[1253] | 1 | /* -*- C++ -*- |
---|
| 2 | * src/lemon/lin_expr.h - Part of LEMON, a generic C++ optimization library |
---|
| 3 | * |
---|
| 4 | * Copyright (C) 2005 Egervary Jeno Kombinatorikus Optimalizalasi Kutatocsoport |
---|
| 5 | * (Egervary Combinatorial Optimization Research Group, EGRES). |
---|
| 6 | * |
---|
| 7 | * Permission to use, modify and distribute this software is granted |
---|
| 8 | * provided that this copyright notice appears in all copies. For |
---|
| 9 | * precise terms see the accompanying LICENSE file. |
---|
| 10 | * |
---|
| 11 | * This software is provided "AS IS" with no warranty of any kind, |
---|
| 12 | * express or implied, and with no claim as to its suitability for any |
---|
| 13 | * purpose. |
---|
| 14 | * |
---|
| 15 | */ |
---|
| 16 | |
---|
| 17 | #ifndef LEMON_LIN_EXPR_H |
---|
| 18 | #define LEMON_LIN_EXPR_H |
---|
| 19 | |
---|
| 20 | #include<vector> |
---|
| 21 | #include<map> |
---|
[1264] | 22 | #include<lemon/utility.h> |
---|
[1253] | 23 | ///\file |
---|
| 24 | ///\brief Classes to handle linear expressions |
---|
| 25 | namespace lemon { |
---|
| 26 | |
---|
| 27 | /// Class to handle sparse linear expressions |
---|
[1259] | 28 | template <class _V> |
---|
| 29 | class SparseLinExpr : public std::map<_V, typename _V::ExprValue> |
---|
[1253] | 30 | { |
---|
| 31 | public: |
---|
| 32 | typedef _V Var; |
---|
[1259] | 33 | typedef typename _V::ExprValue Coeff; |
---|
[1253] | 34 | |
---|
| 35 | protected: |
---|
[1259] | 36 | typedef typename std::map<_V, typename _V::ExprValue> Base; |
---|
[1253] | 37 | |
---|
| 38 | Coeff const_comp; |
---|
| 39 | public: |
---|
[1264] | 40 | typedef True IsLinExpression; |
---|
[1259] | 41 | ///\e |
---|
| 42 | SparseLinExpr() : Base(), const_comp(0) { } |
---|
| 43 | ///\e |
---|
| 44 | SparseLinExpr(const Var &v) : const_comp(0) { |
---|
[1253] | 45 | Base::insert(std::make_pair(v, 1)); |
---|
| 46 | } |
---|
[1259] | 47 | ///\e |
---|
[1253] | 48 | SparseLinExpr(const Coeff &v) : const_comp(v) {} |
---|
| 49 | |
---|
[1259] | 50 | ///\e |
---|
[1253] | 51 | void set(const Var &v,const Coeff &c) { |
---|
| 52 | return Base::insert(std::make_pair(v, c)); |
---|
| 53 | } |
---|
| 54 | // Coeff &operator[](const Var &v) { return data[v]; } |
---|
| 55 | // const Coeff &operator[](const Var &v) const { return data[v]; } |
---|
| 56 | |
---|
[1259] | 57 | ///\e |
---|
[1253] | 58 | Coeff &constComp() { return const_comp; } |
---|
[1259] | 59 | ///\e |
---|
[1253] | 60 | const Coeff &constComp() const { return const_comp; } |
---|
| 61 | |
---|
| 62 | ///Removes the components with zero coefficient. |
---|
| 63 | void simplify() { |
---|
| 64 | for (typename Base::iterator i=Base::begin(); i!=Base::end();) { |
---|
| 65 | typename Base::iterator j=i; |
---|
| 66 | ++j; |
---|
| 67 | if ((*i).second==0) Base::erase(i); |
---|
| 68 | j=i; |
---|
| 69 | } |
---|
| 70 | } |
---|
| 71 | |
---|
[1259] | 72 | ///\e |
---|
| 73 | SparseLinExpr &operator+=(const SparseLinExpr &e) { |
---|
| 74 | for (typename Base::const_iterator j=e.begin(); j!=e.end(); ++j) |
---|
| 75 | (*this)[j->first]+=j->second; |
---|
| 76 | ///\todo it might be speeded up using "hints" |
---|
| 77 | const_comp+=e.const_comp; |
---|
| 78 | return *this; |
---|
| 79 | } |
---|
| 80 | ///\e |
---|
| 81 | SparseLinExpr &operator-=(const SparseLinExpr &e) { |
---|
| 82 | for (typename Base::const_iterator j=e.begin(); j!=e.end(); ++j) |
---|
| 83 | (*this)[j->first]-=j->second; |
---|
| 84 | const_comp-=e.const_comp; |
---|
| 85 | return *this; |
---|
| 86 | } |
---|
| 87 | ///\e |
---|
| 88 | SparseLinExpr &operator*=(const Coeff &c) { |
---|
| 89 | for (typename Base::iterator j=Base::begin(); j!=Base::end(); ++j) |
---|
| 90 | j->second*=c; |
---|
| 91 | const_comp*=c; |
---|
| 92 | return *this; |
---|
| 93 | } |
---|
| 94 | ///\e |
---|
| 95 | SparseLinExpr &operator/=(const Coeff &c) { |
---|
| 96 | for (typename Base::iterator j=Base::begin(); j!=Base::end(); ++j) |
---|
| 97 | j->second/=c; |
---|
| 98 | const_comp/=c; |
---|
| 99 | return *this; |
---|
| 100 | } |
---|
| 101 | |
---|
[1253] | 102 | }; |
---|
| 103 | |
---|
[1259] | 104 | ///\e |
---|
| 105 | |
---|
| 106 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 107 | /// |
---|
| 108 | template <class V> |
---|
| 109 | SparseLinExpr<V> operator+(const SparseLinExpr<V> &a, |
---|
| 110 | const SparseLinExpr<V> &b) { |
---|
| 111 | SparseLinExpr<V> tmp(a); |
---|
| 112 | tmp+=b; ///\todo Don't STL have some special 'merge' algorithm? |
---|
| 113 | return tmp; |
---|
| 114 | } |
---|
| 115 | |
---|
| 116 | ///\e |
---|
| 117 | |
---|
| 118 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 119 | /// |
---|
| 120 | template <class V> |
---|
| 121 | SparseLinExpr<V> operator-(const SparseLinExpr<V> &a, |
---|
| 122 | const SparseLinExpr<V> &b) { |
---|
| 123 | SparseLinExpr<V> tmp(a); |
---|
| 124 | tmp-=b; ///\todo Don't STL have some special 'merge' algorithm? |
---|
| 125 | return tmp; |
---|
| 126 | } |
---|
| 127 | |
---|
| 128 | ///\e |
---|
| 129 | |
---|
| 130 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 131 | /// |
---|
| 132 | template <class V> |
---|
| 133 | SparseLinExpr<V> operator*(const typename V::ExprValue &c, |
---|
| 134 | const SparseLinExpr<V> &e) { |
---|
| 135 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
| 136 | tmp*=c; |
---|
| 137 | return tmp; |
---|
| 138 | } |
---|
| 139 | |
---|
| 140 | ///\e |
---|
| 141 | |
---|
| 142 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 143 | /// |
---|
| 144 | template <class V> |
---|
| 145 | SparseLinExpr<V> operator*(const SparseLinExpr<V> &e, |
---|
| 146 | const typename V::ExprValue &c) { |
---|
| 147 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
| 148 | tmp*=c; |
---|
| 149 | return tmp; |
---|
| 150 | } |
---|
| 151 | |
---|
| 152 | |
---|
| 153 | ///\e |
---|
| 154 | |
---|
| 155 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 156 | /// |
---|
| 157 | template <class V> |
---|
| 158 | SparseLinExpr<V> operator/(const SparseLinExpr<V> &e, |
---|
| 159 | const typename V::ExprValue &c) { |
---|
| 160 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
| 161 | tmp/=c; |
---|
| 162 | return tmp; |
---|
| 163 | } |
---|
| 164 | |
---|
| 165 | ///\e |
---|
| 166 | |
---|
| 167 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 168 | /// |
---|
| 169 | template <class V> |
---|
| 170 | SparseLinExpr<V> operator+(const typename V::ExprValue &c, |
---|
| 171 | const SparseLinExpr<V> &e) { |
---|
| 172 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
| 173 | tmp.constComp()+=c; |
---|
| 174 | return tmp; |
---|
| 175 | } |
---|
| 176 | |
---|
| 177 | ///\e |
---|
| 178 | |
---|
| 179 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 180 | /// |
---|
| 181 | template <class V> |
---|
| 182 | SparseLinExpr<V> operator+(const SparseLinExpr<V> &e, |
---|
| 183 | const typename V::ExprValue &c) { |
---|
| 184 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
| 185 | tmp.constComp()+=c; |
---|
| 186 | return tmp; |
---|
| 187 | } |
---|
| 188 | |
---|
| 189 | ///\e |
---|
| 190 | |
---|
| 191 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 192 | /// |
---|
| 193 | template <class V> |
---|
| 194 | SparseLinExpr<V> operator+(const V &v,const SparseLinExpr<V> &e) { |
---|
| 195 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
| 196 | tmp[v]+=1; |
---|
| 197 | return tmp; |
---|
| 198 | } |
---|
| 199 | |
---|
| 200 | ///\e |
---|
| 201 | |
---|
| 202 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 203 | /// |
---|
| 204 | template <class V> |
---|
| 205 | SparseLinExpr<V> operator+(const SparseLinExpr<V> &e,const V &v) { |
---|
| 206 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
| 207 | tmp[v]+=1; |
---|
| 208 | return tmp; |
---|
| 209 | } |
---|
| 210 | |
---|
| 211 | ///\e |
---|
| 212 | |
---|
| 213 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 214 | /// |
---|
| 215 | template <class V> |
---|
| 216 | SparseLinExpr<V> operator-(const typename V::ExprValue &c, |
---|
| 217 | const SparseLinExpr<V> &e) { |
---|
| 218 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
| 219 | tmp*=-1; |
---|
| 220 | tmp.constComp()+=c; |
---|
| 221 | return tmp; |
---|
| 222 | } |
---|
| 223 | |
---|
| 224 | ///\e |
---|
| 225 | |
---|
| 226 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 227 | /// |
---|
| 228 | template <class V> |
---|
| 229 | SparseLinExpr<V> operator-(const SparseLinExpr<V> &e, |
---|
| 230 | const typename V::ExprValue &c) { |
---|
| 231 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
| 232 | tmp.constComp()-=c; |
---|
| 233 | return tmp; |
---|
| 234 | } |
---|
| 235 | |
---|
| 236 | ///\e |
---|
| 237 | |
---|
| 238 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 239 | /// |
---|
| 240 | template <class V> |
---|
| 241 | SparseLinExpr<V> operator-(const V &v,const SparseLinExpr<V> &e) { |
---|
| 242 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
| 243 | tmp*=-1; |
---|
| 244 | tmp[v]+=1; |
---|
| 245 | return tmp; |
---|
| 246 | } |
---|
| 247 | |
---|
| 248 | ///\e |
---|
| 249 | |
---|
| 250 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 251 | /// |
---|
| 252 | template <class V> |
---|
| 253 | SparseLinExpr<V> operator-(const SparseLinExpr<V> &e,const V &v) { |
---|
| 254 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
| 255 | tmp[v]-=1; |
---|
| 256 | return tmp; |
---|
| 257 | } |
---|
| 258 | |
---|
| 259 | ///\e |
---|
| 260 | |
---|
| 261 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 262 | /// |
---|
| 263 | template <class V> |
---|
[1264] | 264 | SparseLinExpr<V> operator+(const V &v,const typename V::ExprValue &c) { |
---|
| 265 | SparseLinExpr<V> tmp(v); |
---|
| 266 | tmp.constComp()=c; |
---|
| 267 | return tmp; |
---|
| 268 | } |
---|
| 269 | |
---|
| 270 | ///\e |
---|
| 271 | |
---|
| 272 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 273 | /// |
---|
| 274 | template <class V> |
---|
| 275 | SparseLinExpr<V> operator-(const V &v,const typename V::ExprValue &c) { |
---|
| 276 | SparseLinExpr<V> tmp(v); |
---|
| 277 | tmp.constComp()=-c; |
---|
| 278 | return tmp; |
---|
| 279 | } |
---|
| 280 | |
---|
| 281 | ///\e |
---|
| 282 | |
---|
| 283 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 284 | /// |
---|
| 285 | template <class V> |
---|
| 286 | SparseLinExpr<V> operator+(const typename V::ExprValue &c,const V &v) { |
---|
| 287 | SparseLinExpr<V> tmp(v); |
---|
| 288 | tmp.constComp()=c; |
---|
| 289 | return tmp; |
---|
| 290 | } |
---|
| 291 | |
---|
| 292 | ///\e |
---|
| 293 | |
---|
| 294 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 295 | /// |
---|
| 296 | template <class V> |
---|
| 297 | SparseLinExpr<V> operator-(const typename V::ExprValue &c,const V &v) { |
---|
| 298 | SparseLinExpr<V> tmp(c); |
---|
| 299 | tmp[v]=-1; |
---|
| 300 | return tmp; |
---|
| 301 | } |
---|
| 302 | |
---|
| 303 | ///\e |
---|
| 304 | |
---|
| 305 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 306 | /// |
---|
| 307 | template <class V> |
---|
[1259] | 308 | SparseLinExpr<V> operator+(const V &v1,const V &v2) { |
---|
| 309 | SparseLinExpr<V> tmp(v1); |
---|
| 310 | tmp[v2]+=1; |
---|
| 311 | return tmp; |
---|
| 312 | } |
---|
| 313 | |
---|
| 314 | ///\e |
---|
| 315 | |
---|
| 316 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 317 | /// |
---|
| 318 | template <class V> |
---|
| 319 | SparseLinExpr<V> operator*(const V &v,const typename V::ExprValue &c) { |
---|
| 320 | SparseLinExpr<V> tmp; |
---|
| 321 | tmp[v]=c; |
---|
| 322 | return tmp; |
---|
| 323 | } |
---|
| 324 | |
---|
| 325 | ///\e |
---|
| 326 | |
---|
| 327 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 328 | /// |
---|
| 329 | template <class V> |
---|
| 330 | SparseLinExpr<V> operator*(const typename V::ExprValue &c,const V &v) { |
---|
| 331 | SparseLinExpr<V> tmp; |
---|
| 332 | tmp[v]=c; |
---|
| 333 | return tmp; |
---|
| 334 | } |
---|
| 335 | |
---|
| 336 | ///\e |
---|
| 337 | |
---|
| 338 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
| 339 | /// |
---|
| 340 | template <class V> |
---|
| 341 | SparseLinExpr<V> operator/(const V &v,const typename V::ExprValue &c) { |
---|
| 342 | SparseLinExpr<V> tmp; |
---|
| 343 | tmp[v]=1/c; |
---|
| 344 | return tmp; |
---|
| 345 | } |
---|
| 346 | |
---|
| 347 | |
---|
[1264] | 348 | ////////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
| 349 | /// Constraints |
---|
| 350 | ////////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
| 351 | |
---|
| 352 | template <class E> |
---|
| 353 | class LinConstr |
---|
| 354 | { |
---|
| 355 | public: |
---|
| 356 | typedef E Expr; |
---|
| 357 | typedef typename E::Var Var; |
---|
| 358 | typedef typename E::Coeff Coeff; |
---|
| 359 | |
---|
| 360 | static const Coeff INF; |
---|
| 361 | static const Coeff NaN; |
---|
| 362 | // static const Coeff INF=0; |
---|
| 363 | // static const Coeff NaN=1; |
---|
| 364 | |
---|
| 365 | Expr expr; |
---|
| 366 | Coeff lb,ub; |
---|
| 367 | |
---|
| 368 | LinConstr() : expr(), lb(NaN), ub(NaN) {} |
---|
| 369 | LinConstr(Coeff _lb,const Expr &e,Coeff _ub) : |
---|
| 370 | expr(e), lb(_lb), ub(_ub) {} |
---|
| 371 | LinConstr(const Expr &e,Coeff _ub) : |
---|
| 372 | expr(e), lb(NaN), ub(_ub) {} |
---|
| 373 | LinConstr(Coeff _lb,const Expr &e) : |
---|
| 374 | expr(e), lb(_lb), ub(NaN) {} |
---|
| 375 | }; |
---|
| 376 | |
---|
| 377 | template<class E> |
---|
| 378 | const typename LinConstr<E>::Coeff LinConstr<E>::INF= |
---|
| 379 | std::numeric_limits<Coeff>::infinity(); |
---|
| 380 | template<class E> |
---|
| 381 | const typename LinConstr<E>::Coeff LinConstr<E>::NaN= |
---|
| 382 | std::numeric_limits<Coeff>::quiet_NaN(); |
---|
| 383 | |
---|
| 384 | |
---|
| 385 | template<class E> |
---|
| 386 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
| 387 | operator<=(const E &e,const E &f) |
---|
| 388 | { |
---|
| 389 | return LinConstr<E>(-LinConstr<E>::INF,e-f,0); |
---|
| 390 | } |
---|
| 391 | |
---|
| 392 | template<class E> |
---|
| 393 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
| 394 | operator>=(const E &e,const E &f) |
---|
| 395 | { |
---|
| 396 | return LinConstr<E>(-LinConstr<E>::INF,f-e,0); |
---|
| 397 | } |
---|
| 398 | |
---|
| 399 | template<class E> |
---|
| 400 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
| 401 | operator==(const E &e,const E &f) |
---|
| 402 | { |
---|
| 403 | return LinConstr<E>(0,e-f,0); |
---|
| 404 | } |
---|
| 405 | |
---|
| 406 | ////////////////////////////// |
---|
| 407 | |
---|
| 408 | template<class E> |
---|
| 409 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
| 410 | operator<=(const E &e,const typename E::Coeff &n) |
---|
| 411 | { |
---|
| 412 | return LinConstr<E>(e,n); |
---|
| 413 | } |
---|
| 414 | |
---|
| 415 | template<class E> |
---|
| 416 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
| 417 | operator>=(const E &e,const typename E::Coeff &n) |
---|
| 418 | { |
---|
| 419 | return LinConstr<E>(n,e); |
---|
| 420 | } |
---|
| 421 | |
---|
| 422 | template<class E> |
---|
| 423 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
| 424 | operator==(const E &e,const typename E::Coeff &n) |
---|
| 425 | { |
---|
| 426 | return LinConstr<E>(n,e,n); |
---|
| 427 | } |
---|
| 428 | |
---|
| 429 | ////////////////////////////// |
---|
| 430 | |
---|
| 431 | template<class E> |
---|
| 432 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
| 433 | operator<=(const typename E::Coeff &n,const E &e) |
---|
| 434 | { |
---|
| 435 | return LinConstr<E>(n,e); |
---|
| 436 | } |
---|
| 437 | |
---|
| 438 | template<class E> |
---|
| 439 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
| 440 | operator>=(const typename E::Coeff &n,const E &e) |
---|
| 441 | { |
---|
| 442 | return LinConstr<E>(e,n); |
---|
| 443 | } |
---|
| 444 | |
---|
| 445 | template<class E> |
---|
| 446 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
| 447 | operator==(const typename E::Coeff &n,const E &e) |
---|
| 448 | { |
---|
| 449 | return LinConstr<E>(n,e,n); |
---|
| 450 | } |
---|
| 451 | |
---|
| 452 | ////////////////////////////// |
---|
| 453 | |
---|
| 454 | template<class E> |
---|
| 455 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
| 456 | operator<=(const typename E::Coeff &n,const LinConstr<E> &c) |
---|
| 457 | { |
---|
| 458 | LinConstr<E> tmp(c); |
---|
| 459 | if(tmp.lb!=tmp.NaN) throw LogicError(); |
---|
| 460 | else tmp.lb=n; |
---|
| 461 | return tmp; |
---|
| 462 | } |
---|
| 463 | |
---|
| 464 | template<class E> |
---|
| 465 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
| 466 | operator>=(const typename E::Coeff &n,const LinConstr<E> &c) |
---|
| 467 | { |
---|
| 468 | LinConstr<E> tmp(c); |
---|
| 469 | if(tmp.ub!=tmp.NaN) throw LogicError(); |
---|
| 470 | else tmp.ub=n; |
---|
| 471 | return tmp; |
---|
| 472 | } |
---|
| 473 | |
---|
| 474 | template<class E> |
---|
| 475 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
| 476 | operator<=(const LinConstr<E> &c,const typename E::Coeff &n) |
---|
| 477 | { |
---|
| 478 | LinConstr<E> tmp(c); |
---|
| 479 | if(tmp.ub!=tmp.NaN) throw LogicError(); |
---|
| 480 | else tmp.ub=n; |
---|
| 481 | return tmp; |
---|
| 482 | } |
---|
| 483 | |
---|
| 484 | template<class E> |
---|
| 485 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
| 486 | operator>=(const LinConstr<E> &c,const typename E::Coeff &n) |
---|
| 487 | { |
---|
| 488 | LinConstr<E> tmp(c); |
---|
| 489 | if(tmp.lb!=tmp.NaN) throw LogicError(); |
---|
| 490 | else tmp.lb=n; |
---|
| 491 | return tmp; |
---|
| 492 | } |
---|
| 493 | |
---|
| 494 | |
---|
| 495 | |
---|
[1253] | 496 | } //namespace lemon |
---|
| 497 | |
---|
| 498 | #endif //LEMON_LIN_EXPR_H |
---|