source: sasview/park_integration/src/sans/fit/AbstractFitEngine.py @ eaa7162

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 eaa7162 was 41517a6, checked in by Jessica Tumarkin <jtumarki@…>, 13 years ago

Sphinx Documentation rebuild, conf.py changes, import statement changes (for dataloader)

  • Property mode set to 100644
File size: 25.6 KB
Line 
1
2import  copy
3#import logging
4#import sys
5import numpy
6import math
7import park
8from sans.dataloader.data_info import Data1D
9from sans.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    #pass
406    #print"Creating fit abort Exception"
407
408
409class SansAssembly:
410    """
411    Sans Assembly class a class wrapper to be call in optimizer.leastsq method
412    """
413    def __init__(self, paramlist, model=None , data=None, fitresult=None,
414                 handler=None, curr_thread=None):
415        """
416        :param Model: the model wrapper fro sans -model
417        :param Data: the data wrapper for sans data
418       
419        """
420        self.model = model
421        self.data  = data
422        self.paramlist = paramlist
423        self.curr_thread = curr_thread
424        self.handler = handler
425        self.fitresult = fitresult
426        self.res = []
427        self.true_res = []
428        self.func_name = "Functor"
429       
430    #def chisq(self, params):
431    def chisq(self):
432        """
433        Calculates chi^2
434       
435        :param params: list of parameter values
436       
437        :return: chi^2
438       
439        """
440        sum = 0
441        for item in self.true_res:
442            sum += item * item
443        if len(self.true_res) == 0:
444            return None
445        return sum / len(self.true_res)
446   
447    def __call__(self, params):
448        """
449        Compute residuals
450       
451        :param params: value of parameters to fit
452       
453        """ 
454        #import thread
455        self.model.set_params(self.paramlist, params)
456        self.true_res = self.data.residuals(self.model.eval)
457        # check parameters range
458        if self.check_param_range():
459            # if the param value is outside of the bound
460            # just silent return res = inf
461            return self.res
462        self.res = self.true_res       
463        if self.fitresult is not None and  self.handler is not None:
464            self.fitresult.set_model(model=self.model)
465            #fitness = self.chisq(params=params)
466            fitness = self.chisq()
467            self.fitresult.pvec = params
468            self.fitresult.set_fitness(fitness=fitness)
469            self.handler.set_result(result=self.fitresult)
470            self.handler.update_fit()
471
472            if self.curr_thread != None :
473                try:
474                    self.curr_thread.isquit()
475                except:
476                    msg = "Fitting: Terminated...       Note: Forcing to stop " 
477                    msg += "fitting may cause a 'Functor error message' "
478                    msg += "being recorded in the log file....."
479                    self.handler.error(msg)
480                    raise
481                    #return
482         
483        return self.res
484   
485    def check_param_range(self):
486        """
487        Check the lower and upper bound of the parameter value
488        and set res to the inf if the value is outside of the
489        range
490        :limitation: the initial values must be within range.
491        """
492
493        #time.sleep(0.01)
494        is_outofbound = False
495        # loop through the fit parameters
496        for p in self.model.parameterset:
497            param_name = p.get_name()
498            if param_name in self.paramlist:
499               
500                # if the range was defined, check the range
501                if numpy.isfinite(p.range[0]):
502                    if p.value == 0:
503                        # This value works on Scipy
504                        # Do not change numbers below
505                        value = _SMALLVALUE
506                    else:
507                        value = p.value
508                    # For leastsq, it needs a bit step back from the boundary
509                    val = p.range[0] - value * _SMALLVALUE
510                    if p.value < val: 
511                        self.res *= 1e+6
512                       
513                        is_outofbound = True
514                        break
515                if numpy.isfinite(p.range[1]):
516                    # This value works on Scipy
517                    # Do not change numbers below
518                    if p.value == 0:
519                        value = _SMALLVALUE
520                    else:
521                        value = p.value
522                    # For leastsq, it needs a bit step back from the boundary
523                    val = p.range[1] + value * _SMALLVALUE
524                    if p.value > val:
525                        self.res *= 1e+6
526                        is_outofbound = True
527                        break
528
529        return is_outofbound
530   
531   
532class FitEngine:
533    def __init__(self):
534        """
535        Base class for scipy and park fit engine
536        """
537        #List of parameter names to fit
538        self.param_list = []
539        #Dictionnary of fitArrange element (fit problems)
540        self.fit_arrange_dict = {}
541 
542    def set_model(self, model, id, pars=[], constraints=[]):
543        """
544        set a model on a given  in the fit engine.
545       
546        :param model: sans.models type
547        :param : is the key of the fitArrange dictionary where model is
548                saved as a value
549        :param pars: the list of parameters to fit
550        :param constraints: list of
551            tuple (name of parameter, value of parameters)
552            the value of parameter must be a string to constraint 2 different
553            parameters.
554            Example: 
555            we want to fit 2 model M1 and M2 both have parameters A and B.
556            constraints can be:
557             constraints = [(M1.A, M2.B+2), (M1.B= M2.A *5),...,]
558           
559             
560        :note: pars must contains only name of existing model's parameters
561       
562        """
563        if model == None:
564            raise ValueError, "AbstractFitEngine: Need to set model to fit"
565       
566        new_model = model
567        if not issubclass(model.__class__, Model):
568            new_model = Model(model)
569       
570        if len(constraints) > 0:
571            for constraint in constraints:
572                name, value = constraint
573                try:
574                    new_model.parameterset[str(name)].set(str(value))
575                except:
576                    msg = "Fit Engine: Error occurs when setting the constraint"
577                    msg += " %s for parameter %s " % (value, name)
578                    raise ValueError, msg
579               
580        if len(pars) > 0:
581            temp = []
582            for item in pars:
583                if item in new_model.model.getParamList():
584                    temp.append(item)
585                    self.param_list.append(item)
586                else:
587                   
588                    msg = "wrong parameter %s used" % str(item)
589                    msg += "to set model %s. Choose" % str(new_model.model.name)
590                    msg += "parameter name within %s" % \
591                                str(new_model.model.getParamList())
592                    raise ValueError, msg
593             
594            #A fitArrange is already created but contains data_list only at id
595            if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
596                self.fit_arrange_dict[id].set_model(new_model)
597                self.fit_arrange_dict[id].pars = pars
598            else:
599            #no fitArrange object has been create with this id
600                fitproblem = FitArrange()
601                fitproblem.set_model(new_model)
602                fitproblem.pars = pars
603                self.fit_arrange_dict[id] = fitproblem
604               
605        else:
606            raise ValueError, "park_integration:missing parameters"
607   
608    def set_data(self, data, id, smearer=None, qmin=None, qmax=None):
609        """
610        Receives plottable, creates a list of data to fit,set data
611        in a FitArrange object and adds that object in a dictionary
612        with key id.
613       
614        :param data: data added
615        :param id: unique key corresponding to a fitArrange object with data
616       
617        """
618        if data.__class__.__name__ == 'Data2D':
619            fitdata = FitData2D(sans_data2d=data, data=data.data,
620                                 err_data=data.err_data)
621        else:
622            fitdata = FitData1D(x=data.x, y=data.y ,
623                                 dx=data.dx, dy=data.dy, smearer=smearer)
624       
625        fitdata.set_fit_range(qmin=qmin, qmax=qmax)
626        #A fitArrange is already created but contains model only at id
627        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
628            self.fit_arrange_dict[id].add_data(fitdata)
629        else:
630        #no fitArrange object has been create with this id
631            fitproblem = FitArrange()
632            fitproblem.add_data(fitdata)
633            self.fit_arrange_dict[id] = fitproblem   
634   
635    def get_model(self, id):
636        """
637       
638        :param id: id is key in the dictionary containing the model to return
639       
640        :return:  a model at this id or None if no FitArrange element was
641            created with this id
642           
643        """
644        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
645            return self.fit_arrange_dict[id].get_model()
646        else:
647            return None
648   
649    def remove_fit_problem(self, id):
650        """remove   fitarrange in id"""
651        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
652            del self.fit_arrange_dict[id]
653           
654    def select_problem_for_fit(self, id, value):
655        """
656        select a couple of model and data at the id position in dictionary
657        and set in self.selected value to value
658       
659        :param value: the value to allow fitting.
660                can only have the value one or zero
661               
662        """
663        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
664            self.fit_arrange_dict[id].set_to_fit(value)
665             
666    def get_problem_to_fit(self, id):
667        """
668        return the self.selected value of the fit problem of id
669       
670        :param id: the id of the problem
671       
672        """
673        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
674            self.fit_arrange_dict[id].get_to_fit()
675   
676class FitArrange:
677    def __init__(self):
678        """
679        Class FitArrange contains a set of data for a given model
680        to perform the Fit.FitArrange must contain exactly one model
681        and at least one data for the fit to be performed.
682       
683        model: the model selected by the user
684        Ldata: a list of data what the user wants to fit
685           
686        """
687        self.model = None
688        self.data_list = []
689        self.pars = []
690        #self.selected  is zero when this fit problem is not schedule to fit
691        #self.selected is 1 when schedule to fit
692        self.selected = 0
693       
694    def set_model(self, model):
695        """
696        set_model save a copy of the model
697       
698        :param model: the model being set
699       
700        """
701        self.model = model
702       
703    def add_data(self, data):
704        """
705        add_data fill a self.data_list with data to fit
706       
707        :param data: Data to add in the list 
708       
709        """
710        if not data in self.data_list:
711            self.data_list.append(data)
712           
713    def get_model(self):
714        """
715       
716        :return: saved model
717       
718        """
719        return self.model   
720     
721    def get_data(self):
722        """
723       
724        :return: list of data data_list
725       
726        """
727        #return self.data_list
728        return self.data_list[0] 
729     
730    def remove_data(self, data):
731        """
732        Remove one element from the list
733       
734        :param data: Data to remove from data_list
735       
736        """
737        if data in self.data_list:
738            self.data_list.remove(data)
739           
740    def set_to_fit (self, value=0):
741        """
742        set self.selected to 0 or 1  for other values raise an exception
743       
744        :param value: integer between 0 or 1
745       
746        """
747        self.selected = value
748       
749    def get_to_fit(self):
750        """
751        return self.selected value
752        """
753        return self.selected
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.