algorithms-for-computing-li.../LinearRegressionTool/src/main/java/de/wwwu/awolf/presenter/evaluation/EvaluateAlgorithms.java

554 lines
22 KiB
Java

package de.wwwu.awolf.presenter.evaluation;
import de.wwwu.awolf.model.Line;
import de.wwwu.awolf.model.LineModel;
import de.wwwu.awolf.model.Point;
import de.wwwu.awolf.model.communication.Data;
import de.wwwu.awolf.model.communication.EvaluationData;
import de.wwwu.awolf.model.communication.SubscriberType;
import de.wwwu.awolf.presenter.Presenter;
import de.wwwu.awolf.presenter.algorithms.Algorithm;
import de.wwwu.awolf.presenter.algorithms.advanced.LeastMedianOfSquaresEstimator;
import de.wwwu.awolf.presenter.algorithms.advanced.RepeatedMedianEstimator;
import de.wwwu.awolf.presenter.algorithms.advanced.TheilSenEstimator;
import de.wwwu.awolf.presenter.algorithms.naiv.NaivLeastMedianOfSquaresEstimator;
import de.wwwu.awolf.presenter.algorithms.naiv.NaivRepeatedMedianEstimator;
import de.wwwu.awolf.presenter.algorithms.naiv.NaivTheilSenEstimator;
import de.wwwu.awolf.presenter.generator.DatasetGenerator;
import de.wwwu.awolf.presenter.io.DataImporter;
import de.wwwu.awolf.presenter.util.IntersectionComputer;
import de.wwwu.awolf.presenter.util.Logging;
import java.io.File;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Flow;
/**
* Implementierung verschiedener Algorithmen zur Berechnung von Ausgleichsgeraden.
*
* @Author: Armin Wolf
* @Email: a_wolf28@uni-muenster.de
* @Date: 01.08.2017.
*/
public class EvaluateAlgorithms implements Flow.Publisher<Data> {
private LineModel arrangement;
private List<Line> lmsL;
private List<Line> rmL;
private List<Line> tsL;
private List<Point> lmsP;
private List<Point> tsP;
private Thread lmsThread;
private Thread rmThread;
private Thread tsThread;
private DatasetGenerator generator;
private String[][] names = {{"MSE", "RMSE", "MAE", "MDAE", "Steigung", "y-Achsenabschnitt", "S-MSE", "S-RMSE", "S-MAE", "S-MDAE", "Brute-force Steigung", "Brute-force y-Achsenabschnitt"}, {"MAPE", "MDAPE", "RMSPE", "RMDSPE", "Steigung", "y-Achsenabschnitt"}};
//übergebene Parameter
private int type;
private int iterations;
private int alg;
private Flow.Subscriber<? super Data> subscriber;
/**
* Konstruktor zur evaluation
*
* @param type Typ der evaluation
* @param n Größe des Datensatzes
* @param alg 0 = lms,
* 1 = rm,
* 2 = ts,
* 3 = lms, rm,
* 4 = lms, ts,
* 5 = rm, ts,
* 6 = lms, rm, ts,
* @param datasettyp typ der zu generierenden Datensatz
*/
public EvaluateAlgorithms(int type, int n, int alg, String datasettyp, Presenter presenter) {
subscribe(presenter);
this.arrangement = new LineModel();
generator = new DatasetGenerator(presenter);
switch (datasettyp) {
case "Punktwolke":
arrangement.setLines(generator.generateDataCloud(n));
break;
case "Gerade":
arrangement.setLines(generator.generateDataLines(n));
break;
case "Kreis und Gerade":
arrangement.setLines(generator.generateCircle(n));
break;
}
this.type = type;
this.iterations = n;
this.alg = alg;
IntersectionComputer computer = new IntersectionComputer(arrangement.getLines());
arrangement.setNodes(computer.compute());
lmsL = new LinkedList<>(arrangement.getLines());
rmL = new LinkedList<>(arrangement.getLines());
tsL = new LinkedList<>(arrangement.getLines());
lmsP = new ArrayList<>(arrangement.getNodes());
tsP = new ArrayList<>(arrangement.getNodes());
}
/**
* Konstruktor zur evaluation
*
* @param type Typ der evaluation
* @param alg 0 = lms,
* 1 = rm,
* 2 = ts,
* 3 = lms, rm,
* 4 = lms, ts,
* 5 = rm, ts,
* 6 = lms, rm, ts,
* @param file Datei die importiert werden soll
*/
public EvaluateAlgorithms(int type, int alg, File file) {
this.arrangement = new LineModel();
DataImporter importer = new DataImporter(file, this.subscriber);
List<Line> importedLines = importer.run();
if (importedLines != null)
arrangement.setLines(importedLines);
this.type = type;
this.alg = alg;
IntersectionComputer computer = new IntersectionComputer(arrangement.getLines());
arrangement.setNodes(computer.compute());
lmsL = new LinkedList<>(arrangement.getLines());
rmL = new LinkedList<>(arrangement.getLines());
tsL = new LinkedList<>(arrangement.getLines());
lmsP = new ArrayList<>(arrangement.getNodes());
tsP = new ArrayList<>(arrangement.getNodes());
}
/**
* Startet die Evaluation zu den passenden Typ. Bei beendigung wird der Beobachter informiert.
*
* @throws InterruptedException
*/
public void run() {
List<String> result;
List<List<String>> multipleResults = new ArrayList<>();
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
switch (type) {
case 0:
//der alg der gewählt wurde
if (alg == 0) {
final Line naivEstimator = new Line(0,0);
final Line advancedEstimator = new Line(0,0);
executorService.submit(() -> {
NaivLeastMedianOfSquaresEstimator l = new NaivLeastMedianOfSquaresEstimator(arrangement.getLines());
l.run();
naivEstimator.setM(l.getM());
naivEstimator.setB(l.getB());
});
executorService.submit(() -> {
LeastMedianOfSquaresEstimator lmsAlg = new LeastMedianOfSquaresEstimator(lmsL, lmsP);
lmsAlg.run();
lmsAlg.pepareResult();
advancedEstimator.setM(lmsAlg.getSlope());
advancedEstimator.setB(lmsAlg.getyInterception());
});
result = getScaleDependentMeasure(arrangement.getLines(), advancedEstimator.getM(), advancedEstimator.getB());
result.addAll(getScaledErrorBasedMeasure(arrangement.getLines(), advancedEstimator.getM(), advancedEstimator.getB(), naivEstimator.getM(), naivEstimator.getB()));
Double[] tmp = {advancedEstimator.getM(), advancedEstimator.getB(), naivEstimator.getM(), naivEstimator.getB()};
sendPlotLineResults(Arrays.asList(tmp), Algorithm.Type.LMS);
} else if (alg == 1) {
final double[] m = new double[1];
final double[] b = new double[1];
Thread t = new Thread(() -> {
NaivRepeatedMedianEstimator r = new NaivRepeatedMedianEstimator(arrangement.getLines());
r.run();
m[0] = r.getM();
b[0] = r.getB();
});
t.start();
try {
startRM();
} catch (InterruptedException e) {
Logging.logError(e.getMessage(), e);
Thread.currentThread().interrupt();
}
result = getScaleDependentMeasure(arrangement.getLines(), Double.valueOf(rmRes[0]), Double.valueOf(rmRes[1]));
result.addAll(getScaledErrorBasedMeasure(arrangement.getLines(), Double.valueOf(rmRes[0]), Double.valueOf(rmRes[1]), m[0], b[0]));
Double[] tmp = {Double.valueOf(rmRes[0]), Double.valueOf(rmRes[1]), m[0], b[0]};
sendPlotLineResults(Arrays.asList(tmp), Algorithm.Type.NAIV_RM);
} else {
final double[] m = new double[1];
final double[] b = new double[1];
Thread t = new Thread(() -> {
NaivTheilSenEstimator ts = new NaivTheilSenEstimator(arrangement.getLines());
ts.run();
m[0] = ts.getM();
b[0] = ts.getB();
});
t.start();
try {
startTS();
} catch (InterruptedException e) {
Logging.logError(e.getMessage(), e);
Thread.currentThread().interrupt();
}
result = getScaleDependentMeasure(arrangement.getLines(), Double.valueOf(tsRes[0]), Double.valueOf(tsRes[1]));
result.addAll(getScaledErrorBasedMeasure(arrangement.getLines(), Double.valueOf(tsRes[0]), Double.valueOf(tsRes[1]), m[0], b[0]));
Double[] tmp = { Double.valueOf(tsRes[0]), Double.valueOf(tsRes[1]), m[0], b[0]};
sendPlotLineResults(Arrays.asList(tmp), Algorithm.Type.NAIV_TS);
}
sendTableApproximationTypes();
sendTableApproximationData(result, alg);
break;
case 1:
List<List<String>> lineRes;
switch (alg) {
case 3:
try {
startLMS();
startRM();
} catch (InterruptedException e) {
Logging.logError(e.getMessage(), e);
Thread.currentThread().interrupt();
}
result = getPercentigeErrorBasedMeasure(arrangement.getLines(), lmsRes[0], lmsRes[1]);
multipleResults.add(result);
result = getPercentigeErrorBasedMeasure(arrangement.getLines(), rmRes[0], rmRes[1]);
multipleResults.add(result);
result = fillPseudoResults();
multipleResults.add(result);
lineRes = new ArrayList<>();
lineRes.add(Arrays.asList(lmsRes));
lineRes.add(Arrays.asList(rmRes));
sendPloteLineResults(lineRes, Arrays.asList(Algorithm.Type.LMS, Algorithm.Type.RM));
break;
case 4:
try {
startLMS();
startTS();
} catch (InterruptedException e) {
Logging.logError(e.getMessage(), e);
Thread.currentThread().interrupt();
}
result = getPercentigeErrorBasedMeasure(arrangement.getLines(), lmsRes[0], lmsRes[1]);
multipleResults.add(result);
result = fillPseudoResults();
multipleResults.add(result);
result = getPercentigeErrorBasedMeasure(arrangement.getLines(), tsRes[0], tsRes[1]);
multipleResults.add(result);
lineRes = new ArrayList<>();
lineRes.add(Arrays.asList(lmsRes));
lineRes.add(Arrays.asList(tsRes));
sendPloteLineResults(lineRes, Arrays.asList(Algorithm.Type.LMS, Algorithm.Type.TS));
break;
case 5:
try {
startRM();
startTS();
} catch (InterruptedException e) {
Logging.logError(e.getMessage(), e);
Thread.currentThread().interrupt();
}
result = fillPseudoResults();
multipleResults.add(result);
result = getPercentigeErrorBasedMeasure(arrangement.getLines(), rmRes[0], rmRes[1]);
multipleResults.add(result);
result = getPercentigeErrorBasedMeasure(arrangement.getLines(), tsRes[0], tsRes[1]);
multipleResults.add(result);
lineRes = new ArrayList<>();
lineRes.add(Arrays.asList(rmRes));
lineRes.add(Arrays.asList(tsRes));
sendPloteLineResults(lineRes, Arrays.asList(Algorithm.Type.RM, Algorithm.Type.TS));
break;
case 6:
try {
startLMS();
startRM();
startTS();
} catch (InterruptedException e) {
Logging.logError(e.getMessage(), e);
Thread.currentThread().interrupt();
}
result = getPercentigeErrorBasedMeasure(arrangement.getLines(), lmsRes[0], lmsRes[1]);
multipleResults.add(result);
result = getPercentigeErrorBasedMeasure(arrangement.getLines(), rmRes[0], rmRes[1]);
multipleResults.add(result);
result = getPercentigeErrorBasedMeasure(arrangement.getLines(), tsRes[0], tsRes[1]);
multipleResults.add(result);
lineRes = new ArrayList<>();
lineRes.add(Arrays.asList(lmsRes));
lineRes.add(Arrays.asList(rmRes));
lineRes.add(Arrays.asList(tsRes));
sendPloteLineResults(lineRes, Arrays.asList(Algorithm.Type.LMS, Algorithm.Type.RM, Algorithm.Type.TS));
break;
}
sendTableApproximationData(multipleResults);
break;
}
}
/**
* Die berechneten Ergebnisse werden an den Beobachter übermittelt um dann visualisiert zu werden.
*
* @param result Ergebnisse
* @param col Spalte
*/
public void sendTableApproximationData(List<String> result, int col) {
List<String> tableInput = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < names[type].length; i++) {
tableInput.add(result.get(i));
}
tableInput.add("");
EvaluationData data = new EvaluationData();
data.setColumn(col);
data.setLabels(tableInput);
tableInput.clear();
}
/**
* Die berechneten Ergebnisse werden an den Beobachter übermittelt um dann visualisiert zu werden.
*
* @param result Ergebnisse
*/
public void sendTableApproximationData(List<List<String>> result) {
List<String> tableInput = new ArrayList<>();
//TODO Hääää? xD
//iteration über die ApproximationsGüten -- Zeilen
for (int j = 0; j <= result.get(0).size(); j++) {
tableInput.add("eval-ds");
if (j != result.get(0).size()) {
tableInput.add(names[type][j]);
//iteration über die alg. -- Spalten
for (int i = 0; i < 3; i++) {
tableInput.add(result.get(i).get(j));
}
} else {
tableInput.add("");
tableInput.add("");
tableInput.add("");
tableInput.add("");
}
EvaluationData data = new EvaluationData();
data.setType(SubscriberType.EVAL_DS);
data.setMultipleColumnResult(result);
this.subscriber.onNext(data);
tableInput.clear();
}
}
/**
* Die Art der Ergebnisse (MSE, RMSE,...) wird an der Beobachter übermittelt.
*/
public void sendTableApproximationTypes() {
EvaluationData data = new EvaluationData();
data.setType(SubscriberType.EVAL_T);
data.setLabels(Arrays.asList(names[type]));
this.subscriber.onNext(data);
}
/**
* Zur visualisierung der berechneten Geraden wird die Steigung und der y-Achsenabschnitt an den
* Beobachter übermittelt.
*
* @param res Feld mit den Werten für die Steigung und dern y-Achsenabschnitt
* @param alg code für welchen Algorithmus sich die Werte beziehen
*/
public void sendPlotLineResults(List<Double> res, Algorithm.Type alg) {
EvaluationData data = new EvaluationData();
data.setType(SubscriberType.LINES_RES);
data.setAlgorithmtypes(Collections.singletonList(alg));
data.setOneColumnresult(res);
this.subscriber.onNext(data);
}
/**
* Zur visualisierung der berechneten Geraden wird die Steigung und der y-Achsenabschnitt an den
* Beobachter übermittelt.
*
* @param res Feld mit den Werten für die Steigung und dern y-Achsenabschnitt (alle)
* @param algs codes für welchen Algorithmus sich die Werte beziehen (alle)
*/
public void sendPloteLineResults(List<List<String>> res, List<Algorithm.Type> algs) {
EvaluationData data = new EvaluationData();
data.setType(SubscriberType.LINES_RES_MULT);
data.setAlgorithmtypes(algs);
data.setMultipleColumnResult(res);
this.subscriber.onNext(data);
}
/**
* Startet die Berechnung des Alg. zum LMS-Schätzer
*
* @throws InterruptedException
*/
public void startLMS() throws InterruptedException {
lmsThread = new Thread(() -> {
LeastMedianOfSquaresEstimator lmsAlg = new LeastMedianOfSquaresEstimator(lmsL, lmsP);
lmsAlg.run();
lmsAlg.pepareResult();
lmsRes[0] = lmsAlg.getSlope();
lmsRes[1] = lmsAlg.getyInterception();
});
lmsThread.start();
lmsThread.join();
}
/**
* Startet die Berechnung des Alg. zum RM-Schätzer
*
* @throws InterruptedException
*/
public void startRM() throws InterruptedException {
rmThread = new Thread(() -> {
RepeatedMedianEstimator rmAlg = new RepeatedMedianEstimator(rmL);
rmAlg.run();
rmAlg.pepareResult();
rmRes[0] = rmAlg.getSlope();
rmRes[1] = rmAlg.getyInterception();
});
rmThread.start();
rmThread.join();
}
/**
* Startet die Berechnung des Alg. zum TS-Schätzer
*
* @throws InterruptedException
*/
public void startTS() throws InterruptedException {
tsThread = new Thread(() -> {
TheilSenEstimator tsAlg = new TheilSenEstimator(tsL, tsP);
tsAlg.run();
tsAlg.pepareResult();
tsRes[0] = tsAlg.getSlope();
tsRes[1] = tsAlg.getyInterception();
});
tsThread.start();
tsThread.join();
}
/**
* Startet die Berechnung der skalierungsabbhängigen Maße.
*
* @param lines Liste der Geraden
* @param m Steigung
* @param b y-Achsenabschnitt
* @return Liste mit den Ergebnissen, bereit zum visualisieren
*/
public List<String> getScaleDependentMeasure(final List<Line> lines, final Double m, final Double b) {
ScaleDependentMeasure scaleDependentMeasure = new ScaleDependentMeasure(lines, m, b);
List<String> ret = new ArrayList<>();
ret.add(scaleDependentMeasure.mse().toString());
ret.add(scaleDependentMeasure.rmse().toString());
ret.add(scaleDependentMeasure.mae().toString());
ret.add(scaleDependentMeasure.mdae().toString());
ret.add(m.toString());
ret.add(b.toString());
return ret;
}
/**
* Startet die Berechnung der Maße die auf dem prozentualen Fehler basieren.
*
* @param lines Liste der Geraden
* @param m Steigung
* @param b y-Achsenabschnitt
* @return Liste mit den Ergebnissen, bereit zum visualisieren
*/
public List<String> getPercentigeErrorBasedMeasure(final List<Line> lines, final Double m, final Double b) {
PercentageErrorBasedMeasure percentageErrorBasedMeasure = new PercentageErrorBasedMeasure(lines, m, b);
ArrayList<String> ret = new ArrayList<>();
ret.add(percentageErrorBasedMeasure.mape().toString());
ret.add(percentageErrorBasedMeasure.mdape().toString());
ret.add(percentageErrorBasedMeasure.rmspe().toString());
ret.add(percentageErrorBasedMeasure.rmdspe().toString());
ret.add(m.toString());
ret.add(b.toString());
return ret;
}
/**
* Startet die Berechnung der skalierungsunabbhängigen Maße.
*
* @param lines Liste der Geraden
* @param m Steigung
* @param b y-Achsenabschnitt
* @return Liste mit den Ergebnissen, bereit zum visualisieren
*/
public List<String> getScaledErrorBasedMeasure(final List<Line> lines, final Double m, final Double b, final Double nM, final Double nB) {
ScaledErrorBasedMeasure scaledErrorBasedMeasure = new ScaledErrorBasedMeasure(lines, m, b, nM, nB);
List<String> ret = new ArrayList<>();
ret.add(scaledErrorBasedMeasure.mse().toString());
ret.add(scaledErrorBasedMeasure.rmse().toString());
ret.add(scaledErrorBasedMeasure.mae().toString());
ret.add(scaledErrorBasedMeasure.mdae().toString());
ret.add(nM.toString());
ret.add(nB.toString());
return ret;
}
/**
* Damit es bei der Visualisierung trennende Zeilen gibt.
*
* @return
*/
private List<String> fillPseudoResults() {
List<String> result = new ArrayList<>();
result.add(" ");
result.add(" ");
result.add(" ");
result.add(" ");
result.add(" ");
result.add(" ");
return result;
}
/**
* @return Liste der Geraden auf der die Berechnungen ausgeführt wurden
*/
public List<Line> getData() {
return arrangement.getLines();
}
@Override
public void subscribe(Flow.Subscriber<? super Data> subscriber) {
this.subscriber = subscriber;
}
}