source: sasview/park_integration/AbstractFitEngine.py @ dd8ee14

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 dd8ee14 was dd8ee14, checked in by Gervaise Alina <gervyh@…>, 14 years ago

working on sansview with processing module

  • 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                    if not self.curr_thread.isAlive():
472                       raise FitAbort,"stop leastsqr optimizer"   
473        return self.res
474   
475    def check_param_range(self):
476        """
477        Check the lower and upper bound of the parameter value
478        and set res to the inf if the value is outside of the
479        range
480        :limitation: the initial values must be within range.
481        """
482
483        time.sleep(0.01)
484        is_outofbound = False
485        # loop through the fit parameters
486        for p in self.model.parameterset:
487            param_name = p.get_name()
488            if param_name in self.paramlist:
489               
490                # if the range was defined, check the range
491                if numpy.isfinite(p.range[0]):
492                    if p.value == 0:
493                        # This value works on Scipy
494                        # Do not change numbers below
495                        value = _SMALLVALUE
496                    else:
497                        value = p.value
498                    # For leastsq, it needs a bit step back from the boundary
499                    val = p.range[0] - value * _SMALLVALUE
500                    if p.value < val: 
501                        self.res *= 1e+6
502                       
503                        is_outofbound = True
504                        break
505                if numpy.isfinite(p.range[1]):
506                    # This value works on Scipy
507                    # Do not change numbers below
508                    if p.value == 0:
509                        value = _SMALLVALUE
510                    else:
511                        value = p.value
512                    # For leastsq, it needs a bit step back from the boundary
513                    val = p.range[1] + value * _SMALLVALUE
514                    if p.value > val:
515                        self.res *= 1e+6
516                        is_outofbound = True
517                        break
518
519        return is_outofbound
520   
521   
522class FitEngine:
523    def __init__(self):
524        """
525        Base class for scipy and park fit engine
526        """
527        #List of parameter names to fit
528        self.param_list = []
529        #Dictionnary of fitArrange element (fit problems)
530        self.fit_arrange_dict = {}
531 
532    def set_model(self, model, id, pars=[], constraints=[]):
533        """
534        set a model on a given  in the fit engine.
535       
536        :param model: sans.models type
537        :param : is the key of the fitArrange dictionary where model is
538                saved as a value
539        :param pars: the list of parameters to fit
540        :param constraints: list of
541            tuple (name of parameter, value of parameters)
542            the value of parameter must be a string to constraint 2 different
543            parameters.
544            Example: 
545            we want to fit 2 model M1 and M2 both have parameters A and B.
546            constraints can be:
547             constraints = [(M1.A, M2.B+2), (M1.B= M2.A *5),...,]
548           
549             
550        :note: pars must contains only name of existing model's parameters
551       
552        """
553        if model == None:
554            raise ValueError, "AbstractFitEngine: Need to set model to fit"
555       
556        new_model = model
557        if not issubclass(model.__class__, Model):
558            new_model = Model(model)
559       
560        if len(constraints) > 0:
561            for constraint in constraints:
562                name, value = constraint
563                try:
564                    new_model.parameterset[str(name)].set(str(value))
565                except:
566                    msg = "Fit Engine: Error occurs when setting the constraint"
567                    msg += " %s for parameter %s " % (value, name)
568                    raise ValueError, msg
569               
570        if len(pars) > 0:
571            temp = []
572            for item in pars:
573                if item in new_model.model.getParamList():
574                    temp.append(item)
575                    self.param_list.append(item)
576                else:
577                   
578                    msg = "wrong parameter %s used" % str(item)
579                    msg += "to set model %s. Choose" % str(new_model.model.name)
580                    msg += "parameter name within %s" % \
581                                str(new_model.model.getParamList())
582                    raise ValueError, msg
583             
584            #A fitArrange is already created but contains data_list only at id
585            if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
586                self.fit_arrange_dict[id].set_model(new_model)
587                self.fit_arrange_dict[id].pars = pars
588            else:
589            #no fitArrange object has been create with this id
590                fitproblem = FitArrange()
591                fitproblem.set_model(new_model)
592                fitproblem.pars = pars
593                self.fit_arrange_dict[id] = fitproblem
594               
595        else:
596            raise ValueError, "park_integration:missing parameters"
597   
598    def set_data(self, data, id, smearer=None, qmin=None, qmax=None):
599        """
600        Receives plottable, creates a list of data to fit,set data
601        in a FitArrange object and adds that object in a dictionary
602        with key id.
603       
604        :param data: data added
605        :param id: unique key corresponding to a fitArrange object with data
606       
607        """
608        if data.__class__.__name__ == 'Data2D':
609            fitdata = FitData2D(sans_data2d=data, data=data.data,
610                                 err_data=data.err_data)
611        else:
612            fitdata = FitData1D(x=data.x, y=data.y ,
613                                 dx=data.dx, dy=data.dy, smearer=smearer)
614       
615        fitdata.set_fit_range(qmin=qmin, qmax=qmax)
616        #A fitArrange is already created but contains model only at id
617        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
618            self.fit_arrange_dict[id].add_data(fitdata)
619        else:
620        #no fitArrange object has been create with this id
621            fitproblem = FitArrange()
622            fitproblem.add_data(fitdata)
623            self.fit_arrange_dict[id] = fitproblem   
624   
625    def get_model(self, id):
626        """
627       
628        :param id: id is key in the dictionary containing the model to return
629       
630        :return:  a model at this id or None if no FitArrange element was
631            created with this id
632           
633        """
634        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
635            return self.fit_arrange_dict[id].get_model()
636        else:
637            return None
638   
639    def remove_fit_problem(self, id):
640        """remove   fitarrange in id"""
641        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
642            del self.fit_arrange_dict[id]
643           
644    def select_problem_for_fit(self, id, value):
645        """
646        select a couple of model and data at the id position in dictionary
647        and set in self.selected value to value
648       
649        :param value: the value to allow fitting.
650                can only have the value one or zero
651               
652        """
653        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
654            self.fit_arrange_dict[id].set_to_fit(value)
655             
656    def get_problem_to_fit(self, id):
657        """
658        return the self.selected value of the fit problem of id
659       
660        :param id: the id of the problem
661       
662        """
663        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
664            self.fit_arrange_dict[id].get_to_fit()
665   
666class FitArrange:
667    def __init__(self):
668        """
669        Class FitArrange contains a set of data for a given model
670        to perform the Fit.FitArrange must contain exactly one model
671        and at least one data for the fit to be performed.
672       
673        model: the model selected by the user
674        Ldata: a list of data what the user wants to fit
675           
676        """
677        self.model = None
678        self.data_list = []
679        self.pars = []
680        #self.selected  is zero when this fit problem is not schedule to fit
681        #self.selected is 1 when schedule to fit
682        self.selected = 0
683       
684    def set_model(self, model):
685        """
686        set_model save a copy of the model
687       
688        :param model: the model being set
689       
690        """
691        self.model = model
692       
693    def add_data(self, data):
694        """
695        add_data fill a self.data_list with data to fit
696       
697        :param data: Data to add in the list 
698       
699        """
700        if not data in self.data_list:
701            self.data_list.append(data)
702           
703    def get_model(self):
704        """
705       
706        :return: saved model
707       
708        """
709        return self.model   
710     
711    def get_data(self):
712        """
713       
714        :return: list of data data_list
715       
716        """
717        #return self.data_list
718        return self.data_list[0] 
719     
720    def remove_data(self, data):
721        """
722        Remove one element from the list
723       
724        :param data: Data to remove from data_list
725       
726        """
727        if data in self.data_list:
728            self.data_list.remove(data)
729           
730    def set_to_fit (self, value=0):
731        """
732        set self.selected to 0 or 1  for other values raise an exception
733       
734        :param value: integer between 0 or 1
735       
736        """
737        self.selected = value
738       
739    def get_to_fit(self):
740        """
741        return self.selected value
742        """
743        return self.selected
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.