liuxiaolong
2021-07-20 58d904a328c0d849769b483e901a0be9426b8209
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
// Copyright 2015-2018 Hans Dembinski
//
// Distributed under the Boost Software License, Version 1.0.
// (See accompanying file LICENSE_1_0.txt
// or copy at http://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt)
 
#ifndef BOOST_HISTOGRAM_AXIS_REGULAR_HPP
#define BOOST_HISTOGRAM_AXIS_REGULAR_HPP
 
#include <boost/core/nvp.hpp>
#include <boost/histogram/axis/interval_view.hpp>
#include <boost/histogram/axis/iterator.hpp>
#include <boost/histogram/axis/metadata_base.hpp>
#include <boost/histogram/axis/option.hpp>
#include <boost/histogram/detail/convert_integer.hpp>
#include <boost/histogram/detail/relaxed_equal.hpp>
#include <boost/histogram/detail/replace_type.hpp>
#include <boost/histogram/fwd.hpp>
#include <boost/mp11/utility.hpp>
#include <boost/throw_exception.hpp>
#include <cassert>
#include <cmath>
#include <limits>
#include <stdexcept>
#include <string>
#include <type_traits>
#include <utility>
 
namespace boost {
namespace histogram {
namespace detail {
 
template <class T>
using get_scale_type_helper = typename T::value_type;
 
template <class T>
using get_scale_type = mp11::mp_eval_or<T, detail::get_scale_type_helper, T>;
 
struct one_unit {};
 
template <class T>
T operator*(T&& t, const one_unit&) {
  return std::forward<T>(t);
}
 
template <class T>
T operator/(T&& t, const one_unit&) {
  return std::forward<T>(t);
}
 
template <class T>
using get_unit_type_helper = typename T::unit_type;
 
template <class T>
using get_unit_type = mp11::mp_eval_or<one_unit, detail::get_unit_type_helper, T>;
 
template <class T, class R = get_scale_type<T>>
R get_scale(const T& t) {
  return t / get_unit_type<T>();
}
 
} // namespace detail
 
namespace axis {
 
namespace transform {
 
/// Identity transform for equidistant bins.
struct id {
  /// Pass-through.
  template <class T>
  static T forward(T&& x) noexcept {
    return std::forward<T>(x);
  }
 
  /// Pass-through.
  template <class T>
  static T inverse(T&& x) noexcept {
    return std::forward<T>(x);
  }
 
  template <class Archive>
  void serialize(Archive&, unsigned /* version */) {}
};
 
/// Log transform for equidistant bins in log-space.
struct log {
  /// Returns log(x) of external value x.
  template <class T>
  static T forward(T x) {
    return std::log(x);
  }
 
  /// Returns exp(x) for internal value x.
  template <class T>
  static T inverse(T x) {
    return std::exp(x);
  }
 
  template <class Archive>
  void serialize(Archive&, unsigned /* version */) {}
};
 
/// Sqrt transform for equidistant bins in sqrt-space.
struct sqrt {
  /// Returns sqrt(x) of external value x.
  template <class T>
  static T forward(T x) {
    return std::sqrt(x);
  }
 
  /// Returns x^2 of internal value x.
  template <class T>
  static T inverse(T x) {
    return x * x;
  }
 
  template <class Archive>
  void serialize(Archive&, unsigned /* version */) {}
};
 
/// Pow transform for equidistant bins in pow-space.
struct pow {
  double power = 1; /**< power index */
 
  /// Make transform with index p.
  explicit pow(double p) : power(p) {}
  pow() = default;
 
  /// Returns pow(x, power) of external value x.
  template <class T>
  auto forward(T x) const {
    return std::pow(x, power);
  }
 
  /// Returns pow(x, 1/power) of external value x.
  template <class T>
  auto inverse(T x) const {
    return std::pow(x, 1.0 / power);
  }
 
  bool operator==(const pow& o) const noexcept { return power == o.power; }
 
  template <class Archive>
  void serialize(Archive& ar, unsigned /* version */) {
    ar& make_nvp("power", power);
  }
};
 
} // namespace transform
 
#ifndef BOOST_HISTOGRAM_DOXYGEN_INVOKED
// Type envelope to mark value as step size
template <class T>
struct step_type {
  T value;
};
#endif
 
/**
  Helper function to mark argument as step size.
 */
template <class T>
step_type<T> step(T t) {
  return step_type<T>{t};
}
 
/**
  Axis for equidistant intervals on the real line.
 
  The most common binning strategy. Very fast. Binning is a O(1) operation.
 
  @tparam Value input value type, must be floating point.
  @tparam Transform builtin or user-defined transform type.
  @tparam MetaData type to store meta data.
  @tparam Options see boost::histogram::axis::option (all values allowed).
 */
template <class Value, class Transform, class MetaData, class Options>
class regular : public iterator_mixin<regular<Value, Transform, MetaData, Options>>,
                protected detail::replace_default<Transform, transform::id>,
                public metadata_base_t<MetaData> {
  // these must be private, so that they are not automatically inherited
  using value_type = Value;
  using transform_type = detail::replace_default<Transform, transform::id>;
  using metadata_base = metadata_base_t<MetaData>;
  using metadata_type = typename metadata_base::metadata_type;
  using options_type =
      detail::replace_default<Options, decltype(option::underflow | option::overflow)>;
 
  static_assert(std::is_nothrow_move_constructible<transform_type>::value,
                "transform must be no-throw move constructible");
  static_assert(std::is_nothrow_move_assignable<transform_type>::value,
                "transform must be no-throw move assignable");
 
  using unit_type = detail::get_unit_type<value_type>;
  using internal_value_type = detail::get_scale_type<value_type>;
 
  static_assert(std::is_floating_point<internal_value_type>::value,
                "regular axis requires floating point type");
 
  static_assert(
      (!options_type::test(option::circular) && !options_type::test(option::growth)) ||
          (options_type::test(option::circular) ^ options_type::test(option::growth)),
      "circular and growth options are mutually exclusive");
 
public:
  constexpr regular() = default;
 
  /** Construct n bins over real transformed range [start, stop).
   *
   * @param trans    transform instance to use.
   * @param n        number of bins.
   * @param start    low edge of first bin.
   * @param stop     high edge of last bin.
   * @param meta     description of the axis (optional).
   */
  regular(transform_type trans, unsigned n, value_type start, value_type stop,
          metadata_type meta = {})
      : transform_type(std::move(trans))
      , metadata_base(std::move(meta))
      , size_(static_cast<index_type>(n))
      , min_(this->forward(detail::get_scale(start)))
      , delta_(this->forward(detail::get_scale(stop)) - min_) {
    if (size() == 0) BOOST_THROW_EXCEPTION(std::invalid_argument("bins > 0 required"));
    if (!std::isfinite(min_) || !std::isfinite(delta_))
      BOOST_THROW_EXCEPTION(
          std::invalid_argument("forward transform of start or stop invalid"));
    if (delta_ == 0)
      BOOST_THROW_EXCEPTION(std::invalid_argument("range of axis is zero"));
  }
 
  /** Construct n bins over real range [start, stop).
   *
   * @param n        number of bins.
   * @param start    low edge of first bin.
   * @param stop     high edge of last bin.
   * @param meta     description of the axis (optional).
   */
  regular(unsigned n, value_type start, value_type stop, metadata_type meta = {})
      : regular({}, n, start, stop, std::move(meta)) {}
 
  /** Construct bins with the given step size over real transformed range
   * [start, stop).
   *
   * @param trans   transform instance to use.
   * @param step    width of a single bin.
   * @param start   low edge of first bin.
   * @param stop    upper limit of high edge of last bin (see below).
   * @param meta    description of the axis (optional).
   *
   * The axis computes the number of bins as n = abs(stop - start) / step,
   * rounded down. This means that stop is an upper limit to the actual value
   * (start + n * step).
   */
  template <class T>
  regular(transform_type trans, step_type<T> step, value_type start, value_type stop,
          metadata_type meta = {})
      : regular(trans, static_cast<index_type>(std::abs(stop - start) / step.value),
                start,
                start + static_cast<index_type>(std::abs(stop - start) / step.value) *
                            step.value,
                std::move(meta)) {}
 
  /** Construct bins with the given step size over real range [start, stop).
   *
   * @param step    width of a single bin.
   * @param start   low edge of first bin.
   * @param stop    upper limit of high edge of last bin (see below).
   * @param meta    description of the axis (optional).
   *
   * The axis computes the number of bins as n = abs(stop - start) / step,
   * rounded down. This means that stop is an upper limit to the actual value
   * (start + n * step).
   */
  template <class T>
  regular(step_type<T> step, value_type start, value_type stop, metadata_type meta = {})
      : regular({}, step, start, stop, std::move(meta)) {}
 
  /// Constructor used by algorithm::reduce to shrink and rebin (not for users).
  regular(const regular& src, index_type begin, index_type end, unsigned merge)
      : regular(src.transform(), (end - begin) / merge, src.value(begin), src.value(end),
                src.metadata()) {
    assert((end - begin) % merge == 0);
    if (options_type::test(option::circular) && !(begin == 0 && end == src.size()))
      BOOST_THROW_EXCEPTION(std::invalid_argument("cannot shrink circular axis"));
  }
 
  /// Return instance of the transform type.
  const transform_type& transform() const noexcept { return *this; }
 
  /// Return index for value argument.
  index_type index(value_type x) const noexcept {
    // Runs in hot loop, please measure impact of changes
    auto z = (this->forward(x / unit_type{}) - min_) / delta_;
    if (options_type::test(option::circular)) {
      if (std::isfinite(z)) {
        z -= std::floor(z);
        return static_cast<index_type>(z * size());
      }
    } else {
      if (z < 1) {
        if (z >= 0)
          return static_cast<index_type>(z * size());
        else
          return -1;
      }
    }
    return size(); // also returned if x is NaN
  }
 
  /// Returns index and shift (if axis has grown) for the passed argument.
  std::pair<index_type, index_type> update(value_type x) noexcept {
    assert(options_type::test(option::growth));
    const auto z = (this->forward(x / unit_type{}) - min_) / delta_;
    if (z < 1) { // don't use i here!
      if (z >= 0) {
        const auto i = static_cast<axis::index_type>(z * size());
        return {i, 0};
      }
      if (z != -std::numeric_limits<internal_value_type>::infinity()) {
        const auto stop = min_ + delta_;
        const auto i = static_cast<axis::index_type>(std::floor(z * size()));
        min_ += i * (delta_ / size());
        delta_ = stop - min_;
        size_ -= i;
        return {0, -i};
      }
      // z is -infinity
      return {-1, 0};
    }
    // z either beyond range, infinite, or NaN
    if (z < std::numeric_limits<internal_value_type>::infinity()) {
      const auto i = static_cast<axis::index_type>(z * size());
      const auto n = i - size() + 1;
      delta_ /= size();
      delta_ *= size() + n;
      size_ += n;
      return {i, -n};
    }
    // z either infinite or NaN
    return {size(), 0};
  }
 
  /// Return value for fractional index argument.
  value_type value(real_index_type i) const noexcept {
    auto z = i / size();
    if (!options_type::test(option::circular) && z < 0.0)
      z = -std::numeric_limits<internal_value_type>::infinity() * delta_;
    else if (options_type::test(option::circular) || z <= 1.0)
      z = (1.0 - z) * min_ + z * (min_ + delta_);
    else {
      z = std::numeric_limits<internal_value_type>::infinity() * delta_;
    }
    return static_cast<value_type>(this->inverse(z) * unit_type());
  }
 
  /// Return bin for index argument.
  decltype(auto) bin(index_type idx) const noexcept {
    return interval_view<regular>(*this, idx);
  }
 
  /// Returns the number of bins, without over- or underflow.
  index_type size() const noexcept { return size_; }
 
  /// Returns the options.
  static constexpr unsigned options() noexcept { return options_type::value; }
 
  template <class V, class T, class M, class O>
  bool operator==(const regular<V, T, M, O>& o) const noexcept {
    return detail::relaxed_equal{}(transform(), o.transform()) && size() == o.size() &&
           min_ == o.min_ && delta_ == o.delta_ &&
           detail::relaxed_equal{}(this->metadata(), o.metadata());
  }
  template <class V, class T, class M, class O>
  bool operator!=(const regular<V, T, M, O>& o) const noexcept {
    return !operator==(o);
  }
 
  template <class Archive>
  void serialize(Archive& ar, unsigned /* version */) {
    ar& make_nvp("transform", static_cast<transform_type&>(*this));
    ar& make_nvp("size", size_);
    ar& make_nvp("meta", this->metadata());
    ar& make_nvp("min", min_);
    ar& make_nvp("delta", delta_);
  }
 
private:
  index_type size_{0};
  internal_value_type min_{0}, delta_{1};
 
  template <class V, class T, class M, class O>
  friend class regular;
};
 
#if __cpp_deduction_guides >= 201606
 
template <class T>
regular(unsigned, T, T)
    ->regular<detail::convert_integer<T, double>, transform::id, null_type>;
 
template <class T, class M>
regular(unsigned, T, T, M)
    ->regular<detail::convert_integer<T, double>, transform::id,
              detail::replace_cstring<std::decay_t<M>>>;
 
template <class Tr, class T, class = detail::requires_transform<Tr, T>>
regular(Tr, unsigned, T, T)->regular<detail::convert_integer<T, double>, Tr, null_type>;
 
template <class Tr, class T, class M>
regular(Tr, unsigned, T, T, M)
    ->regular<detail::convert_integer<T, double>, Tr,
              detail::replace_cstring<std::decay_t<M>>>;
 
#endif
 
/// Regular axis with circular option already set.
template <class Value = double, class MetaData = use_default, class Options = use_default>
#ifndef BOOST_HISTOGRAM_DOXYGEN_INVOKED
using circular = regular<Value, transform::id, MetaData,
                         decltype(detail::replace_default<Options, option::overflow_t>{} |
                                  option::circular)>;
#else
class circular;
#endif
 
} // namespace axis
} // namespace histogram
} // namespace boost
 
#endif