Annotation of 42BSD/usr.bin/spline.c, revision 1.1.1.1

1.1       root        1: static char *sccsid = "@(#)spline.c    4.2 (Berkeley) 11/27/82";
                      2: #include <stdio.h>
                      3: #include <math.h>
                      4: 
                      5: #define NP 1000
                      6: #define INF HUGE
                      7: 
                      8: struct proj { int lbf,ubf; float a,b,lb,ub,quant,mult,val[NP]; } x,y;
                      9: float *diag, *r;
                     10: float dx = 1.;
                     11: float ni = 100.;
                     12: int n;
                     13: int auta;
                     14: int periodic;
                     15: float konst = 0.0;
                     16: float zero = 0.;
                     17: 
                     18: /* Spline fit technique
                     19: let x,y be vectors of abscissas and ordinates
                     20:     h   be vector of differences h9i8=x9i8-x9i-1988
                     21:     y"  be vector of 2nd derivs of approx function
                     22: If the points are numbered 0,1,2,...,n+1 then y" satisfies
                     23: (R W Hamming, Numerical Methods for Engineers and Scientists,
                     24: 2nd Ed, p349ff)
                     25:        h9i8y"9i-1988+2(h9i8+h9i+18)y"9i8+h9i+18y"9i+18
                     26:        
                     27:        = 6[(y9i+18-y9i8)/h9i+18-(y9i8-y9i-18)/h9i8]   i=1,2,...,n
                     28: 
                     29: where y"908 = y"9n+18 = 0
                     30: This is a symmetric tridiagonal system of the form
                     31: 
                     32:        | a918 h928               |  |y"918|      |b918|
                     33:        | h928 a928 h938            |  |y"928|      |b928|
                     34:        |    h938 a938 h948         |  |y"938|  =   |b938|
                     35:        |         .           |  | .|      | .|
                     36:        |            .        |  | .|      | .|
                     37: It can be triangularized into
                     38:        | d918 h928               |  |y"918|      |r918|
                     39:        |    d928 h938            |  |y"928|      |r928|
                     40:        |       d938 h948         |  |y"938|  =   |r938|
                     41:        |          .          |  | .|      | .|
                     42:        |             .       |  | .|      | .|
                     43: where
                     44:        d918 = a918
                     45: 
                     46:        r908 = 0
                     47: 
                     48:        d9i8 = a9i8 - h9i8829/d9i-18 1<i<_n
                     49: 
                     50:        r9i8 = b9i8 - h9i8r9i-18/d9i-1i8     1<_i<_n
                     51: 
                     52: the back solution is
                     53:        y"9n8 = r9n8/d9n8
                     54: 
                     55:        y"9i8 = (r9i8-h9i+18y"9i+18)/d9i8   1<_i<n
                     56: 
                     57: superficially, d9i8 and r9i8 don't have to be stored for they can be
                     58: recalculated backward by the formulas
                     59: 
                     60:        d9i-18 = h9i8829/(a9i8-d9i8) 1<i<_n
                     61: 
                     62:        r9i-18 = (b9i8-r9i8)d9i-18/h9i8       1<i<_n
                     63: 
                     64: unhappily it turns out that the recursion forward for d
                     65: is quite strongly geometrically convergent--and is wildly
                     66: unstable going backward.
                     67: There's similar trouble with r, so the intermediate
                     68: results must be kept.
                     69: 
                     70: Note that n-1 in the program below plays the role of n+1 in the theory
                     71: 
                     72: Other boundary conditions_________________________
                     73: 
                     74: The boundary conditions are easily generalized to handle
                     75: 
                     76:        y908" = ky918", y9n+18"   = ky9n8"
                     77: 
                     78: for some constant k.  The above analysis was for k = 0;
                     79: k = 1 fits parabolas perfectly as well as stright lines;
                     80: k = 1/2 has been recommended as somehow pleasant.
                     81: 
                     82: All that is necessary is to add h918 to a918 and h9n+18 to a9n8.
                     83: 
                     84: 
                     85: Periodic case_____________
                     86: 
                     87: To do this, add 1 more row and column thus
                     88: 
                     89:        | a918 h928            h918 |  |y918"|     |b918|
                     90:        | h928 a928 h938            |  |y928"|     |b928|
                     91:        |    h938 a948 h948         |  |y938"|     |b938|
                     92:        |                     |  | .|  =  | .|
                     93:        |             .       |  | .|     | .|
                     94:        | h918            h908 a908 |  | .|     | .|
                     95: 
                     96: where h908=_ h9n+18
                     97: 
                     98: The same diagonalization procedure works, except for
                     99: the effect of the 2 corner elements.  Let s9i8 be the part
                    100: of the last element in the i8th9 "diagonalized" row that
                    101: arises from the extra top corner element.
                    102: 
                    103:                s918 = h918
                    104: 
                    105:                s9i8 = -s9i-18h9i8/d9i-18       2<_i<_n+1
                    106: 
                    107: After "diagonalizing", the lower corner element remains.
                    108: Call t9i8 the bottom element that appears in the i8th9 colomn
                    109: as the bottom element to its left is eliminated
                    110: 
                    111:                t918 = h918
                    112: 
                    113:                t9i8 = -t9i-18h9i8/d9i-18
                    114: 
                    115: Evidently t9i8 = s9i8.
                    116: Elimination along the bottom row
                    117: introduces further corrections to the bottom right element
                    118: and to the last element of the right hand side.
                    119: Call these corrections u and v.
                    120: 
                    121:        u918 = v918 = 0
                    122: 
                    123:        u9i8 = u9i-18-s9i-18*t9i-18/d9i-18
                    124: 
                    125:        v9i8 = v9i-18-r9i-18*t9i-18/d9i-18    2<_i<_n+1
                    126: 
                    127: The back solution is now obtained as follows
                    128: 
                    129:        y"9n+18 = (r9n+18+v9n+18)/(d9n+18+s9n+18+t9n+18+u9n+18)
                    130: 
                    131:        y"9i8 = (r9i8-h9i+18*y9i+18-s9i8*y9n+18)/d9i8    1<_i<_n
                    132: 
                    133: Interpolation in the interval x9i8<_x<_x9i+18 is by the formula
                    134: 
                    135:        y = y9i8x9+8 + y9i+18x9-8 -(h8299i+18/6)[y"9i8(x9+8-x9+8839)+y"9i+18(x9-8-x9-8839)]
                    136: where
                    137:        x9+8 = x9i+18-x
                    138: 
                    139:        x9-8 = x-x9i8
                    140: */
                    141: 
                    142: float
                    143: rhs(i){
                    144:        int i_;
                    145:        double zz;
                    146:        i_ = i==n-1?0:i;
                    147:        zz = (y.val[i]-y.val[i-1])/(x.val[i]-x.val[i-1]);
                    148:        return(6*((y.val[i_+1]-y.val[i_])/(x.val[i+1]-x.val[i]) - zz));
                    149: }
                    150: 
                    151: spline(){
                    152:        float d,s,u,v,hi,hi1;
                    153:        float h;
                    154:        float D2yi,D2yi1,D2yn1,x0,x1,yy,a;
                    155:        int end;
                    156:        float corr;
                    157:        int i,j,m;
                    158:        if(n<3) return(0);
                    159:        if(periodic) konst = 0;
                    160:        d = 1;
                    161:        r[0] = 0;
                    162:        s = periodic?-1:0;
                    163:        for(i=0;++i<n-!periodic;){      /* triangularize */
                    164:                hi = x.val[i]-x.val[i-1];
                    165:                hi1 = i==n-1?x.val[1]-x.val[0]:
                    166:                        x.val[i+1]-x.val[i];
                    167:                if(hi1*hi<=0) return(0);
                    168:                u = i==1?zero:u-s*s/d;
                    169:                v = i==1?zero:v-s*r[i-1]/d;
                    170:                r[i] = rhs(i)-hi*r[i-1]/d;
                    171:                s = -hi*s/d;
                    172:                a = 2*(hi+hi1);
                    173:                if(i==1) a += konst*hi;
                    174:                if(i==n-2) a += konst*hi1;
                    175:                diag[i] = d = i==1? a:
                    176:                    a - hi*hi/d; 
                    177:                }
                    178:        D2yi = D2yn1 = 0;
                    179:        for(i=n-!periodic;--i>=0;){     /* back substitute */
                    180:                end = i==n-1;
                    181:                hi1 = end?x.val[1]-x.val[0]:
                    182:                        x.val[i+1]-x.val[i];
                    183:                D2yi1 = D2yi;
                    184:                if(i>0){
                    185:                        hi = x.val[i]-x.val[i-1];
                    186:                        corr = end?2*s+u:zero;
                    187:                        D2yi = (end*v+r[i]-hi1*D2yi1-s*D2yn1)/
                    188:                                (diag[i]+corr);
                    189:                        if(end) D2yn1 = D2yi;
                    190:                        if(i>1){
                    191:                                a = 2*(hi+hi1);
                    192:                                if(i==1) a += konst*hi;
                    193:                                if(i==n-2) a += konst*hi1;
                    194:                                d = diag[i-1];
                    195:                                s = -s*d/hi; 
                    196:                        }}
                    197:                else D2yi = D2yn1;
                    198:                if(!periodic) {
                    199:                        if(i==0) D2yi = konst*D2yi1;
                    200:                        if(i==n-2) D2yi1 = konst*D2yi;
                    201:                        }
                    202:                if(end) continue;
                    203:                m = hi1>0?ni:-ni;
                    204:                m = 1.001*m*hi1/(x.ub-x.lb);
                    205:                if(m<=0) m = 1;
                    206:                h = hi1/m;
                    207:                for(j=m;j>0||i==0&&j==0;j--){   /* interpolate */
                    208:                        x0 = (m-j)*h/hi1;
                    209:                        x1 = j*h/hi1;
                    210:                        yy = D2yi*(x0-x0*x0*x0)+D2yi1*(x1-x1*x1*x1);
                    211:                        yy = y.val[i]*x0+y.val[i+1]*x1 -hi1*hi1*yy/6;
                    212:                        printf("%f ",x.val[i]+j*h);
                    213:                        printf("%f\n",yy);
                    214:                        }
                    215:                }
                    216:        return(1);
                    217:        }
                    218: readin() {
                    219:        for(n=0;n<NP;n++){
                    220:                if(auta) x.val[n] = n*dx+x.lb;
                    221:                else if(!getfloat(&x.val[n])) break;
                    222:                if(!getfloat(&y.val[n])) break; } }
                    223: 
                    224: getfloat(p)
                    225:        float *p;{
                    226:        char buf[30];
                    227:        register c;
                    228:        int i;
                    229:        extern double atof();
                    230:        for(;;){
                    231:                c = getchar();
                    232:                if (c==EOF) {
                    233:                        *buf = '\0';
                    234:                        return(0);
                    235:                }
                    236:                *buf = c;
                    237:                switch(*buf){
                    238:                        case ' ':
                    239:                        case '\t':
                    240:                        case '\n':
                    241:                                continue;}
                    242:                break;}
                    243:        for(i=1;i<30;i++){
                    244:                c = getchar();
                    245:                if (c==EOF) {
                    246:                        buf[i] = '\0';
                    247:                        break;
                    248:                }
                    249:                buf[i] = c;
                    250:                if('0'<=c && c<='9') continue;
                    251:                switch(c) {
                    252:                        case '.':
                    253:                        case '+':
                    254:                        case '-':
                    255:                        case 'E':
                    256:                        case 'e':
                    257:                                continue;}
                    258:                break; }
                    259:        buf[i] = ' ';
                    260:        *p = atof(buf);
                    261:        return(1); }
                    262: 
                    263: getlim(p)
                    264:        struct proj *p; {
                    265:        int i;
                    266:        for(i=0;i<n;i++) {
                    267:                if(!p->lbf && p->lb>(p->val[i])) p->lb = p->val[i];
                    268:                if(!p->ubf && p->ub<(p->val[i])) p->ub = p->val[i]; }
                    269:        }
                    270: 
                    271: 
                    272: main(argc,argv)
                    273:        char *argv[];{
                    274:        extern char *malloc();
                    275:        int i;
                    276:        x.lbf = x.ubf = y.lbf = y.ubf = 0;
                    277:        x.lb = INF;
                    278:        x.ub = -INF;
                    279:        y.lb = INF;
                    280:        y.ub = -INF;
                    281:        while(--argc > 0) {
                    282:                argv++;
                    283: again:         switch(argv[0][0]) {
                    284:                case '-':
                    285:                        argv[0]++;
                    286:                        goto again;
                    287:                case 'a':
                    288:                        auta = 1;
                    289:                        numb(&dx,&argc,&argv);
                    290:                        break;
                    291:                case 'k':
                    292:                        numb(&konst,&argc,&argv);
                    293:                        break;
                    294:                case 'n':
                    295:                        numb(&ni,&argc,&argv);
                    296:                        break;
                    297:                case 'p':
                    298:                        periodic = 1;
                    299:                        break;
                    300:                case 'x':
                    301:                        if(!numb(&x.lb,&argc,&argv)) break;
                    302:                        x.lbf = 1;
                    303:                        if(!numb(&x.ub,&argc,&argv)) break;
                    304:                        x.ubf = 1;
                    305:                        break;
                    306:                default:
                    307:                        fprintf(stderr, "Bad agrument\n");
                    308:                        exit(1);
                    309:                }
                    310:        }
                    311:        if(auta&&!x.lbf) x.lb = 0;
                    312:        readin();
                    313:        getlim(&x);
                    314:        getlim(&y);
                    315:        i = (n+1)*sizeof(dx);
                    316:        diag = (float *)malloc((unsigned)i);
                    317:        r = (float *)malloc((unsigned)i);
                    318:        if(r==NULL||!spline()) for(i=0;i<n;i++){
                    319:                printf("%f ",x.val[i]);
                    320:                printf("%f\n",y.val[i]); }
                    321: }
                    322: numb(np,argcp,argvp)
                    323:        int *argcp;
                    324:        float *np;
                    325:        char ***argvp;{
                    326:        double atof();
                    327:        char c;
                    328:        if(*argcp<=1) return(0);
                    329:        c = (*argvp)[1][0];
                    330:        if(!('0'<=c&&c<='9' || c=='-' || c== '.' )) return(0);
                    331:        *np = atof((*argvp)[1]);
                    332:        (*argcp)--;
                    333:        (*argvp)++; 
                    334:        return(1); }
                    335: 

unix.superglobalmegacorp.com

This archive runs on limited infrastructure. Preserving old code on modern bandwidth. Automated agents are requested to crawl responsibly.