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Source Listing:


Viewing: LUDecomposition.php
<?php
/**
 *    @package JAMA
 *
 *    For an m-by-n matrix A with m >= n, the LU decomposition is an m-by-n
 *    unit lower triangular matrix L, an n-by-n upper triangular matrix U,
 *    and a permutation vector piv of length m so that A(piv,:) = L*U.
 *    If m < n, then L is m-by-m and U is m-by-n.
 *
 *    The LU decompostion with pivoting always exists, even if the matrix is
 *    singular, so the constructor will never fail. The primary use of the
 *    LU decomposition is in the solution of square systems of simultaneous
 *    linear equations. This will fail if isNonsingular() returns false.
 *
 *    @author Paul Meagher
 *    @author Bartosz Matosiuk
 *    @author Michael Bommarito
 *    @version 1.1
 *    @license PHP v3.0
 */
class PHPExcel_Shared_JAMA_LUDecomposition {

    const 
MatrixSingularException    "Can only perform operation on singular matrix.";
    const 
MatrixSquareException        "Mismatched Row dimension";

    
/**
     *    Decomposition storage
     *    @var array
     */
    
private $LU = array();

    
/**
     *    Row dimension.
     *    @var int
     */
    
private $m;

    
/**
     *    Column dimension.
     *    @var int
     */
    
private $n;

    
/**
     *    Pivot sign.
     *    @var int
     */
    
private $pivsign;

    
/**
     *    Internal storage of pivot vector.
     *    @var array
     */
    
private $piv = array();


    
/**
     *    LU Decomposition constructor.
     *
     *    @param $A Rectangular matrix
     *    @return Structure to access L, U and piv.
     */
    
public function __construct($A) {
        if (
$A instanceof PHPExcel_Shared_JAMA_Matrix) {
            
// Use a "left-looking", dot-product, Crout/Doolittle algorithm.
            
$this->LU $A->getArray();
            
$this->m  $A->getRowDimension();
            
$this->n  $A->getColumnDimension();
            for (
$i 0$i $this->m; ++$i) {
                
$this->piv[$i] = $i;
            }
            
$this->pivsign 1;
            
$LUrowi $LUcolj = array();

            
// Outer loop.
            
for ($j 0$j $this->n; ++$j) {
                
// Make a copy of the j-th column to localize references.
                
for ($i 0$i $this->m; ++$i) {
                    
$LUcolj[$i] = &$this->LU[$i][$j];
                }
                
// Apply previous transformations.
                
for ($i 0$i $this->m; ++$i) {
                    
$LUrowi $this->LU[$i];
                    
// Most of the time is spent in the following dot product.
                    
$kmax min($i,$j);
                    
$s 0.0;
                    for (
$k 0$k $kmax; ++$k) {
                        
$s += $LUrowi[$k] * $LUcolj[$k];
                    }
                    
$LUrowi[$j] = $LUcolj[$i] -= $s;
                }
                
// Find pivot and exchange if necessary.
                
$p $j;
                for (
$i $j+1$i $this->m; ++$i) {
                    if (
abs($LUcolj[$i]) > abs($LUcolj[$p])) {
                        
$p $i;
                    }
                }
                if (
$p != $j) {
                    for (
$k 0$k $this->n; ++$k) {
                        
$t $this->LU[$p][$k];
                        
$this->LU[$p][$k] = $this->LU[$j][$k];
                        
$this->LU[$j][$k] = $t;
                    }
                    
$k $this->piv[$p];
                    
$this->piv[$p] = $this->piv[$j];
                    
$this->piv[$j] = $k;
                    
$this->pivsign $this->pivsign * -1;
                }
                
// Compute multipliers.
                
if (($j $this->m) && ($this->LU[$j][$j] != 0.0)) {
                    for (
$i $j+1$i $this->m; ++$i) {
                        
$this->LU[$i][$j] /= $this->LU[$j][$j];
                    }
                }
            }
        } else {
            throw new 
Exception(PHPExcel_Shared_JAMA_Matrix::ArgumentTypeException);
        }
    }    
//    function __construct()


    /**
     *    Get lower triangular factor.
     *
     *    @return array Lower triangular factor
     */
    
public function getL() {
        for (
$i 0$i $this->m; ++$i) {
            for (
$j 0$j $this->n; ++$j) {
                if (
$i $j) {
                    
$L[$i][$j] = $this->LU[$i][$j];
                } elseif (
$i == $j) {
                    
$L[$i][$j] = 1.0;
                } else {
                    
$L[$i][$j] = 0.0;
                }
            }
        }
        return new 
PHPExcel_Shared_JAMA_Matrix($L);
    }    
//    function getL()


    /**
     *    Get upper triangular factor.
     *
     *    @return array Upper triangular factor
     */
    
public function getU() {
        for (
$i 0$i $this->n; ++$i) {
            for (
$j 0$j $this->n; ++$j) {
                if (
$i <= $j) {
                    
$U[$i][$j] = $this->LU[$i][$j];
                } else {
                    
$U[$i][$j] = 0.0;
                }
            }
        }
        return new 
PHPExcel_Shared_JAMA_Matrix($U);
    }    
//    function getU()


    /**
     *    Return pivot permutation vector.
     *
     *    @return array Pivot vector
     */
    
public function getPivot() {
        return 
$this->piv;
    }    
//    function getPivot()


    /**
     *    Alias for getPivot
     *
     *    @see getPivot
     */
    
public function getDoublePivot() {
        return 
$this->getPivot();
    }    
//    function getDoublePivot()


    /**
     *    Is the matrix nonsingular?
     *
     *    @return true if U, and hence A, is nonsingular.
     */
    
public function isNonsingular() {
        for (
$j 0$j $this->n; ++$j) {
            if (
$this->LU[$j][$j] == 0) {
                return 
false;
            }
        }
        return 
true;
    }    
//    function isNonsingular()


    /**
     *    Count determinants
     *
     *    @return array d matrix deterninat
     */
    
public function det() {
        if (
$this->== $this->n) {
            
$d $this->pivsign;
            for (
$j 0$j $this->n; ++$j) {
                
$d *= $this->LU[$j][$j];
            }
            return 
$d;
        } else {
            throw new 
Exception(PHPExcel_Shared_JAMA_Matrix::MatrixDimensionException);
        }
    }    
//    function det()


    /**
     *    Solve A*X = B
     *
     *    @param  $B  A Matrix with as many rows as A and any number of columns.
     *    @return  X so that L*U*X = B(piv,:)
     *    @exception  IllegalArgumentException Matrix row dimensions must agree.
     *    @exception  RuntimeException  Matrix is singular.
     */
    
public function solve($B) {
        if (
$B->getRowDimension() == $this->m) {
            if (
$this->isNonsingular()) {
                
// Copy right hand side with pivoting
                
$nx $B->getColumnDimension();
                
$X  $B->getMatrix($this->piv0$nx-1);
                
// Solve L*Y = B(piv,:)
                
for ($k 0$k $this->n; ++$k) {
                    for (
$i $k+1$i $this->n; ++$i) {
                        for (
$j 0$j $nx; ++$j) {
                            
$X->A[$i][$j] -= $X->A[$k][$j] * $this->LU[$i][$k];
                        }
                    }
                }
                
// Solve U*X = Y;
                
for ($k $this->n-1$k >= 0; --$k) {
                    for (
$j 0$j $nx; ++$j) {
                        
$X->A[$k][$j] /= $this->LU[$k][$k];
                    }
                    for (
$i 0$i $k; ++$i) {
                        for (
$j 0$j $nx; ++$j) {
                            
$X->A[$i][$j] -= $X->A[$k][$j] * $this->LU[$i][$k];
                        }
                    }
                }
                return 
$X;
            } else {
                throw new 
Exception(self::MatrixSingularException);
            }
        } else {
            throw new 
Exception(self::MatrixSquareException);
        }
    }    
//    function solve()

}    //    class PHPExcel_Shared_JAMA_LUDecomposition