source: sasview/src/sans/fit/AbstractFitEngine.py @ 233c121

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 233c121 was 8d074d9, checked in by pkienzle, 10 years ago

refactor fit internals, enabling disperser parameters

  • Property mode set to 100644
File size: 20.3 KB
Line 
1
2import  copy
3#import logging
4import sys
5import math
6import numpy
7
8from sans.dataloader.data_info import Data1D
9from sans.dataloader.data_info import Data2D
10_SMALLVALUE = 1.0e-10
11
12# Note: duplicated from park
13class FitHandler(object):
14    """
15    Abstract interface for fit thread handler.
16
17    The methods in this class are called by the optimizer as the fit
18    progresses.
19
20    Note that it is up to the optimizer to call the fit handler correctly,
21    reporting all status changes and maintaining the 'done' flag.
22    """
23    done = False
24    """True when the fit job is complete"""
25    result = None
26    """The current best result of the fit"""
27
28    def improvement(self):
29        """
30        Called when a result is observed which is better than previous
31        results from the fit.
32
33        result is a FitResult object, with parameters, #calls and fitness.
34        """
35    def error(self, msg):
36        """
37        Model had an error; print traceback
38        """
39    def progress(self, current, expected):
40        """
41        Called each cycle of the fit, reporting the current and the
42        expected amount of work.   The meaning of these values is
43        optimizer dependent, but they can be converted into a percent
44        complete using (100*current)//expected.
45
46        Progress is updated each iteration of the fit, whatever that
47        means for the particular optimization algorithm.  It is called
48        after any calls to improvement for the iteration so that the
49        update handler can control I/O bandwidth by suppressing
50        intermediate improvements until the fit is complete.
51        """
52    def finalize(self):
53        """
54        Fit is complete; best results are reported
55        """
56    def abort(self):
57        """
58        Fit was aborted.
59        """
60
61    # TODO: not sure how these are used, but they are needed for running the fit
62    def update_fit(self, last=False): pass
63    def set_result(self, result=None): self.result = result
64
65class Model:
66    """
67    Fit wrapper for SANS models.
68    """
69    def __init__(self, sans_model, sans_data=None, **kw):
70        """
71        :param sans_model: the sans model to wrap using park interface
72
73        """
74        self.model = sans_model
75        self.name = sans_model.name
76        self.data = sans_data
77
78    def get_params(self, fitparams):
79        """
80        return a list of value of paramter to fit
81
82        :param fitparams: list of paramaters name to fit
83
84        """
85        return [self.model.getParam(k) for k in fitparams]
86
87    def set_params(self, paramlist, params):
88        """
89        Set value for parameters to fit
90
91        :param params: list of value for parameters to fit
92
93        """
94        for k,v in zip(paramlist, params):
95            self.model.setParam(k,v)
96
97    def set(self, **kw):
98        self.set_params(*zip(*kw.items()))
99
100    def eval(self, x):
101        """
102            Override eval method of park model.
103
104            :param x: the x value used to compute a function
105        """
106        try:
107            return self.model.evalDistribution(x)
108        except:
109            raise
110
111    def eval_derivs(self, x, pars=[]):
112        """
113        Evaluate the model and derivatives wrt pars at x.
114
115        pars is a list of the names of the parameters for which derivatives
116        are desired.
117
118        This method needs to be specialized in the model to evaluate the
119        model function.  Alternatively, the model can implement is own
120        version of residuals which calculates the residuals directly
121        instead of calling eval.
122        """
123        raise NotImplementedError('no derivatives available')
124
125    def __call__(self, x):
126        return self.eval(x)
127
128class FitData1D(Data1D):
129    """
130        Wrapper class  for SANS data
131        FitData1D inherits from DataLoader.data_info.Data1D. Implements
132        a way to get residuals from data.
133    """
134    def __init__(self, x, y, dx=None, dy=None, smearer=None, data=None):
135        """
136            :param smearer: is an object of class QSmearer or SlitSmearer
137               that will smear the theory data (slit smearing or resolution
138               smearing) when set.
139           
140            The proper way to set the smearing object would be to
141            do the following: ::
142           
143                from sans.models.qsmearing import smear_selection
144                smearer = smear_selection(some_data)
145                fitdata1d = FitData1D( x= [1,3,..,],
146                                        y= [3,4,..,8],
147                                        dx=None,
148                                        dy=[1,2...], smearer= smearer)
149           
150            :Note: that some_data _HAS_ to be of
151                class DataLoader.data_info.Data1D
152                Setting it back to None will turn smearing off.
153               
154        """
155        Data1D.__init__(self, x=x, y=y, dx=dx, dy=dy)
156        self.num_points = len(x)
157        self.sans_data = data
158        self.smearer = smearer
159        self._first_unsmeared_bin = None
160        self._last_unsmeared_bin = None
161        # Check error bar; if no error bar found, set it constant(=1)
162        # TODO: Should provide an option for users to set it like percent,
163        # constant, or dy data
164        if dy == None or dy == [] or dy.all() == 0:
165            self.dy = numpy.ones(len(y))
166        else:
167            self.dy = numpy.asarray(dy).copy()
168
169        ## Min Q-value
170        #Skip the Q=0 point, especially when y(q=0)=None at x[0].
171        if min(self.x) == 0.0 and self.x[0] == 0 and\
172                     not numpy.isfinite(self.y[0]):
173            self.qmin = min(self.x[self.x != 0])
174        else:
175            self.qmin = min(self.x)
176        ## Max Q-value
177        self.qmax = max(self.x)
178       
179        # Range used for input to smearing
180        self._qmin_unsmeared = self.qmin
181        self._qmax_unsmeared = self.qmax
182        # Identify the bin range for the unsmeared and smeared spaces
183        self.idx = (self.x >= self.qmin) & (self.x <= self.qmax)
184        self.idx_unsmeared = (self.x >= self._qmin_unsmeared) \
185                            & (self.x <= self._qmax_unsmeared)
186 
187    def set_fit_range(self, qmin=None, qmax=None):
188        """ to set the fit range"""
189        # Skip Q=0 point, (especially for y(q=0)=None at x[0]).
190        # ToDo: Find better way to do it.
191        if qmin == 0.0 and not numpy.isfinite(self.y[qmin]):
192            self.qmin = min(self.x[self.x != 0])
193        elif qmin != None:
194            self.qmin = qmin
195        if qmax != None:
196            self.qmax = qmax
197        # Determine the range needed in unsmeared-Q to cover
198        # the smeared Q range
199        self._qmin_unsmeared = self.qmin
200        self._qmax_unsmeared = self.qmax
201       
202        self._first_unsmeared_bin = 0
203        self._last_unsmeared_bin = len(self.x) - 1
204       
205        if self.smearer != None:
206            self._first_unsmeared_bin, self._last_unsmeared_bin = \
207                    self.smearer.get_bin_range(self.qmin, self.qmax)
208            self._qmin_unsmeared = self.x[self._first_unsmeared_bin]
209            self._qmax_unsmeared = self.x[self._last_unsmeared_bin]
210           
211        # Identify the bin range for the unsmeared and smeared spaces
212        self.idx = (self.x >= self.qmin) & (self.x <= self.qmax)
213        ## zero error can not participate for fitting
214        self.idx = self.idx & (self.dy != 0)
215        self.idx_unsmeared = (self.x >= self._qmin_unsmeared) \
216                            & (self.x <= self._qmax_unsmeared)
217
218    def get_fit_range(self):
219        """
220            Return the range of data.x to fit
221        """
222        return self.qmin, self.qmax
223
224    def size(self):
225        """
226        Number of measurement points in data set after masking, etc.
227        """
228        return len(self.x)
229
230    def residuals(self, fn):
231        """
232            Compute residuals.
233           
234            If self.smearer has been set, use if to smear
235            the data before computing chi squared.
236           
237            :param fn: function that return model value
238           
239            :return: residuals
240        """
241        # Compute theory data f(x)
242        fx = numpy.zeros(len(self.x))
243        fx[self.idx_unsmeared] = fn(self.x[self.idx_unsmeared])
244       
245        ## Smear theory data
246        if self.smearer is not None:
247            fx = self.smearer(fx, self._first_unsmeared_bin,
248                              self._last_unsmeared_bin)
249        ## Sanity check
250        if numpy.size(self.dy) != numpy.size(fx):
251            msg = "FitData1D: invalid error array "
252            msg += "%d <> %d" % (numpy.shape(self.dy), numpy.size(fx))
253            raise RuntimeError, msg
254        return (self.y[self.idx] - fx[self.idx]) / self.dy[self.idx], fx[self.idx]
255           
256    def residuals_deriv(self, model, pars=[]):
257        """
258            :return: residuals derivatives .
259           
260            :note: in this case just return empty array
261        """
262        return []
263   
264   
265class FitData2D(Data2D):
266    """
267        Wrapper class  for SANS data
268    """
269    def __init__(self, sans_data2d, data=None, err_data=None):
270        Data2D.__init__(self, data=data, err_data=err_data)
271        # Data can be initialized with a sans plottable or with vectors.
272        self.res_err_image = []
273        self.num_points = 0 # will be set by set_data
274        self.idx = []
275        self.qmin = None
276        self.qmax = None
277        self.smearer = None
278        self.radius = 0
279        self.res_err_data = []
280        self.sans_data = sans_data2d
281        self.set_data(sans_data2d)
282
283    def set_data(self, sans_data2d, qmin=None, qmax=None):
284        """
285            Determine the correct qx_data and qy_data within range to fit
286        """
287        self.data = sans_data2d.data
288        self.err_data = sans_data2d.err_data
289        self.qx_data = sans_data2d.qx_data
290        self.qy_data = sans_data2d.qy_data
291        self.mask = sans_data2d.mask
292
293        x_max = max(math.fabs(sans_data2d.xmin), math.fabs(sans_data2d.xmax))
294        y_max = max(math.fabs(sans_data2d.ymin), math.fabs(sans_data2d.ymax))
295       
296        ## fitting range
297        if qmin == None:
298            self.qmin = 1e-16
299        if qmax == None:
300            self.qmax = math.sqrt(x_max * x_max + y_max * y_max)
301        ## new error image for fitting purpose
302        if self.err_data == None or self.err_data == []:
303            self.res_err_data = numpy.ones(len(self.data))
304        else:
305            self.res_err_data = copy.deepcopy(self.err_data)
306        #self.res_err_data[self.res_err_data==0]=1
307       
308        self.radius = numpy.sqrt(self.qx_data**2 + self.qy_data**2)
309       
310        # Note: mask = True: for MASK while mask = False for NOT to mask
311        self.idx = ((self.qmin <= self.radius) &\
312                            (self.radius <= self.qmax))
313        self.idx = (self.idx) & (self.mask)
314        self.idx = (self.idx) & (numpy.isfinite(self.data))
315        self.num_points = numpy.sum(self.idx)
316
317    def set_smearer(self, smearer):
318        """
319            Set smearer
320        """
321        if smearer == None:
322            return
323        self.smearer = smearer
324        self.smearer.set_index(self.idx)
325        self.smearer.get_data()
326
327    def set_fit_range(self, qmin=None, qmax=None):
328        """
329            To set the fit range
330        """
331        if qmin == 0.0:
332            self.qmin = 1e-16
333        elif qmin != None:
334            self.qmin = qmin
335        if qmax != None:
336            self.qmax = qmax
337        self.radius = numpy.sqrt(self.qx_data**2 + self.qy_data**2)
338        self.idx = ((self.qmin <= self.radius) &\
339                            (self.radius <= self.qmax))
340        self.idx = (self.idx) & (self.mask)
341        self.idx = (self.idx) & (numpy.isfinite(self.data))
342        self.idx = (self.idx) & (self.res_err_data != 0)
343
344    def get_fit_range(self):
345        """
346        return the range of data.x to fit
347        """
348        return self.qmin, self.qmax
349
350    def size(self):
351        """
352        Number of measurement points in data set after masking, etc.
353        """
354        return numpy.sum(self.idx)
355
356    def residuals(self, fn):
357        """
358        return the residuals
359        """
360        if self.smearer != None:
361            fn.set_index(self.idx)
362            # Get necessary data from self.data and set the data for smearing
363            fn.get_data()
364
365            gn = fn.get_value()
366        else:
367            gn = fn([self.qx_data[self.idx],
368                     self.qy_data[self.idx]])
369        # use only the data point within ROI range
370        res = (self.data[self.idx] - gn) / self.res_err_data[self.idx]
371
372        return res, gn
373       
374    def residuals_deriv(self, model, pars=[]):
375        """
376        :return: residuals derivatives .
377       
378        :note: in this case just return empty array
379       
380        """
381        return []
382   
383   
384class FitAbort(Exception):
385    """
386    Exception raise to stop the fit
387    """
388    #pass
389    #print"Creating fit abort Exception"
390
391
392
393class FitEngine:
394    def __init__(self):
395        """
396        Base class for scipy and park fit engine
397        """
398        #List of parameter names to fit
399        self.param_list = []
400        #Dictionnary of fitArrange element (fit problems)
401        self.fit_arrange_dict = {}
402        self.fitter_id = None
403       
404    def set_model(self, model, id, pars=[], constraints=[], data=None):
405        """
406        set a model on a given  in the fit engine.
407       
408        :param model: sans.models type
409        :param id: is the key of the fitArrange dictionary where model is saved as a value
410        :param pars: the list of parameters to fit
411        :param constraints: list of
412            tuple (name of parameter, value of parameters)
413            the value of parameter must be a string to constraint 2 different
414            parameters.
415            Example: 
416            we want to fit 2 model M1 and M2 both have parameters A and B.
417            constraints can be ``constraints = [(M1.A, M2.B+2), (M1.B= M2.A *5),...,]``
418           
419             
420        :note: pars must contains only name of existing model's parameters
421       
422        """
423        if not pars:
424            raise ValueError("no fitting parameters")
425
426        if model is None:
427            raise ValueError("no model to fit")
428
429        if not issubclass(model.__class__, Model):
430            model = Model(model, data)
431
432        sasmodel = model.model
433        available_parameters = sasmodel.getParamList()
434        for p in pars:
435            if p not in available_parameters:
436                raise ValueError("parameter %s not available in model %s; use one of [%s] instead"
437                                 %(p, sasmodel.name, ", ".join(available_parameters)))
438
439        if id not in self.fit_arrange_dict:
440            self.fit_arrange_dict[id] = FitArrange()
441
442        self.fit_arrange_dict[id].set_model(model)
443        self.fit_arrange_dict[id].pars = pars
444        self.fit_arrange_dict[id].vals = [sasmodel.getParam(name) for name in pars]
445        self.fit_arrange_dict[id].constraints = constraints
446
447        self.param_list.extend(pars)
448
449    def set_data(self, data, id, smearer=None, qmin=None, qmax=None):
450        """
451        Receives plottable, creates a list of data to fit,set data
452        in a FitArrange object and adds that object in a dictionary
453        with key id.
454       
455        :param data: data added
456        :param id: unique key corresponding to a fitArrange object with data
457        """
458        if data.__class__.__name__ == 'Data2D':
459            fitdata = FitData2D(sans_data2d=data, data=data.data,
460                                 err_data=data.err_data)
461        else:
462            fitdata = FitData1D(x=data.x, y=data.y,
463                                 dx=data.dx, dy=data.dy, smearer=smearer)
464        fitdata.sans_data = data
465       
466        fitdata.set_fit_range(qmin=qmin, qmax=qmax)
467        #A fitArrange is already created but contains model only at id
468        if id in self.fit_arrange_dict:
469            self.fit_arrange_dict[id].add_data(fitdata)
470        else:
471        #no fitArrange object has been create with this id
472            fitproblem = FitArrange()
473            fitproblem.add_data(fitdata)
474            self.fit_arrange_dict[id] = fitproblem
475   
476    def get_model(self, id):
477        """
478        :param id: id is key in the dictionary containing the model to return
479       
480        :return:  a model at this id or None if no FitArrange element was
481            created with this id
482        """
483        if id in self.fit_arrange_dict:
484            return self.fit_arrange_dict[id].get_model()
485        else:
486            return None
487   
488    def remove_fit_problem(self, id):
489        """remove   fitarrange in id"""
490        if id in self.fit_arrange_dict:
491            del self.fit_arrange_dict[id]
492           
493    def select_problem_for_fit(self, id, value):
494        """
495        select a couple of model and data at the id position in dictionary
496        and set in self.selected value to value
497       
498        :param value: the value to allow fitting.
499                can only have the value one or zero
500        """
501        if id in self.fit_arrange_dict:
502            self.fit_arrange_dict[id].set_to_fit(value)
503             
504    def get_problem_to_fit(self, id):
505        """
506        return the self.selected value of the fit problem of id
507       
508        :param id: the id of the problem
509        """
510        if id in self.fit_arrange_dict:
511            self.fit_arrange_dict[id].get_to_fit()
512   
513   
514class FitArrange:
515    def __init__(self):
516        """
517        Class FitArrange contains a set of data for a given model
518        to perform the Fit.FitArrange must contain exactly one model
519        and at least one data for the fit to be performed.
520       
521        model: the model selected by the user
522        Ldata: a list of data what the user wants to fit
523           
524        """
525        self.model = None
526        self.data_list = []
527        self.pars = []
528        self.vals = []
529        self.selected = 0
530
531    def set_model(self, model):
532        """
533        set_model save a copy of the model
534       
535        :param model: the model being set
536        """
537        self.model = model
538       
539    def add_data(self, data):
540        """
541        add_data fill a self.data_list with data to fit
542       
543        :param data: Data to add in the list
544        """
545        if not data in self.data_list:
546            self.data_list.append(data)
547           
548    def get_model(self):
549        """
550        :return: saved model
551        """
552        return self.model
553     
554    def get_data(self):
555        """
556        :return: list of data data_list
557        """
558        return self.data_list[0]
559     
560    def remove_data(self, data):
561        """
562        Remove one element from the list
563       
564        :param data: Data to remove from data_list
565        """
566        if data in self.data_list:
567            self.data_list.remove(data)
568           
569    def set_to_fit(self, value=0):
570        """
571        set self.selected to 0 or 1  for other values raise an exception
572       
573        :param value: integer between 0 or 1
574        """
575        self.selected = value
576       
577    def get_to_fit(self):
578        """
579        return self.selected value
580        """
581        return self.selected
582
583class FResult(object):
584    """
585    Storing fit result
586    """
587    def __init__(self, model=None, param_list=None, data=None):
588        self.calls = None
589        self.fitness = None
590        self.chisqr = None
591        self.pvec = []
592        self.cov = []
593        self.info = None
594        self.mesg = None
595        self.success = None
596        self.stderr = None
597        self.residuals = []
598        self.index = []
599        self.model = model
600        self.data = data
601        self.theory = []
602        self.param_list = param_list
603        self.iterations = 0
604        self.inputs = []
605        self.fitter_id = None
606        if self.model is not None and self.data is not None:
607            self.inputs = [(self.model, self.data)]
608     
609    def set_model(self, model):
610        """
611        """
612        self.model = model
613       
614    def set_fitness(self, fitness):
615        """
616        """
617        self.fitness = fitness
618       
619    def __str__(self):
620        """
621        """
622        if self.pvec == None and self.model is None and self.param_list is None:
623            return "No results"
624
625        sasmodel = self.model.model
626        pars = enumerate(sasmodel.getParamList())
627        msg1 = "[Iteration #: %s ]" % self.iterations
628        msg3 = "=== goodness of fit: %s ===" % (str(self.fitness))
629        msg2 = ["P%-3d  %s......|.....%s" % (i, v, sasmodel.getParam(v))
630                for i,v in pars if v in self.param_list]
631        msg = [msg1, msg3] + msg2
632        return "\n".join(msg)
633   
634    def print_summary(self):
635        """
636        """
637        print str(self)
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.