespace math {
18  namespace {
19  template <typename TA, int RA, int CA, typename TB, int RB, int CB>
20  class quad_form_vari_alloc : public chainable_alloc {
21  private:
22  inline void compute(const Eigen::Matrix<double, RA, CA>& A,
23  const Eigen::Matrix<double, RB, CB>& B) {
24  Eigen::Matrix<double, CB, CB> Cd(B.transpose()*A*B);
25  for (int j = 0; j < C_.cols(); j++) {
26  for (int i = 0; i < C_.rows(); i++) {
27  if (_sym) {
28  C_(i, j) = var(new vari(0.5*(Cd(i, j) + Cd(j, i)), false));
29  } else {
30  C_(i, j) = var(new vari(Cd(i, j), false));
31  }
32  }
33  }
34  }
35 
36  public:
37  quad_form_vari_alloc(const Eigen::Matrix<TA, RA, CA>& A,
38  const Eigen::Matrix<TB, RB, CB>& B,
39  bool symmetric = false)
40  : A_(A), B_(B), C_(B_.cols(), B_.cols()), _sym(symmetric) {
42  compute(value_of(A), value_of(B));
43  }
44 
45  Eigen::Matrix<TA, RA, CA> A_;
46  Eigen::Matrix<TB, RB, CB> B_;
47  Eigen::Matrix<var, CB, CB> C_;
48  bool _sym;
49  };
50 
51  template <typename TA, int RA, int CA, typename TB, int RB, int CB>
52  class quad_form_vari : public vari {
53  protected:
54  inline void chainA(Eigen::Matrix<double, RA, CA>& A,
55  const Eigen::Matrix<double, RB, CB>& Bd,
56  const Eigen::Matrix<double, CB, CB>& adjC) {}
57  inline void chainB(Eigen::Matrix<double, RB, CB>& B,
58  const Eigen::Matrix<double, RA, CA>& Ad,
59  const Eigen::Matrix<double, RB, CB>& Bd,
60  const Eigen::Matrix<double, CB, CB>& adjC) {}
61 
62  inline void chainA(Eigen::Matrix<var, RA, CA>& A,
63  const Eigen::Matrix<double, RB, CB>& Bd,
64  const Eigen::Matrix<double, CB, CB>& adjC) {
65  Eigen::Matrix<double, RA, CA> adjA(Bd*adjC*Bd.transpose());
66  for (int j = 0; j < A.cols(); j++) {
67  for (int i = 0; i < A.rows(); i++) {
68  A(i, j).vi_->adj_ += adjA(i, j);
69  }
70  }
71  }
72  inline void chainB(Eigen::Matrix<var, RB, CB>& B,
73  const Eigen::Matrix<double, RA, CA>& Ad,
74  const Eigen::Matrix<double, RB, CB>& Bd,
75  const Eigen::Matrix<double, CB, CB>& adjC) {
76  Eigen::Matrix<double, RA, CA> adjB(Ad * Bd * adjC.transpose()
77  + Ad.transpose()*Bd*adjC);
78  for (int j = 0; j < B.cols(); j++)
79  for (int i = 0; i < B.rows(); i++)
80  B(i, j).vi_->adj_ += adjB(i, j);
81  }
82 
83  inline void chainAB(Eigen::Matrix<TA, RA, CA>& A,
84  Eigen::Matrix<TB, RB, CB>& B,
85  const Eigen::Matrix<double, RA, CA>& Ad,
86  const Eigen::Matrix<double, RB, CB>& Bd,
87  const Eigen::Matrix<double, CB, CB>& adjC) {
88  chainA(A, Bd, adjC);
89  chainB(B, Ad, Bd, adjC);
90  }
91 
92  public:
93  quad_form_vari(const Eigen::Matrix<TA, RA, CA>& A,
94  const Eigen::Matrix<TB, RB, CB>& B,
95  bool symmetric = false)
96  : vari(0.0) {
97  _impl
98  = new quad_form_vari_alloc<TA, RA, CA, TB, RB, CB>(A, B, symmetric);
99  }
100 
101  virtual void chain() {
102  using stan::math::value_of;
103  Eigen::Matrix<double, CB, CB> adjC(_impl->C_.rows(),
104  _impl->C_.cols());
105 
106  for (int j = 0; j < _impl->C_.cols(); j++)
107  for (int i = 0; i < _impl->C_.rows(); i++)
108  adjC(i, j) = _impl->C_(i, j).vi_->adj_;
109 
110  chainAB(_impl->A_, _impl->B_,
111  value_of(_impl->A_), value_of(_impl->B_),
112  adjC);
113  }
114 
115  quad_form_vari_alloc<TA, RA, CA, TB, RB, CB> *_impl;
116  };
117  }
118 
119  template <typename TA, int RA, int CA, typename TB, int RB, int CB>
120  inline typename
121  boost::enable_if_c< boost::is_same<TA, var>::value ||
122  boost::is_same<TB, var>::value,
123  Eigen::Matrix<var, CB, CB> >::type
124  quad_form(const Eigen::Matrix<TA, RA, CA>& A,
125  const Eigen::Matrix<TB, RB, CB>& B) {
126  stan::math::check_square("quad_form", "A", A);
128  "A", A,
129  "B", B);
130 
131  quad_form_vari<TA, RA, CA, TB, RB, CB> *baseVari
132  = new quad_form_vari<TA, RA, CA, TB, RB, CB>(A, B);
133 
134  return baseVari->_impl->C_;
135  }
136  template <typename TA, int RA, int CA, typename TB, int RB>
137  inline typename
138  boost::enable_if_c< boost::is_same<TA, var>::value ||
139  boost::is_same<TB, var>::value,
140  var >::type
141  quad_form(const Eigen::Matrix<TA, RA, CA>& A,
142  const Eigen::Matrix<TB, RB, 1>& B) {
143  stan::math::check_square("quad_form", "A", A);
145  "A", A,
146  "B", B);
147 
148  quad_form_vari<TA, RA, CA, TB, RB, 1> *baseVari
149  = new quad_form_vari<TA, RA, CA, TB, RB, 1>(A, B);
150 
151  return baseVari->_impl->C_(0, 0);
152  }
153 
154  }
155 }
156 
157 #endif
bool _sym
Definition: quad_form.hpp:48
T value_of(const fvar< T > &v)
Return the value of the specified variable.
Definition: value_of.hpp:16
Eigen::Matrix< TB, RB, CB > B_
Definition: quad_form.hpp:46
Eigen::Matrix< TA, RA, CA > A_
Definition: quad_form.hpp:45
bool check_multiplicable(const char *function, const char *name1, const T1 &y1, const char *name2, const T2 &y2)
Return true if the matrices can be multiplied.
int cols(const Eigen::Matrix< T, R, C > &m)
Return the number of columns in the specified matrix, vector, or row vector.
Definition: cols.hpp:20
Eigen::Matrix< var, CB, CB > C_
Definition: quad_form.hpp:47
bool check_square(const char *function, const char *name, const Eigen::Matrix< T_y, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic > &y)
Return true if the specified matrix is square.
Eigen::Matrix< T, CB, CB > quad_form(const Eigen::Matrix< T, RA, CA > &A, const Eigen::Matrix< T, RB, CB > &B)
Compute B^T A B.
Definition: quad_form.hpp:21
quad_form_vari_alloc< TA, RA, CA, TB, RB, CB > * _impl
Definition: quad_form.hpp:115

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