source: sasview/park_integration/AbstractFitEngine.py @ 18a8359

ESS_GUIESS_GUI_DocsESS_GUI_batch_fittingESS_GUI_bumps_abstractionESS_GUI_iss1116ESS_GUI_iss879ESS_GUI_iss959ESS_GUI_openclESS_GUI_orderingESS_GUI_sync_sascalccostrafo411magnetic_scattrelease-4.1.1release-4.1.2release-4.2.2release_4.0.1ticket-1009ticket-1094-headlessticket-1242-2d-resolutionticket-1243ticket-1249ticket885unittest-saveload
Last change on this file since 18a8359 was 4b5bd73, checked in by Jae Cho <jhjcho@…>, 14 years ago

Added scipy lestsq constraint on Fit

  • Property mode set to 100644
File size: 25.2 KB
Line 
1
2import  copy
3#import logging
4#import sys
5import numpy
6import math
7import park
8from DataLoader.data_info import Data1D
9from DataLoader.data_info import Data2D
10import time
11_SMALLVALUE = 1.0e-10   
12   
13class SansParameter(park.Parameter):
14    """
15    SANS model parameters for use in the PARK fitting service.
16    The parameter attribute value is redirected to the underlying
17    parameter value in the SANS model.
18    """
19    def __init__(self, name, model):
20        """
21        :param name: the name of the model parameter
22        :param model: the sans model to wrap as a park model
23       
24        """
25        park.Parameter.__init__(self, name)
26        self._model, self._name = model, name
27        #set the value for the parameter of the given name
28        self.set(model.getParam(name))
29         
30    def _getvalue(self):
31        """
32        override the _getvalue of park parameter
33       
34        :return value the parameter associates with self.name
35       
36        """
37        return self._model.getParam(self.name)
38   
39    def _setvalue(self, value):
40        """
41        override the _setvalue pf park parameter
42       
43        :param value: the value to set on a given parameter
44       
45        """
46        self._model.setParam(self.name, value)
47       
48    value = property(_getvalue, _setvalue)
49   
50    def _getrange(self):
51        """
52        Override _getrange of park parameter
53        return the range of parameter
54        """
55        #if not  self.name in self._model.getDispParamList():
56        lo, hi = self._model.details[self.name][1:3]
57        if lo is None: lo = -numpy.inf
58        if hi is None: hi = numpy.inf
59        #else:
60            #lo,hi = self._model.details[self.name][1:]
61            #if lo is None: lo = -numpy.inf
62            #if hi is None: hi = numpy.inf
63        if lo >= hi:
64            raise ValueError,"wrong fit range for parameters"
65       
66        return lo, hi
67   
68    def get_name(self):
69        """
70        """
71        return self._getname()
72   
73    def _setrange(self, r):
74        """
75        override _setrange of park parameter
76       
77        :param r: the value of the range to set
78       
79        """
80        self._model.details[self.name][1:3] = r
81    range = property(_getrange, _setrange)
82   
83class Model(park.Model):
84    """
85    PARK wrapper for SANS models.
86    """
87    def __init__(self, sans_model, **kw):
88        """
89        :param sans_model: the sans model to wrap using park interface
90       
91        """
92        park.Model.__init__(self, **kw)
93        self.model = sans_model
94        self.name = sans_model.name
95        #list of parameters names
96        self.sansp = sans_model.getParamList()
97        #list of park parameter
98        self.parkp = [SansParameter(p, sans_model) for p in self.sansp]
99        #list of parameterset
100        self.parameterset = park.ParameterSet(sans_model.name, pars=self.parkp)
101        self.pars = []
102 
103    def get_params(self, fitparams):
104        """
105        return a list of value of paramter to fit
106       
107        :param fitparams: list of paramaters name to fit
108       
109        """
110        list_params = []
111        self.pars = []
112        self.pars = fitparams
113        for item in fitparams:
114            for element in self.parkp:
115                if element.name == str(item):
116                    list_params.append(element.value)
117        return list_params
118   
119    def set_params(self, paramlist, params):
120        """
121        Set value for parameters to fit
122       
123        :param params: list of value for parameters to fit
124       
125        """
126        try:
127            for i in range(len(self.parkp)):
128                for j in range(len(paramlist)):
129                    if self.parkp[i].name == paramlist[j]:
130                        self.parkp[i].value = params[j]
131                        self.model.setParam(self.parkp[i].name, params[j])
132        except:
133            raise
134 
135    def eval(self, x):
136        """
137        override eval method of park model.
138       
139        :param x: the x value used to compute a function
140       
141        """
142        try:
143            return self.model.evalDistribution(x)
144        except:
145            raise
146       
147    def eval_derivs(self, x, pars=[]):
148        """
149        Evaluate the model and derivatives wrt pars at x.
150
151        pars is a list of the names of the parameters for which derivatives
152        are desired.
153
154        This method needs to be specialized in the model to evaluate the
155        model function.  Alternatively, the model can implement is own
156        version of residuals which calculates the residuals directly
157        instead of calling eval.
158        """
159        return []
160
161
162   
163class FitData1D(Data1D):
164    """
165    Wrapper class  for SANS data
166    FitData1D inherits from DataLoader.data_info.Data1D. Implements
167    a way to get residuals from data.
168    """
169    def __init__(self, x, y, dx=None, dy=None, smearer=None):
170        """
171        :param smearer: is an object of class QSmearer or SlitSmearer
172           that will smear the theory data (slit smearing or resolution
173           smearing) when set.
174       
175        The proper way to set the smearing object would be to
176        do the following: ::
177       
178            from DataLoader.qsmearing import smear_selection
179            smearer = smear_selection(some_data)
180            fitdata1d = FitData1D( x= [1,3,..,],
181                                    y= [3,4,..,8],
182                                    dx=None,
183                                    dy=[1,2...], smearer= smearer)
184       
185        :Note: that some_data _HAS_ to be of class DataLoader.data_info.Data1D
186            Setting it back to None will turn smearing off.
187           
188        """
189        Data1D.__init__(self, x=x, y=y, dx=dx, dy=dy)
190       
191        self.smearer = smearer
192        self._first_unsmeared_bin = None
193        self._last_unsmeared_bin = None
194        # Check error bar; if no error bar found, set it constant(=1)
195        # TODO: Should provide an option for users to set it like percent,
196        # constant, or dy data
197        if dy == None or dy == [] or dy.all() == 0:
198            self.dy = numpy.ones(len(y)) 
199        else:
200            self.dy = numpy.asarray(dy).copy()
201
202        ## Min Q-value
203        #Skip the Q=0 point, especially when y(q=0)=None at x[0].
204        if min (self.x) == 0.0 and self.x[0] == 0 and\
205                     not numpy.isfinite(self.y[0]):
206            self.qmin = min(self.x[self.x!=0])
207        else:                             
208            self.qmin = min(self.x)
209        ## Max Q-value
210        self.qmax = max(self.x)
211       
212        # Range used for input to smearing
213        self._qmin_unsmeared = self.qmin
214        self._qmax_unsmeared = self.qmax
215        # Identify the bin range for the unsmeared and smeared spaces
216        self.idx = (self.x >= self.qmin) & (self.x <= self.qmax)
217        self.idx_unsmeared = (self.x >= self._qmin_unsmeared) \
218                            & (self.x <= self._qmax_unsmeared)
219 
220    def set_fit_range(self, qmin=None, qmax=None):
221        """ to set the fit range"""
222        # Skip Q=0 point, (especially for y(q=0)=None at x[0]).
223        # ToDo: Find better way to do it.
224        if qmin == 0.0 and not numpy.isfinite(self.y[qmin]):
225            self.qmin = min(self.x[self.x != 0])
226        elif qmin != None:                       
227            self.qmin = qmin           
228        if qmax != None:
229            self.qmax = qmax
230        # Determine the range needed in unsmeared-Q to cover
231        # the smeared Q range
232        self._qmin_unsmeared = self.qmin
233        self._qmax_unsmeared = self.qmax   
234       
235        self._first_unsmeared_bin = 0
236        self._last_unsmeared_bin  = len(self.x) - 1
237       
238        if self.smearer != None:
239            self._first_unsmeared_bin, self._last_unsmeared_bin = \
240                    self.smearer.get_bin_range(self.qmin, self.qmax)
241            self._qmin_unsmeared = self.x[self._first_unsmeared_bin]
242            self._qmax_unsmeared = self.x[self._last_unsmeared_bin]
243           
244        # Identify the bin range for the unsmeared and smeared spaces
245        self.idx = (self.x >= self.qmin) & (self.x <= self.qmax)
246        ## zero error can not participate for fitting
247        self.idx = self.idx & (self.dy != 0) 
248        self.idx_unsmeared = (self.x >= self._qmin_unsmeared) \
249                            & (self.x <= self._qmax_unsmeared)
250 
251    def get_fit_range(self):
252        """
253        return the range of data.x to fit
254        """
255        return self.qmin, self.qmax
256       
257    def residuals(self, fn):
258        """
259        Compute residuals.
260       
261        If self.smearer has been set, use if to smear
262        the data before computing chi squared.
263       
264        :param fn: function that return model value
265       
266        :return: residuals
267       
268        """
269        # Compute theory data f(x)
270        fx = numpy.zeros(len(self.x))
271        fx[self.idx_unsmeared] = fn(self.x[self.idx_unsmeared])
272       
273        ## Smear theory data
274        if self.smearer is not None:
275            fx = self.smearer(fx, self._first_unsmeared_bin, 
276                              self._last_unsmeared_bin)
277        ## Sanity check
278        if numpy.size(self.dy) != numpy.size(fx):
279            msg = "FitData1D: invalid error array "
280            msg += "%d <> %d" % (numpy.shape(self.dy), numpy.size(fx))                                                     
281            raise RuntimeError, msg 
282        return (self.y[self.idx] - fx[self.idx]) / self.dy[self.idx]
283     
284    def residuals_deriv(self, model, pars=[]):
285        """
286        :return: residuals derivatives .
287       
288        :note: in this case just return empty array
289       
290        """
291        return []
292   
293class FitData2D(Data2D):
294    """ Wrapper class  for SANS data """
295    def __init__(self, sans_data2d, data=None, err_data=None):
296        Data2D.__init__(self, data=data, err_data=err_data)
297        """
298        Data can be initital with a data (sans plottable)
299        or with vectors.
300        """
301        self.res_err_image = []
302        self.index_model = []
303        self.qmin = None
304        self.qmax = None
305        self.smearer = None
306        self.radius = 0
307        self.res_err_data = []
308        self.set_data(sans_data2d)
309
310    def set_data(self, sans_data2d, qmin=None, qmax=None):
311        """
312        Determine the correct qx_data and qy_data within range to fit
313        """
314        self.data = sans_data2d.data
315        self.err_data = sans_data2d.err_data
316        self.qx_data = sans_data2d.qx_data
317        self.qy_data = sans_data2d.qy_data
318        self.mask = sans_data2d.mask
319
320        x_max = max(math.fabs(sans_data2d.xmin), math.fabs(sans_data2d.xmax))
321        y_max = max(math.fabs(sans_data2d.ymin), math.fabs(sans_data2d.ymax))
322       
323        ## fitting range
324        if qmin == None:
325            self.qmin = 1e-16
326        if qmax == None:
327            self.qmax = math.sqrt(x_max * x_max + y_max * y_max)
328        ## new error image for fitting purpose
329        if self.err_data == None or self.err_data == []:
330            self.res_err_data = numpy.ones(len(self.data))
331        else:
332            self.res_err_data = copy.deepcopy(self.err_data)
333        #self.res_err_data[self.res_err_data==0]=1
334       
335        self.radius = numpy.sqrt(self.qx_data**2 + self.qy_data**2)
336       
337        # Note: mask = True: for MASK while mask = False for NOT to mask
338        self.index_model = ((self.qmin <= self.radius)&\
339                            (self.radius <= self.qmax))
340        self.index_model = (self.index_model) & (self.mask)
341        self.index_model = (self.index_model) & (numpy.isfinite(self.data))
342       
343    def set_smearer(self, smearer): 
344        """
345        Set smearer
346        """
347        if smearer == None:
348            return
349        self.smearer = smearer
350        self.smearer.set_index(self.index_model)
351        self.smearer.get_data()
352
353    def set_fit_range(self, qmin=None, qmax=None):
354        """ to set the fit range"""
355        if qmin == 0.0:
356            self.qmin = 1e-16
357        elif qmin != None:                       
358            self.qmin = qmin           
359        if qmax != None:
360            self.qmax = qmax       
361        self.radius = numpy.sqrt(self.qx_data**2 + self.qy_data**2)
362        self.index_model = ((self.qmin <= self.radius)&\
363                            (self.radius <= self.qmax))
364        self.index_model = (self.index_model) &(self.mask)
365        self.index_model = (self.index_model) & (numpy.isfinite(self.data))
366        self.index_model = (self.index_model) & (self.res_err_data != 0)
367       
368    def get_fit_range(self):
369        """
370        return the range of data.x to fit
371        """
372        return self.qmin, self.qmax
373     
374    def residuals(self, fn): 
375        """
376        return the residuals
377        """ 
378        if self.smearer != None:
379            fn.set_index(self.index_model)
380            # Get necessary data from self.data and set the data for smearing
381            fn.get_data()
382
383            gn = fn.get_value() 
384        else:
385            gn = fn([self.qx_data[self.index_model],
386                     self.qy_data[self.index_model]])
387        # use only the data point within ROI range
388        res = (self.data[self.index_model] - gn)/\
389                    self.res_err_data[self.index_model]
390        return res
391       
392    def residuals_deriv(self, model, pars=[]):
393        """
394        :return: residuals derivatives .
395       
396        :note: in this case just return empty array
397       
398        """
399        return []
400   
401class FitAbort(Exception):
402    """
403    Exception raise to stop the fit
404    """
405
406
407class SansAssembly:
408    """
409    Sans Assembly class a class wrapper to be call in optimizer.leastsq method
410    """
411    def __init__(self, paramlist, model=None , data=None, fitresult=None,
412                 handler=None, curr_thread=None):
413        """
414        :param Model: the model wrapper fro sans -model
415        :param Data: the data wrapper for sans data
416       
417        """
418        self.model = model
419        self.data  = data
420        self.paramlist = paramlist
421        self.curr_thread = curr_thread
422        self.handler = handler
423        self.fitresult = fitresult
424        self.res = []
425        self.true_res = []
426        self.func_name = "Functor"
427       
428    #def chisq(self, params):
429    def chisq(self):
430        """
431        Calculates chi^2
432       
433        :param params: list of parameter values
434       
435        :return: chi^2
436       
437        """
438        sum = 0
439        for item in self.true_res:
440            sum += item * item
441        if len(self.true_res) == 0:
442            return None
443        return sum / len(self.true_res)
444   
445    def __call__(self, params):
446        """
447        Compute residuals
448       
449        :param params: value of parameters to fit
450       
451        """ 
452        #import thread
453        self.model.set_params(self.paramlist, params)
454        self.true_res = self.data.residuals(self.model.eval)
455        # check parameters range
456        if self.check_param_range():
457            # if the param value is outside of the bound
458            # just silent return res = inf
459            return self.res
460        self.res = self.true_res       
461        if self.fitresult is not None and  self.handler is not None:
462            self.fitresult.set_model(model=self.model)
463            #fitness = self.chisq(params=params)
464            fitness = self.chisq()
465            self.fitresult.pvec = params
466            self.fitresult.set_fitness(fitness=fitness)
467            self.handler.set_result(result=self.fitresult)
468            self.handler.update_fit()
469
470            if self.curr_thread != None :
471                    try:
472                        self.curr_thread.isquit()
473                    except:
474                        raise FitAbort,"stop leastsqr optimizer"   
475        return self.res
476   
477    def check_param_range(self):
478        """
479        Check the lower and upper bound of the parameter value
480        and set res to the inf if the value is outside of the
481        range
482        :limitation: the initial values must be within range.
483        """
484
485        time.sleep(0.01)
486        is_outofbound = False
487        # loop through the fit parameters
488        for p in self.model.parameterset:
489            param_name = p.get_name()
490            if param_name in self.paramlist:
491               
492                # if the range was defined, check the range
493                if numpy.isfinite(p.range[0]):
494                    if p.value == 0:
495                        # This value works on Scipy
496                        # Do not change numbers below
497                        value = _SMALLVALUE
498                    else:
499                        value = p.value
500                    # For leastsq, it needs a bit step back from the boundary
501                    val = p.range[0] - value * _SMALLVALUE
502                    if p.value < val: 
503                        self.res *= 1e+6
504                       
505                        is_outofbound = True
506                        break
507                if numpy.isfinite(p.range[1]):
508                    # This value works on Scipy
509                    # Do not change numbers below
510                    if p.value == 0:
511                        value = _SMALLVALUE
512                    else:
513                        value = p.value
514                    # For leastsq, it needs a bit step back from the boundary
515                    val = p.range[1] + value * _SMALLVALUE
516                    if p.value > val:
517                        self.res *= 1e+6
518                        is_outofbound = True
519                        break
520
521        return is_outofbound
522   
523   
524class FitEngine:
525    def __init__(self):
526        """
527        Base class for scipy and park fit engine
528        """
529        #List of parameter names to fit
530        self.param_list = []
531        #Dictionnary of fitArrange element (fit problems)
532        self.fit_arrange_dict = {}
533 
534    def set_model(self, model, id, pars=[], constraints=[]):
535        """
536        set a model on a given  in the fit engine.
537       
538        :param model: sans.models type
539        :param : is the key of the fitArrange dictionary where model is
540                saved as a value
541        :param pars: the list of parameters to fit
542        :param constraints: list of
543            tuple (name of parameter, value of parameters)
544            the value of parameter must be a string to constraint 2 different
545            parameters.
546            Example: 
547            we want to fit 2 model M1 and M2 both have parameters A and B.
548            constraints can be:
549             constraints = [(M1.A, M2.B+2), (M1.B= M2.A *5),...,]
550           
551             
552        :note: pars must contains only name of existing model's parameters
553       
554        """
555        if model == None:
556            raise ValueError, "AbstractFitEngine: Need to set model to fit"
557       
558        new_model = model
559        if not issubclass(model.__class__, Model):
560            new_model = Model(model)
561       
562        if len(constraints) > 0:
563            for constraint in constraints:
564                name, value = constraint
565                try:
566                    new_model.parameterset[str(name)].set(str(value))
567                except:
568                    msg = "Fit Engine: Error occurs when setting the constraint"
569                    msg += " %s for parameter %s " % (value, name)
570                    raise ValueError, msg
571               
572        if len(pars) > 0:
573            temp = []
574            for item in pars:
575                if item in new_model.model.getParamList():
576                    temp.append(item)
577                    self.param_list.append(item)
578                else:
579                   
580                    msg = "wrong parameter %s used" % str(item)
581                    msg += "to set model %s. Choose" % str(new_model.model.name)
582                    msg += "parameter name within %s" % \
583                                str(new_model.model.getParamList())
584                    raise ValueError, msg
585             
586            #A fitArrange is already created but contains data_list only at id
587            if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
588                self.fit_arrange_dict[id].set_model(new_model)
589                self.fit_arrange_dict[id].pars = pars
590            else:
591            #no fitArrange object has been create with this id
592                fitproblem = FitArrange()
593                fitproblem.set_model(new_model)
594                fitproblem.pars = pars
595                self.fit_arrange_dict[id] = fitproblem
596               
597        else:
598            raise ValueError, "park_integration:missing parameters"
599   
600    def set_data(self, data, id, smearer=None, qmin=None, qmax=None):
601        """
602        Receives plottable, creates a list of data to fit,set data
603        in a FitArrange object and adds that object in a dictionary
604        with key id.
605       
606        :param data: data added
607        :param id: unique key corresponding to a fitArrange object with data
608       
609        """
610        if data.__class__.__name__ == 'Data2D':
611            fitdata = FitData2D(sans_data2d=data, data=data.data,
612                                 err_data=data.err_data)
613        else:
614            fitdata = FitData1D(x=data.x, y=data.y ,
615                                 dx=data.dx, dy=data.dy, smearer=smearer)
616       
617        fitdata.set_fit_range(qmin=qmin, qmax=qmax)
618        #A fitArrange is already created but contains model only at id
619        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
620            self.fit_arrange_dict[id].add_data(fitdata)
621        else:
622        #no fitArrange object has been create with this id
623            fitproblem = FitArrange()
624            fitproblem.add_data(fitdata)
625            self.fit_arrange_dict[id] = fitproblem   
626   
627    def get_model(self, id):
628        """
629       
630        :param id: id is key in the dictionary containing the model to return
631       
632        :return:  a model at this id or None if no FitArrange element was
633            created with this id
634           
635        """
636        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
637            return self.fit_arrange_dict[id].get_model()
638        else:
639            return None
640   
641    def remove_fit_problem(self, id):
642        """remove   fitarrange in id"""
643        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
644            del self.fit_arrange_dict[id]
645           
646    def select_problem_for_fit(self, id, value):
647        """
648        select a couple of model and data at the id position in dictionary
649        and set in self.selected value to value
650       
651        :param value: the value to allow fitting.
652                can only have the value one or zero
653               
654        """
655        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
656            self.fit_arrange_dict[id].set_to_fit(value)
657             
658    def get_problem_to_fit(self, id):
659        """
660        return the self.selected value of the fit problem of id
661       
662        :param id: the id of the problem
663       
664        """
665        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
666            self.fit_arrange_dict[id].get_to_fit()
667   
668class FitArrange:
669    def __init__(self):
670        """
671        Class FitArrange contains a set of data for a given model
672        to perform the Fit.FitArrange must contain exactly one model
673        and at least one data for the fit to be performed.
674       
675        model: the model selected by the user
676        Ldata: a list of data what the user wants to fit
677           
678        """
679        self.model = None
680        self.data_list = []
681        self.pars = []
682        #self.selected  is zero when this fit problem is not schedule to fit
683        #self.selected is 1 when schedule to fit
684        self.selected = 0
685       
686    def set_model(self, model):
687        """
688        set_model save a copy of the model
689       
690        :param model: the model being set
691       
692        """
693        self.model = model
694       
695    def add_data(self, data):
696        """
697        add_data fill a self.data_list with data to fit
698       
699        :param data: Data to add in the list 
700       
701        """
702        if not data in self.data_list:
703            self.data_list.append(data)
704           
705    def get_model(self):
706        """
707       
708        :return: saved model
709       
710        """
711        return self.model   
712     
713    def get_data(self):
714        """
715       
716        :return: list of data data_list
717       
718        """
719        #return self.data_list
720        return self.data_list[0] 
721     
722    def remove_data(self, data):
723        """
724        Remove one element from the list
725       
726        :param data: Data to remove from data_list
727       
728        """
729        if data in self.data_list:
730            self.data_list.remove(data)
731           
732    def set_to_fit (self, value=0):
733        """
734        set self.selected to 0 or 1  for other values raise an exception
735       
736        :param value: integer between 0 or 1
737       
738        """
739        self.selected = value
740       
741    def get_to_fit(self):
742        """
743        return self.selected value
744        """
745        return self.selected
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.