Initial opendaylight infrastructure commit!!
[controller.git] / third-party / net.sf.jung2 / src / main / java / edu / uci / ics / jung / algorithms / scoring / VoltageScorer.java
diff --git a/third-party/net.sf.jung2/src/main/java/edu/uci/ics/jung/algorithms/scoring/VoltageScorer.java b/third-party/net.sf.jung2/src/main/java/edu/uci/ics/jung/algorithms/scoring/VoltageScorer.java
new file mode 100644 (file)
index 0000000..f05b911
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,250 @@
+/*
+ * Created on Jul 15, 2007
+ *
+ * Copyright (c) 2007, the JUNG Project and the Regents of the University 
+ * of California
+ * All rights reserved.
+ *
+ * This software is open-source under the BSD license; see either
+ * "license.txt" or
+ * http://jung.sourceforge.net/license.txt for a description.
+ */
+package edu.uci.ics.jung.algorithms.scoring;
+
+import java.util.Collection;
+import java.util.Collections;
+import java.util.HashMap;
+import java.util.Map;
+
+import org.apache.commons.collections15.Transformer;
+
+import edu.uci.ics.jung.algorithms.scoring.util.UniformDegreeWeight;
+import edu.uci.ics.jung.graph.Hypergraph;
+
+/**
+ * Assigns scores to vertices according to their 'voltage' in an approximate 
+ * solution to the Kirchoff equations.  This is accomplished by tying "source"
+ * vertices to specified positive voltages, "sink" vertices to 0 V, and 
+ * iteratively updating the voltage of each other vertex to the (weighted) 
+ * average of the voltages of its neighbors.
+ * 
+ * <p>The resultant voltages will all be in the range <code>[0, max]</code>
+ * where <code>max</code> is the largest voltage of any source vertex (in the
+ * absence of negative source voltages; see below).
+ * 
+ * <p>A few notes about this algorithm's interpretation of the graph data: 
+ * <ul>
+ * <li/>Higher edge weights are interpreted as indicative of greater 
+ * influence/effect than lower edge weights.  
+ * <li/>Negative edge weights (and negative "source" voltages) invalidate
+ * the interpretation of the resultant values as voltages.  However, this 
+ * algorithm will not reject graphs with negative edge weights or source voltages.
+ * <li/>Parallel edges are equivalent to a single edge whose weight is the 
+ * sum of the weights on the parallel edges.
+ * <li/>Current flows along undirected edges in both directions, 
+ * but only flows along directed edges in the direction of the edge.
+ * </ul>
+ * </p> 
+ */
+public class VoltageScorer<V, E> extends AbstractIterativeScorer<V, E, Double>
+        implements VertexScorer<V, Double>
+{
+    protected Map<V, ? extends Number> source_voltages;
+    protected Collection<V> sinks;
+    
+    /**
+     * Creates an instance with the specified graph, edge weights, source voltages,
+     * and sinks.
+     * @param g the input graph
+     * @param edge_weights the edge weights, representing conductivity
+     * @param source_voltages the (fixed) voltage for each source
+     * @param sinks the vertices whose voltages are tied to 0
+     */
+    public VoltageScorer(Hypergraph<V, E> g, Transformer<E, ? extends Number> edge_weights, 
+            Map<V, ? extends Number> source_voltages, Collection<V> sinks)
+    {
+        super(g, edge_weights);
+        this.source_voltages = source_voltages;
+        this.sinks = sinks;
+        initialize();
+    }
+
+    /**
+     * Creates an instance with the specified graph, edge weights, source vertices
+     * (each of whose 'voltages' are tied to 1), and sinks.
+     * @param g the input graph
+     * @param edge_weights the edge weights, representing conductivity
+     * @param sources the vertices whose voltages are tied to 1
+     * @param sinks the vertices whose voltages are tied to 0
+     */
+    public VoltageScorer(Hypergraph<V, E> g, Transformer<E, ? extends Number> edge_weights, 
+            Collection<V> sources, Collection<V> sinks)
+    {
+        super(g, edge_weights);
+        
+        Map<V, Double> unit_voltages = new HashMap<V, Double>();
+        for(V v : sources) 
+            unit_voltages.put(v, new Double(1.0));
+        this.source_voltages = unit_voltages;
+        this.sinks = sinks;
+        initialize();
+    }
+
+    /**
+     * Creates an instance with the specified graph, source vertices
+     * (each of whose 'voltages' are tied to 1), and sinks.
+     * The outgoing edges for each vertex are assigned 
+     * weights that sum to 1.
+     * @param g the input graph
+     * @param sources the vertices whose voltages are tied to 1
+     * @param sinks the vertices whose voltages are tied to 0
+     */
+    public VoltageScorer(Hypergraph<V, E> g, Collection<V> sources, Collection<V> sinks)
+    {
+        super(g);
+        
+        Map<V, Double> unit_voltages = new HashMap<V, Double>();
+        for(V v : sources) 
+            unit_voltages.put(v, new Double(1.0));
+        this.source_voltages = unit_voltages;
+        this.sinks = sinks;
+        initialize();
+    }
+    
+    /**
+     * Creates an instance with the specified graph, source voltages,
+     * and sinks.  The outgoing edges for each vertex are assigned 
+     * weights that sum to 1.
+     * @param g the input graph
+     * @param source_voltages the (fixed) voltage for each source
+     * @param sinks the vertices whose voltages are tied to 0
+     */
+    public VoltageScorer(Hypergraph<V, E> g, Map<V, ? extends Number> source_voltages, 
+               Collection<V> sinks)
+    {
+        super(g);
+        this.source_voltages = source_voltages;
+        this.sinks = sinks;
+        this.edge_weights = new UniformDegreeWeight<V,E>(g);
+        initialize();
+    }
+    
+    /**
+     * Creates an instance with the specified graph, edge weights, source, and
+     * sink.  The source vertex voltage is tied to 1.
+     * @param g the input graph
+     * @param edge_weights the edge weights, representing conductivity
+     * @param source the vertex whose voltage is tied to 1
+     * @param sink the vertex whose voltage is tied to 0
+     */
+    public VoltageScorer(Hypergraph<V,E> g, Transformer<E, ? extends Number> edge_weights, 
+               V source, V sink)
+    {
+        this(g, edge_weights, Collections.singletonMap(source, 1.0), Collections.singletonList(sink));
+        initialize();
+    }
+
+    /**
+     * Creates an instance with the specified graph, edge weights, source, and
+     * sink.  The source vertex voltage is tied to 1.
+     * The outgoing edges for each vertex are assigned 
+     * weights that sum to 1.
+     * @param g the input graph
+     * @param source the vertex whose voltage is tied to 1
+     * @param sink the vertex whose voltage is tied to 0
+     */
+    public VoltageScorer(Hypergraph<V,E> g, V source, V sink)
+    {
+        this(g, Collections.singletonMap(source, 1.0), Collections.singletonList(sink));
+        initialize();
+    }
+
+    
+    /**
+     * Initializes the state of this instance.
+     */
+    @Override
+    public void initialize()
+    {
+        super.initialize();
+        
+        // sanity check
+        if (source_voltages.isEmpty() || sinks.isEmpty())
+            throw new IllegalArgumentException("Both sources and sinks (grounds) must be defined");
+        
+        if (source_voltages.size() + sinks.size() > graph.getVertexCount())
+            throw new IllegalArgumentException("Source/sink sets overlap, or contain vertices not in graph");
+        
+        for (Map.Entry<V, ? extends Number> entry : source_voltages.entrySet())
+        {
+            V v = entry.getKey();
+            if (sinks.contains(v))
+                throw new IllegalArgumentException("Vertex " + v + " is incorrectly specified as both source and sink");
+            double value = entry.getValue().doubleValue();
+            if (value <= 0)
+                throw new IllegalArgumentException("Source vertex " + v + " has negative voltage");
+        }
+        
+        // set up initial voltages
+        for (V v : graph.getVertices())
+        {
+            if (source_voltages.containsKey(v))
+                setOutputValue(v, source_voltages.get(v).doubleValue());
+            else
+                setOutputValue(v, 0.0);
+        }
+    }
+    
+    /**
+     * @see edu.uci.ics.jung.algorithms.scoring.AbstractIterativeScorer#update(Object)
+     */
+    @Override
+    public double update(V v)
+    {
+        // if it's a voltage source or sink, we're done
+        Number source_volts = source_voltages.get(v);
+        if (source_volts != null) 
+        {
+            setOutputValue(v, source_volts.doubleValue());
+            return 0.0;
+        }
+        if (sinks.contains(v))
+        {
+            setOutputValue(v, 0.0);
+            return 0.0;
+        }
+        
+        Collection<E> edges = graph.getInEdges(v);
+        double voltage_sum = 0;
+        double weight_sum = 0;
+        for (E e: edges)
+        {
+               int incident_count = getAdjustedIncidentCount(e);
+               for (V w : graph.getIncidentVertices(e)) 
+               {
+                       if (!w.equals(v) || hyperedges_are_self_loops) 
+                       {
+                               double weight = getEdgeWeight(w,e).doubleValue() / incident_count;
+                               voltage_sum += getCurrentValue(w).doubleValue() * weight;
+                               weight_sum += weight;
+                       }
+               }
+//            V w = graph.getOpposite(v, e);
+//            double weight = getEdgeWeight(w,e).doubleValue();
+//            voltage_sum += getCurrentValue(w).doubleValue() * weight;
+//            weight_sum += weight;
+        }
+
+        // if either is 0, new value is 0
+        if (voltage_sum == 0 || weight_sum == 0)
+        {
+            setOutputValue(v, 0.0);
+            return getCurrentValue(v).doubleValue();
+        }
+        
+        setOutputValue(v, voltage_sum / weight_sum);
+        return Math.abs(getCurrentValue(v).doubleValue() - voltage_sum / weight_sum);
+    }
+
+}
+