source: sasview/park_integration/src/sans/fit/AbstractFitEngine.py @ eb4f2fd

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 eb4f2fd was 634ca14, checked in by Gervaise Alina <gervyh@…>, 13 years ago

making sure each result know it data and model

  • Property mode set to 100644
File size: 25.8 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, data):
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        self.data = data
28        self.model = model
29        #set the value for the parameter of the given name
30        self.set(model.getParam(name))
31         
32    def _getvalue(self):
33        """
34        override the _getvalue of park parameter
35       
36        :return value the parameter associates with self.name
37       
38        """
39        return self._model.getParam(self.name)
40   
41    def _setvalue(self, value):
42        """
43        override the _setvalue pf park parameter
44       
45        :param value: the value to set on a given parameter
46       
47        """
48        self._model.setParam(self.name, value)
49       
50    value = property(_getvalue, _setvalue)
51   
52    def _getrange(self):
53        """
54        Override _getrange of park parameter
55        return the range of parameter
56        """
57        #if not  self.name in self._model.getDispParamList():
58        lo, hi = self._model.details[self.name][1:3]
59        if lo is None: lo = -numpy.inf
60        if hi is None: hi = numpy.inf
61        #else:
62            #lo,hi = self._model.details[self.name][1:]
63            #if lo is None: lo = -numpy.inf
64            #if hi is None: hi = numpy.inf
65        if lo > hi:
66            raise ValueError,"wrong fit range for parameters"
67       
68        return lo, hi
69   
70    def get_name(self):
71        """
72        """
73        return self._getname()
74   
75    def _setrange(self, r):
76        """
77        override _setrange of park parameter
78       
79        :param r: the value of the range to set
80       
81        """
82        self._model.details[self.name][1:3] = r
83    range = property(_getrange, _setrange)
84   
85class Model(park.Model):
86    """
87    PARK wrapper for SANS models.
88    """
89    def __init__(self, sans_model, sans_data=None, **kw):
90        """
91        :param sans_model: the sans model to wrap using park interface
92       
93        """
94        park.Model.__init__(self, **kw)
95        self.model = sans_model
96        self.name = sans_model.name
97        self.data = sans_data
98        #list of parameters names
99        self.sansp = sans_model.getParamList()
100        #list of park parameter
101        self.parkp = [SansParameter(p, sans_model, sans_data) for p in self.sansp]
102        #list of parameterset
103        self.parameterset = park.ParameterSet(sans_model.name, pars=self.parkp)
104        self.pars = []
105 
106    def get_params(self, fitparams):
107        """
108        return a list of value of paramter to fit
109       
110        :param fitparams: list of paramaters name to fit
111       
112        """
113        list_params = []
114        self.pars = []
115        self.pars = fitparams
116        for item in fitparams:
117            for element in self.parkp:
118                if element.name == str(item):
119                    list_params.append(element.value)
120        return list_params
121   
122    def set_params(self, paramlist, params):
123        """
124        Set value for parameters to fit
125       
126        :param params: list of value for parameters to fit
127       
128        """
129        try:
130            for i in range(len(self.parkp)):
131                for j in range(len(paramlist)):
132                    if self.parkp[i].name == paramlist[j]:
133                        self.parkp[i].value = params[j]
134                        self.model.setParam(self.parkp[i].name, params[j])
135        except:
136            raise
137 
138    def eval(self, x):
139        """
140        override eval method of park model.
141       
142        :param x: the x value used to compute a function
143       
144        """
145        try:
146            return self.model.evalDistribution(x)
147        except:
148            raise
149       
150    def eval_derivs(self, x, pars=[]):
151        """
152        Evaluate the model and derivatives wrt pars at x.
153
154        pars is a list of the names of the parameters for which derivatives
155        are desired.
156
157        This method needs to be specialized in the model to evaluate the
158        model function.  Alternatively, the model can implement is own
159        version of residuals which calculates the residuals directly
160        instead of calling eval.
161        """
162        return []
163
164
165   
166class FitData1D(Data1D):
167    """
168    Wrapper class  for SANS data
169    FitData1D inherits from DataLoader.data_info.Data1D. Implements
170    a way to get residuals from data.
171    """
172    def __init__(self, x, y, dx=None, dy=None, smearer=None, data=None):
173        """
174        :param smearer: is an object of class QSmearer or SlitSmearer
175           that will smear the theory data (slit smearing or resolution
176           smearing) when set.
177       
178        The proper way to set the smearing object would be to
179        do the following: ::
180       
181            from DataLoader.qsmearing import smear_selection
182            smearer = smear_selection(some_data)
183            fitdata1d = FitData1D( x= [1,3,..,],
184                                    y= [3,4,..,8],
185                                    dx=None,
186                                    dy=[1,2...], smearer= smearer)
187       
188        :Note: that some_data _HAS_ to be of class DataLoader.data_info.Data1D
189            Setting it back to None will turn smearing off.
190           
191        """
192        Data1D.__init__(self, x=x, y=y, dx=dx, dy=dy)
193        self.sans_data = data
194        self.smearer = smearer
195        self._first_unsmeared_bin = None
196        self._last_unsmeared_bin = None
197        # Check error bar; if no error bar found, set it constant(=1)
198        # TODO: Should provide an option for users to set it like percent,
199        # constant, or dy data
200        if dy == None or dy == [] or dy.all() == 0:
201            self.dy = numpy.ones(len(y)) 
202        else:
203            self.dy = numpy.asarray(dy).copy()
204
205        ## Min Q-value
206        #Skip the Q=0 point, especially when y(q=0)=None at x[0].
207        if min (self.x) == 0.0 and self.x[0] == 0 and\
208                     not numpy.isfinite(self.y[0]):
209            self.qmin = min(self.x[self.x!=0])
210        else:                             
211            self.qmin = min(self.x)
212        ## Max Q-value
213        self.qmax = max(self.x)
214       
215        # Range used for input to smearing
216        self._qmin_unsmeared = self.qmin
217        self._qmax_unsmeared = self.qmax
218        # Identify the bin range for the unsmeared and smeared spaces
219        self.idx = (self.x >= self.qmin) & (self.x <= self.qmax)
220        self.idx_unsmeared = (self.x >= self._qmin_unsmeared) \
221                            & (self.x <= self._qmax_unsmeared)
222 
223    def set_fit_range(self, qmin=None, qmax=None):
224        """ to set the fit range"""
225        # Skip Q=0 point, (especially for y(q=0)=None at x[0]).
226        # ToDo: Find better way to do it.
227        if qmin == 0.0 and not numpy.isfinite(self.y[qmin]):
228            self.qmin = min(self.x[self.x != 0])
229        elif qmin != None:                       
230            self.qmin = qmin           
231        if qmax != None:
232            self.qmax = qmax
233        # Determine the range needed in unsmeared-Q to cover
234        # the smeared Q range
235        self._qmin_unsmeared = self.qmin
236        self._qmax_unsmeared = self.qmax   
237       
238        self._first_unsmeared_bin = 0
239        self._last_unsmeared_bin  = len(self.x) - 1
240       
241        if self.smearer != None:
242            self._first_unsmeared_bin, self._last_unsmeared_bin = \
243                    self.smearer.get_bin_range(self.qmin, self.qmax)
244            self._qmin_unsmeared = self.x[self._first_unsmeared_bin]
245            self._qmax_unsmeared = self.x[self._last_unsmeared_bin]
246           
247        # Identify the bin range for the unsmeared and smeared spaces
248        self.idx = (self.x >= self.qmin) & (self.x <= self.qmax)
249        ## zero error can not participate for fitting
250        self.idx = self.idx & (self.dy != 0) 
251        self.idx_unsmeared = (self.x >= self._qmin_unsmeared) \
252                            & (self.x <= self._qmax_unsmeared)
253 
254    def get_fit_range(self):
255        """
256        return the range of data.x to fit
257        """
258        return self.qmin, self.qmax
259       
260    def residuals(self, fn):
261        """
262        Compute residuals.
263       
264        If self.smearer has been set, use if to smear
265        the data before computing chi squared.
266       
267        :param fn: function that return model value
268       
269        :return: residuals
270       
271        """
272        # Compute theory data f(x)
273        fx = numpy.zeros(len(self.x))
274        fx[self.idx_unsmeared] = fn(self.x[self.idx_unsmeared])
275       
276        ## Smear theory data
277        if self.smearer is not None:
278            fx = self.smearer(fx, self._first_unsmeared_bin, 
279                              self._last_unsmeared_bin)
280        ## Sanity check
281        if numpy.size(self.dy) != numpy.size(fx):
282            msg = "FitData1D: invalid error array "
283            msg += "%d <> %d" % (numpy.shape(self.dy), numpy.size(fx))                                                     
284            raise RuntimeError, msg 
285        return (self.y[self.idx] - fx[self.idx]) / self.dy[self.idx]
286     
287    def residuals_deriv(self, model, pars=[]):
288        """
289        :return: residuals derivatives .
290       
291        :note: in this case just return empty array
292       
293        """
294        return []
295   
296class FitData2D(Data2D):
297    """ Wrapper class  for SANS data """
298    def __init__(self, sans_data2d, data=None, err_data=None):
299        Data2D.__init__(self, data=data, err_data=err_data)
300        """
301        Data can be initital with a data (sans plottable)
302        or with vectors.
303        """
304        self.res_err_image = []
305        self.index_model = []
306        self.qmin = None
307        self.qmax = None
308        self.smearer = None
309        self.radius = 0
310        self.res_err_data = []
311        self.sans_data = sans_data2d
312        self.set_data(sans_data2d)
313
314    def set_data(self, sans_data2d, qmin=None, qmax=None):
315        """
316        Determine the correct qx_data and qy_data within range to fit
317        """
318        self.data = sans_data2d.data
319        self.err_data = sans_data2d.err_data
320        self.qx_data = sans_data2d.qx_data
321        self.qy_data = sans_data2d.qy_data
322        self.mask = sans_data2d.mask
323
324        x_max = max(math.fabs(sans_data2d.xmin), math.fabs(sans_data2d.xmax))
325        y_max = max(math.fabs(sans_data2d.ymin), math.fabs(sans_data2d.ymax))
326       
327        ## fitting range
328        if qmin == None:
329            self.qmin = 1e-16
330        if qmax == None:
331            self.qmax = math.sqrt(x_max * x_max + y_max * y_max)
332        ## new error image for fitting purpose
333        if self.err_data == None or self.err_data == []:
334            self.res_err_data = numpy.ones(len(self.data))
335        else:
336            self.res_err_data = copy.deepcopy(self.err_data)
337        #self.res_err_data[self.res_err_data==0]=1
338       
339        self.radius = numpy.sqrt(self.qx_data**2 + self.qy_data**2)
340       
341        # Note: mask = True: for MASK while mask = False for NOT to mask
342        self.index_model = ((self.qmin <= self.radius)&\
343                            (self.radius <= self.qmax))
344        self.index_model = (self.index_model) & (self.mask)
345        self.index_model = (self.index_model) & (numpy.isfinite(self.data))
346       
347    def set_smearer(self, smearer): 
348        """
349        Set smearer
350        """
351        if smearer == None:
352            return
353        self.smearer = smearer
354        self.smearer.set_index(self.index_model)
355        self.smearer.get_data()
356
357    def set_fit_range(self, qmin=None, qmax=None):
358        """ to set the fit range"""
359        if qmin == 0.0:
360            self.qmin = 1e-16
361        elif qmin != None:                       
362            self.qmin = qmin           
363        if qmax != None:
364            self.qmax = qmax       
365        self.radius = numpy.sqrt(self.qx_data**2 + self.qy_data**2)
366        self.index_model = ((self.qmin <= self.radius)&\
367                            (self.radius <= self.qmax))
368        self.index_model = (self.index_model) &(self.mask)
369        self.index_model = (self.index_model) & (numpy.isfinite(self.data))
370        self.index_model = (self.index_model) & (self.res_err_data != 0)
371       
372    def get_fit_range(self):
373        """
374        return the range of data.x to fit
375        """
376        return self.qmin, self.qmax
377     
378    def residuals(self, fn): 
379        """
380        return the residuals
381        """ 
382        if self.smearer != None:
383            fn.set_index(self.index_model)
384            # Get necessary data from self.data and set the data for smearing
385            fn.get_data()
386
387            gn = fn.get_value() 
388        else:
389            gn = fn([self.qx_data[self.index_model],
390                     self.qy_data[self.index_model]])
391        # use only the data point within ROI range
392        res = (self.data[self.index_model] - gn)/\
393                    self.res_err_data[self.index_model]
394        return res
395       
396    def residuals_deriv(self, model, pars=[]):
397        """
398        :return: residuals derivatives .
399       
400        :note: in this case just return empty array
401       
402        """
403        return []
404   
405class FitAbort(Exception):
406    """
407    Exception raise to stop the fit
408    """
409    #pass
410    #print"Creating fit abort Exception"
411
412
413class SansAssembly:
414    """
415    Sans Assembly class a class wrapper to be call in optimizer.leastsq method
416    """
417    def __init__(self, paramlist, model=None , data=None, fitresult=None,
418                 handler=None, curr_thread=None):
419        """
420        :param Model: the model wrapper fro sans -model
421        :param Data: the data wrapper for sans data
422       
423        """
424        self.model = model
425        self.data  = data
426        self.paramlist = paramlist
427        self.curr_thread = curr_thread
428        self.handler = handler
429        self.fitresult = fitresult
430        self.res = []
431        self.true_res = []
432        self.func_name = "Functor"
433       
434    #def chisq(self, params):
435    def chisq(self):
436        """
437        Calculates chi^2
438       
439        :param params: list of parameter values
440       
441        :return: chi^2
442       
443        """
444        sum = 0
445        for item in self.true_res:
446            sum += item * item
447        if len(self.true_res) == 0:
448            return None
449        return sum / len(self.true_res)
450   
451    def __call__(self, params):
452        """
453        Compute residuals
454       
455        :param params: value of parameters to fit
456       
457        """ 
458        #import thread
459        self.model.set_params(self.paramlist, params)
460        self.true_res = self.data.residuals(self.model.eval)
461        # check parameters range
462        if self.check_param_range():
463            # if the param value is outside of the bound
464            # just silent return res = inf
465            return self.res
466        self.res = self.true_res       
467        if self.fitresult is not None and  self.handler is not None:
468            self.fitresult.set_model(model=self.model)
469            #fitness = self.chisq(params=params)
470            fitness = self.chisq()
471            self.fitresult.pvec = params
472            self.fitresult.set_fitness(fitness=fitness)
473            self.handler.set_result(result=self.fitresult)
474            self.handler.update_fit()
475
476            if self.curr_thread != None :
477                try:
478                    self.curr_thread.isquit()
479                except:
480                    msg = "Fitting: Terminated...       Note: Forcing to stop " 
481                    msg += "fitting may cause a 'Functor error message' "
482                    msg += "being recorded in the log file....."
483                    self.handler.error(msg)
484                    raise
485                    #return
486         
487        return self.res
488   
489    def check_param_range(self):
490        """
491        Check the lower and upper bound of the parameter value
492        and set res to the inf if the value is outside of the
493        range
494        :limitation: the initial values must be within range.
495        """
496
497        #time.sleep(0.01)
498        is_outofbound = False
499        # loop through the fit parameters
500        for p in self.model.parameterset:
501            param_name = p.get_name()
502            if param_name in self.paramlist:
503               
504                # if the range was defined, check the range
505                if numpy.isfinite(p.range[0]):
506                    if p.value == 0:
507                        # This value works on Scipy
508                        # Do not change numbers below
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[0] - value * _SMALLVALUE
514                    if p.value < val: 
515                        self.res *= 1e+6
516                       
517                        is_outofbound = True
518                        break
519                if numpy.isfinite(p.range[1]):
520                    # This value works on Scipy
521                    # Do not change numbers below
522                    if p.value == 0:
523                        value = _SMALLVALUE
524                    else:
525                        value = p.value
526                    # For leastsq, it needs a bit step back from the boundary
527                    val = p.range[1] + value * _SMALLVALUE
528                    if p.value > val:
529                        self.res *= 1e+6
530                        is_outofbound = True
531                        break
532
533        return is_outofbound
534   
535   
536class FitEngine:
537    def __init__(self):
538        """
539        Base class for scipy and park fit engine
540        """
541        #List of parameter names to fit
542        self.param_list = []
543        #Dictionnary of fitArrange element (fit problems)
544        self.fit_arrange_dict = {}
545 
546    def set_model(self, model,  id,  pars=[], constraints=[], data=None):
547        """
548        set a model on a given  in the fit engine.
549       
550        :param model: sans.models type
551        :param : is the key of the fitArrange dictionary where model is
552                saved as a value
553        :param pars: the list of parameters to fit
554        :param constraints: list of
555            tuple (name of parameter, value of parameters)
556            the value of parameter must be a string to constraint 2 different
557            parameters.
558            Example: 
559            we want to fit 2 model M1 and M2 both have parameters A and B.
560            constraints can be:
561             constraints = [(M1.A, M2.B+2), (M1.B= M2.A *5),...,]
562           
563             
564        :note: pars must contains only name of existing model's parameters
565       
566        """
567        if model == None:
568            raise ValueError, "AbstractFitEngine: Need to set model to fit"
569       
570        new_model = model
571        if not issubclass(model.__class__, Model):
572            new_model = Model(model, data)
573       
574        if len(constraints) > 0:
575            for constraint in constraints:
576                name, value = constraint
577                try:
578                    new_model.parameterset[str(name)].set(str(value))
579                except:
580                    msg = "Fit Engine: Error occurs when setting the constraint"
581                    msg += " %s for parameter %s " % (value, name)
582                    raise ValueError, msg
583               
584        if len(pars) > 0:
585            temp = []
586            for item in pars:
587                if item in new_model.model.getParamList():
588                    temp.append(item)
589                    self.param_list.append(item)
590                else:
591                   
592                    msg = "wrong parameter %s used" % str(item)
593                    msg += "to set model %s. Choose" % str(new_model.model.name)
594                    msg += "parameter name within %s" % \
595                                str(new_model.model.getParamList())
596                    raise ValueError, msg
597             
598            #A fitArrange is already created but contains data_list only at id
599            if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
600                self.fit_arrange_dict[id].set_model(new_model)
601                self.fit_arrange_dict[id].pars = pars
602            else:
603            #no fitArrange object has been create with this id
604                fitproblem = FitArrange()
605                fitproblem.set_model(new_model)
606                fitproblem.pars = pars
607                self.fit_arrange_dict[id] = fitproblem
608               
609        else:
610            raise ValueError, "park_integration:missing parameters"
611   
612    def set_data(self, data, id, smearer=None, qmin=None, qmax=None):
613        """
614        Receives plottable, creates a list of data to fit,set data
615        in a FitArrange object and adds that object in a dictionary
616        with key id.
617       
618        :param data: data added
619        :param id: unique key corresponding to a fitArrange object with data
620       
621        """
622        if data.__class__.__name__ == 'Data2D':
623            fitdata = FitData2D(sans_data2d=data, data=data.data,
624                                 err_data=data.err_data)
625        else:
626            fitdata = FitData1D(x=data.x, y=data.y ,
627                                 dx=data.dx, dy=data.dy, smearer=smearer)
628        fitdata.sans_data = data
629       
630        fitdata.set_fit_range(qmin=qmin, qmax=qmax)
631        #A fitArrange is already created but contains model only at id
632        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
633            self.fit_arrange_dict[id].add_data(fitdata)
634        else:
635        #no fitArrange object has been create with this id
636            fitproblem = FitArrange()
637            fitproblem.add_data(fitdata)
638            self.fit_arrange_dict[id] = fitproblem   
639   
640    def get_model(self, id):
641        """
642       
643        :param id: id is key in the dictionary containing the model to return
644       
645        :return:  a model at this id or None if no FitArrange element was
646            created with this id
647           
648        """
649        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
650            return self.fit_arrange_dict[id].get_model()
651        else:
652            return None
653   
654    def remove_fit_problem(self, id):
655        """remove   fitarrange in id"""
656        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
657            del self.fit_arrange_dict[id]
658           
659    def select_problem_for_fit(self, id, value):
660        """
661        select a couple of model and data at the id position in dictionary
662        and set in self.selected value to value
663       
664        :param value: the value to allow fitting.
665                can only have the value one or zero
666               
667        """
668        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
669            self.fit_arrange_dict[id].set_to_fit(value)
670             
671    def get_problem_to_fit(self, id):
672        """
673        return the self.selected value of the fit problem of id
674       
675        :param id: the id of the problem
676       
677        """
678        if self.fit_arrange_dict.has_key(id):
679            self.fit_arrange_dict[id].get_to_fit()
680   
681class FitArrange:
682    def __init__(self):
683        """
684        Class FitArrange contains a set of data for a given model
685        to perform the Fit.FitArrange must contain exactly one model
686        and at least one data for the fit to be performed.
687       
688        model: the model selected by the user
689        Ldata: a list of data what the user wants to fit
690           
691        """
692        self.model = None
693        self.data_list = []
694        self.pars = []
695        #self.selected  is zero when this fit problem is not schedule to fit
696        #self.selected is 1 when schedule to fit
697        self.selected = 0
698       
699    def set_model(self, model):
700        """
701        set_model save a copy of the model
702       
703        :param model: the model being set
704       
705        """
706        self.model = model
707       
708    def add_data(self, data):
709        """
710        add_data fill a self.data_list with data to fit
711       
712        :param data: Data to add in the list 
713       
714        """
715        if not data in self.data_list:
716            self.data_list.append(data)
717           
718    def get_model(self):
719        """
720       
721        :return: saved model
722       
723        """
724        return self.model   
725     
726    def get_data(self):
727        """
728       
729        :return: list of data data_list
730       
731        """
732        #return self.data_list
733        return self.data_list[0] 
734     
735    def remove_data(self, data):
736        """
737        Remove one element from the list
738       
739        :param data: Data to remove from data_list
740       
741        """
742        if data in self.data_list:
743            self.data_list.remove(data)
744           
745    def set_to_fit (self, value=0):
746        """
747        set self.selected to 0 or 1  for other values raise an exception
748       
749        :param value: integer between 0 or 1
750       
751        """
752        self.selected = value
753       
754    def get_to_fit(self):
755        """
756        return self.selected value
757        """
758        return self.selected
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.