Annotation of 43BSDTahoe/usr.bin/spline.c, revision 1.1.1.1

1.1       root        1: #ifndef lint
                      2: static char *sccsid = "@(#)spline.c    4.5 (Berkeley) 12/2/87";
                      3: #endif
                      4: 
                      5: #include <stdio.h>
                      6: #include <math.h>
                      7: 
                      8: #define NP 1000
                      9: #define INF HUGE
                     10: 
                     11: struct proj { int lbf,ubf; float a,b,lb,ub,quant,mult,val[NP]; } x,y;
                     12: float *diag, *r;
                     13: float dx = 1.;
                     14: float ni = 100.;
                     15: int n;
                     16: int auta;
                     17: int periodic;
                     18: float konst = 0.0;
                     19: float zero = 0.;
                     20: 
                     21: /* Spline fit technique
                     22: let x,y be vectors of abscissas and ordinates
                     23:     h   be vector of differences hi=xi-xi-1
                     24:     y"  be vector of 2nd derivs of approx function
                     25: If the points are numbered 0,1,2,...,n+1 then y" satisfies
                     26: (R W Hamming, Numerical Methods for Engineers and Scientists,
                     27: 2nd Ed, p349ff)
                     28:        hiy"i-1+2(hi+hi+1)y"i+hi+1y"i+1
                     29:        
                     30:        = 6[(yi+1-yi)/hi+1-(yi-yi-1)/hi]   i=1,2,...,n
                     31: 
                     32: where y"0 = y"n+1 = 0
                     33: This is a symmetric tridiagonal system of the form
                     34: 
                     35:        | a1 h2               |  |y"1|      |b1|
                     36:        | h2 a2 h3            |  |y"2|      |b2|
                     37:        |    h3 a3 h4         |  |y"3|  =   |b3|
                     38:        |         .           |  | .|      | .|
                     39:        |            .        |  | .|      | .|
                     40: It can be triangularized into
                     41:        | d1 h2               |  |y"1|      |r1|
                     42:        |    d2 h3            |  |y"2|      |r2|
                     43:        |       d3 h4         |  |y"3|  =   |r3|
                     44:        |          .          |  | .|      | .|
                     45:        |             .       |  | .|      | .|
                     46: where
                     47:        d1 = a1
                     48: 
                     49:        r0 = 0
                     50: 
                     51:        di = ai - hi2/di-1      1<i<_n
                     52: 
                     53:        ri = bi - hiri-1/di-1i  1<_i<_n
                     54: 
                     55: the back solution is
                     56:        y"n = rn/dn
                     57: 
                     58:        y"i = (ri-hi+1y"i+1)/di 1<_i<n
                     59: 
                     60: superficially, di and ri don't have to be stored for they can be
                     61: recalculated backward by the formulas
                     62: 
                     63:        di-1 = hi2/(ai-di)      1<i<_n
                     64: 
                     65:        ri-1 = (bi-ri)di-1/hi   1<i<_n
                     66: 
                     67: unhappily it turns out that the recursion forward for d
                     68: is quite strongly geometrically convergent--and is wildly
                     69: unstable going backward.
                     70: There's similar trouble with r, so the intermediate
                     71: results must be kept.
                     72: 
                     73: Note that n-1 in the program below plays the role of n+1 in the theory
                     74: 
                     75: Other boundary conditions_________________________
                     76: 
                     77: The boundary conditions are easily generalized to handle
                     78: 
                     79:        y0" = ky1", yn+1"   = kyn"
                     80: 
                     81: for some constant k.  The above analysis was for k = 0;
                     82: k = 1 fits parabolas perfectly as well as stright lines;
                     83: k = 1/2 has been recommended as somehow pleasant.
                     84: 
                     85: All that is necessary is to add h1 to a1 and hn+1 to an.
                     86: 
                     87: 
                     88: Periodic case_____________
                     89: 
                     90: To do this, add 1 more row and column thus
                     91: 
                     92:        | a1 h2            h1 |  |y1"|     |b1|
                     93:        | h2 a2 h3            |  |y2"|     |b2|
                     94:        |    h3 a4 h4         |  |y3"|     |b3|
                     95:        |                     |  | .|  =  | .|
                     96:        |             .       |  | .|     | .|
                     97:        | h1            h0 a0 |  | .|     | .|
                     98: 
                     99: where h0=_ hn+1
                    100: 
                    101: The same diagonalization procedure works, except for
                    102: the effect of the 2 corner elements.  Let si be the part
                    103: of the last element in the ith "diagonalized" row that
                    104: arises from the extra top corner element.
                    105: 
                    106:                s1 = h1
                    107: 
                    108:                si = -si-1hi/di-1       2<_i<_n+1
                    109: 
                    110: After "diagonalizing", the lower corner element remains.
                    111: Call ti the bottom element that appears in the ith colomn
                    112: as the bottom element to its left is eliminated
                    113: 
                    114:                t1 = h1
                    115: 
                    116:                ti = -ti-1hi/di-1
                    117: 
                    118: Evidently ti = si.
                    119: Elimination along the bottom row
                    120: introduces further corrections to the bottom right element
                    121: and to the last element of the right hand side.
                    122: Call these corrections u and v.
                    123: 
                    124:        u1 = v1 = 0
                    125: 
                    126:        ui = ui-1-si-1*ti-1/di-1
                    127: 
                    128:        vi = vi-1-ri-1*ti-1/di-1        2<_i<_n+1
                    129: 
                    130: The back solution is now obtained as follows
                    131: 
                    132:        y"n+1 = (rn+1+vn+1)/(dn+1+sn+1+tn+1+un+1)
                    133: 
                    134:        y"i = (ri-hi+1*yi+1-si*yn+1)/di 1<_i<_n
                    135: 
                    136: Interpolation in the interval xi<_x<_xi+1 is by the formula
                    137: 
                    138:        y = yix+ + yi+1x- -(h2i+1/6)[y"i(x+-x+3)+y"i+1(x--x-3)]
                    139: where
                    140:        x+ = xi+1-x
                    141: 
                    142:        x- = x-xi
                    143: */
                    144: 
                    145: float
                    146: rhs(i){
                    147:        int i_;
                    148:        double zz;
                    149:        i_ = i==n-1?0:i;
                    150:        zz = (y.val[i]-y.val[i-1])/(x.val[i]-x.val[i-1]);
                    151:        return(6*((y.val[i_+1]-y.val[i_])/(x.val[i+1]-x.val[i]) - zz));
                    152: }
                    153: 
                    154: spline(){
                    155:        float d,s,u,v,hi,hi1;
                    156:        float h;
                    157:        float D2yi,D2yi1,D2yn1,x0,x1,yy,a;
                    158:        int end;
                    159:        float corr;
                    160:        int i,j,m;
                    161:        if(n<3) return(0);
                    162:        if(periodic) konst = 0;
                    163:        d = 1;
                    164:        r[0] = 0;
                    165:        s = periodic?-1:0;
                    166:        for(i=0;++i<n-!periodic;){      /* triangularize */
                    167:                hi = x.val[i]-x.val[i-1];
                    168:                hi1 = i==n-1?x.val[1]-x.val[0]:
                    169:                        x.val[i+1]-x.val[i];
                    170:                if(hi1*hi<=0) return(0);
                    171:                u = i==1?zero:u-s*s/d;
                    172:                v = i==1?zero:v-s*r[i-1]/d;
                    173:                r[i] = rhs(i)-hi*r[i-1]/d;
                    174:                s = -hi*s/d;
                    175:                a = 2*(hi+hi1);
                    176:                if(i==1) a += konst*hi;
                    177:                if(i==n-2) a += konst*hi1;
                    178:                diag[i] = d = i==1? a:
                    179:                    a - hi*hi/d; 
                    180:                }
                    181:        D2yi = D2yn1 = 0;
                    182:        for(i=n-!periodic;--i>=0;){     /* back substitute */
                    183:                end = i==n-1;
                    184:                hi1 = end?x.val[1]-x.val[0]:
                    185:                        x.val[i+1]-x.val[i];
                    186:                D2yi1 = D2yi;
                    187:                if(i>0){
                    188:                        hi = x.val[i]-x.val[i-1];
                    189:                        corr = end?2*s+u:zero;
                    190:                        D2yi = (end*v+r[i]-hi1*D2yi1-s*D2yn1)/
                    191:                                (diag[i]+corr);
                    192:                        if(end) D2yn1 = D2yi;
                    193:                        if(i>1){
                    194:                                a = 2*(hi+hi1);
                    195:                                if(i==1) a += konst*hi;
                    196:                                if(i==n-2) a += konst*hi1;
                    197:                                d = diag[i-1];
                    198:                                s = -s*d/hi; 
                    199:                        }}
                    200:                else D2yi = D2yn1;
                    201:                if(!periodic) {
                    202:                        if(i==0) D2yi = konst*D2yi1;
                    203:                        if(i==n-2) D2yi1 = konst*D2yi;
                    204:                        }
                    205:                if(end) continue;
                    206:                m = hi1>0?ni:-ni;
                    207:                m = 1.001*m*hi1/(x.ub-x.lb);
                    208:                if(m<=0) m = 1;
                    209:                h = hi1/m;
                    210:                for(j=m;j>0||i==0&&j==0;j--){   /* interpolate */
                    211:                        x0 = (m-j)*h/hi1;
                    212:                        x1 = j*h/hi1;
                    213:                        yy = D2yi*(x0-x0*x0*x0)+D2yi1*(x1-x1*x1*x1);
                    214:                        yy = y.val[i]*x0+y.val[i+1]*x1 -hi1*hi1*yy/6;
                    215:                        printf("%f ",x.val[i]+j*h);
                    216:                        printf("%f\n",yy);
                    217:                        }
                    218:                }
                    219:        return(1);
                    220:        }
                    221: readin() {
                    222:        for(n=0;n<NP;n++){
                    223:                if(auta) x.val[n] = n*dx+x.lb;
                    224:                else if(!getfloat(&x.val[n])) break;
                    225:                if(!getfloat(&y.val[n])) break; } }
                    226: 
                    227: getfloat(p)
                    228:        float *p;{
                    229:        char buf[30];
                    230:        register c;
                    231:        int i;
                    232:        extern double atof();
                    233:        for(;;){
                    234:                c = getchar();
                    235:                if (c==EOF) {
                    236:                        *buf = '\0';
                    237:                        return(0);
                    238:                }
                    239:                *buf = c;
                    240:                switch(*buf){
                    241:                        case ' ':
                    242:                        case '\t':
                    243:                        case '\n':
                    244:                                continue;}
                    245:                break;}
                    246:        for(i=1;i<30;i++){
                    247:                c = getchar();
                    248:                if (c==EOF) {
                    249:                        buf[i] = '\0';
                    250:                        break;
                    251:                }
                    252:                buf[i] = c;
                    253:                if('0'<=c && c<='9') continue;
                    254:                switch(c) {
                    255:                        case '.':
                    256:                        case '+':
                    257:                        case '-':
                    258:                        case 'E':
                    259:                        case 'e':
                    260:                                continue;}
                    261:                break; }
                    262:        buf[i] = ' ';
                    263:        *p = atof(buf);
                    264:        return(1); }
                    265: 
                    266: getlim(p)
                    267:        struct proj *p; {
                    268:        int i;
                    269:        for(i=0;i<n;i++) {
                    270:                if(!p->lbf && p->lb>(p->val[i])) p->lb = p->val[i];
                    271:                if(!p->ubf && p->ub<(p->val[i])) p->ub = p->val[i]; }
                    272:        }
                    273: 
                    274: 
                    275: main(argc,argv)
                    276:        char *argv[];{
                    277:        extern char *malloc();
                    278:        int i;
                    279:        x.lbf = x.ubf = y.lbf = y.ubf = 0;
                    280:        x.lb = INF;
                    281:        x.ub = -INF;
                    282:        y.lb = INF;
                    283:        y.ub = -INF;
                    284:        while(--argc > 0) {
                    285:                argv++;
                    286: again:         switch(argv[0][0]) {
                    287:                case '-':
                    288:                        argv[0]++;
                    289:                        goto again;
                    290:                case 'a':
                    291:                        auta = 1;
                    292:                        numb(&dx,&argc,&argv);
                    293:                        break;
                    294:                case 'k':
                    295:                        numb(&konst,&argc,&argv);
                    296:                        break;
                    297:                case 'n':
                    298:                        numb(&ni,&argc,&argv);
                    299:                        break;
                    300:                case 'p':
                    301:                        periodic = 1;
                    302:                        break;
                    303:                case 'x':
                    304:                        if(!numb(&x.lb,&argc,&argv)) break;
                    305:                        x.lbf = 1;
                    306:                        if(!numb(&x.ub,&argc,&argv)) break;
                    307:                        x.ubf = 1;
                    308:                        break;
                    309:                default:
                    310:                        fprintf(stderr, "Bad agrument\n");
                    311:                        exit(1);
                    312:                }
                    313:        }
                    314:        if(auta&&!x.lbf) x.lb = 0;
                    315:        readin();
                    316:        getlim(&x);
                    317:        getlim(&y);
                    318:        i = (n+1)*sizeof(dx);
                    319:        diag = (float *)malloc((unsigned)i);
                    320:        r = (float *)malloc((unsigned)i);
                    321:        if(r==NULL||!spline()) for(i=0;i<n;i++){
                    322:                printf("%f ",x.val[i]);
                    323:                printf("%f\n",y.val[i]); }
                    324:        exit(0);
                    325: }
                    326: numb(np,argcp,argvp)
                    327:        int *argcp;
                    328:        float *np;
                    329:        char ***argvp;{
                    330:        double atof();
                    331:        char c;
                    332:        if(*argcp<=1) return(0);
                    333:        c = (*argvp)[1][0];
                    334:        if(!('0'<=c&&c<='9' || c=='-' || c== '.' )) return(0);
                    335:        *np = atof((*argvp)[1]);
                    336:        (*argcp)--;
                    337:        (*argvp)++; 
                    338:        return(1); }

unix.superglobalmegacorp.com

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