Split off ExpressionNode hierarchy
parent
e2f6f01941
commit
5a1ea6071b
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@ -0,0 +1,255 @@
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/* ----------------------------------------------------------------------------
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* GTSAM Copyright 2010, Georgia Tech Research Corporation,
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* Atlanta, Georgia 30332-0415
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* All Rights Reserved
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* Authors: Frank Dellaert, et al. (see THANKS for the full author list)
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* See LICENSE for the license information
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* -------------------------------------------------------------------------- */
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/**
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* @file Expression-inl.h
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* @date September 18, 2014
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* @author Frank Dellaert
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* @author Paul Furgale
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* @brief Internals for Expression.h, not for general consumption
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*/
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#include <gtsam/inference/Key.h>
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#include <boost/foreach.hpp>
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namespace gtsam {
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template<typename T>
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class Expression;
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/**
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* Expression node. The superclass for objects that do the heavy lifting
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* An Expression<T> has a pointer to an ExpressionNode<T> underneath
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* allowing Expressions to have polymorphic behaviour even though they
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* are passed by value. This is the same way boost::function works.
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* http://loki-lib.sourceforge.net/html/a00652.html
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*/
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template<class T>
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class ExpressionNode {
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protected:
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ExpressionNode() {
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}
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public:
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virtual ~ExpressionNode() {
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}
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/// Return keys that play in this expression as a set
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virtual std::set<Key> keys() const = 0;
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/// Return value and optional derivatives
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virtual T value(const Values& values,
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boost::optional<std::map<Key, Matrix>&> = boost::none) const = 0;
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};
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/// Constant Expression
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template<class T>
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class ConstantExpression: public ExpressionNode<T> {
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||||||
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||||||
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T value_;
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||||||
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/// Constructor with a value, yielding a constant
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ConstantExpression(const T& value) :
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value_(value) {
|
||||||
|
}
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||||||
|
friend class Expression<T> ;
|
||||||
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||||||
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public:
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||||||
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virtual ~ConstantExpression() {
|
||||||
|
}
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/// Return keys that play in this expression, i.e., the empty set
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virtual std::set<Key> keys() const {
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||||||
|
std::set<Key> keys;
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||||||
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return keys;
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|
}
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||||||
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||||||
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/// Return value and optional derivatives
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||||||
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virtual T value(const Values& values,
|
||||||
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boost::optional<std::map<Key, Matrix>&> jacobians = boost::none) const {
|
||||||
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return value_;
|
||||||
|
}
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||||||
|
};
|
||||||
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//-----------------------------------------------------------------------------
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||||||
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/// Leaf Expression
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template<class T>
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class LeafExpression: public ExpressionNode<T> {
|
||||||
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||||||
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Key key_;
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||||||
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/// Constructor with a single key
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||||||
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LeafExpression(Key key) :
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key_(key) {
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||||||
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}
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||||||
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||||||
|
friend class Expression<T> ;
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||||||
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||||||
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public:
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||||||
|
|
||||||
|
virtual ~LeafExpression() {
|
||||||
|
}
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||||||
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/// Return keys that play in this expression
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||||||
|
virtual std::set<Key> keys() const {
|
||||||
|
std::set<Key> keys;
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||||||
|
keys.insert(key_);
|
||||||
|
return keys;
|
||||||
|
}
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||||||
|
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||||||
|
/// Return value and optional derivatives
|
||||||
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virtual T value(const Values& values,
|
||||||
|
boost::optional<std::map<Key, Matrix>&> jacobians = boost::none) const {
|
||||||
|
const T& value = values.at<T>(key_);
|
||||||
|
if (jacobians) {
|
||||||
|
std::map<Key, Matrix>::iterator it = jacobians->find(key_);
|
||||||
|
if (it != jacobians->end()) {
|
||||||
|
it->second += Eigen::MatrixXd::Identity(value.dim(), value.dim());
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
(*jacobians)[key_] = Eigen::MatrixXd::Identity(value.dim(),
|
||||||
|
value.dim());
|
||||||
|
}
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||||||
|
}
|
||||||
|
return value;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
//-----------------------------------------------------------------------------
|
||||||
|
/// Unary Expression
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||||||
|
template<class T, class E>
|
||||||
|
class UnaryExpression: public ExpressionNode<T> {
|
||||||
|
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||||||
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public:
|
||||||
|
|
||||||
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typedef boost::function<T(const E&, boost::optional<Matrix&>)> function;
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private:
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||||||
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boost::shared_ptr<ExpressionNode<E> > expression_;
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function f_;
|
||||||
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||||||
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/// Constructor with a unary function f, and input argument e
|
||||||
|
UnaryExpression(function f, const Expression<E>& e) :
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||||||
|
expression_(e.root()), f_(f) {
|
||||||
|
}
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||||||
|
friend class Expression<T> ;
|
||||||
|
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||||||
|
public:
|
||||||
|
|
||||||
|
virtual ~UnaryExpression() {
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// Return keys that play in this expression
|
||||||
|
virtual std::set<Key> keys() const {
|
||||||
|
return expression_->keys();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// Return value and optional derivatives
|
||||||
|
virtual T value(const Values& values,
|
||||||
|
boost::optional<std::map<Key, Matrix>&> jacobians = boost::none) const {
|
||||||
|
|
||||||
|
T value;
|
||||||
|
if (jacobians) {
|
||||||
|
Eigen::MatrixXd H;
|
||||||
|
value = f_(expression_->value(values, jacobians), H);
|
||||||
|
std::map<Key, Matrix>::iterator it = jacobians->begin();
|
||||||
|
for (; it != jacobians->end(); ++it) {
|
||||||
|
it->second = H * it->second;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
value = f_(expression_->value(values), boost::none);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return value;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
//-----------------------------------------------------------------------------
|
||||||
|
/// Binary Expression
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||||||
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||||||
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template<class T, class E1, class E2>
|
||||||
|
class BinaryExpression: public ExpressionNode<T> {
|
||||||
|
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||||||
|
public:
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||||||
|
|
||||||
|
typedef boost::function<
|
||||||
|
T(const E1&, const E2&, boost::optional<Matrix&>,
|
||||||
|
boost::optional<Matrix&>)> function;
|
||||||
|
private:
|
||||||
|
|
||||||
|
boost::shared_ptr<ExpressionNode<E1> > expression1_;
|
||||||
|
boost::shared_ptr<ExpressionNode<E2> > expression2_;
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||||||
|
function f_;
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||||||
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||||||
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/// Constructor with a binary function f, and two input arguments
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BinaryExpression(function f, //
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||||||
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const Expression<E1>& e1, const Expression<E2>& e2) :
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||||||
|
expression1_(e1.root()), expression2_(e2.root()), f_(f) {
|
||||||
|
}
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||||||
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||||||
|
friend class Expression<T> ;
|
||||||
|
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||||||
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public:
|
||||||
|
|
||||||
|
virtual ~BinaryExpression() {
|
||||||
|
}
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/// Return keys that play in this expression
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|
virtual std::set<Key> keys() const {
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||||||
|
std::set<Key> keys1 = expression1_->keys();
|
||||||
|
std::set<Key> keys2 = expression2_->keys();
|
||||||
|
keys1.insert(keys2.begin(), keys2.end());
|
||||||
|
return keys1;
|
||||||
|
}
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||||||
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||||||
|
/// Return value and optional derivatives
|
||||||
|
virtual T value(const Values& values,
|
||||||
|
boost::optional<std::map<Key, Matrix>&> jacobians = boost::none) const {
|
||||||
|
T val;
|
||||||
|
if (jacobians) {
|
||||||
|
std::map<Key, Matrix> terms1;
|
||||||
|
std::map<Key, Matrix> terms2;
|
||||||
|
Matrix H1, H2;
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||||||
|
val = f_(expression1_->value(values, terms1),
|
||||||
|
expression2_->value(values, terms2), H1, H2);
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||||||
|
// TODO: both Jacobians and terms are sorted. There must be a simple
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// but fast algorithm that does this.
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||||||
|
typedef std::pair<Key, Matrix> Pair;
|
||||||
|
BOOST_FOREACH(const Pair& term, terms1) {
|
||||||
|
std::map<Key, Matrix>::iterator it = jacobians->find(term.first);
|
||||||
|
if (it != jacobians->end()) {
|
||||||
|
it->second += H1 * term.second;
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
(*jacobians)[term.first] = H1 * term.second;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
BOOST_FOREACH(const Pair& term, terms2) {
|
||||||
|
std::map<Key, Matrix>::iterator it = jacobians->find(term.first);
|
||||||
|
if (it != jacobians->end()) {
|
||||||
|
it->second += H2 * term.second;
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
(*jacobians)[term.first] = H2 * term.second;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
val = f_(expression1_->value(values), expression2_->value(values),
|
||||||
|
boost::none, boost::none);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return val;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
@ -17,243 +17,14 @@
|
||||||
* @brief Expressions for Block Automatic Differentiation
|
* @brief Expressions for Block Automatic Differentiation
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||||||
*/
|
*/
|
||||||
|
|
||||||
|
#include "Expression-inl.h"
|
||||||
#include <gtsam/nonlinear/NonlinearFactor.h>
|
#include <gtsam/nonlinear/NonlinearFactor.h>
|
||||||
#include <gtsam/inference/Key.h>
|
#include <gtsam/inference/Key.h>
|
||||||
|
|
||||||
#include <boost/make_shared.hpp>
|
#include <boost/make_shared.hpp>
|
||||||
#include <boost/foreach.hpp>
|
|
||||||
#include <boost/bind.hpp>
|
#include <boost/bind.hpp>
|
||||||
|
|
||||||
namespace gtsam {
|
namespace gtsam {
|
||||||
|
|
||||||
///-----------------------------------------------------------------------------
|
|
||||||
/// Expression node. The superclass for objects that do the heavy lifting
|
|
||||||
/// An Expression<T> has a pointer to an ExpressionNode<T> underneath
|
|
||||||
/// allowing Expressions to have polymorphic behaviour even though they
|
|
||||||
/// are passed by value. This is the same way boost::function works.
|
|
||||||
/// http://loki-lib.sourceforge.net/html/a00652.html
|
|
||||||
template<class T>
|
|
||||||
class ExpressionNode {
|
|
||||||
protected:
|
|
||||||
ExpressionNode() {
|
|
||||||
}
|
|
||||||
public:
|
|
||||||
virtual ~ExpressionNode() {
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
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||||||
/// Return keys that play in this expression as a set
|
|
||||||
virtual std::set<Key> keys() const = 0;
|
|
||||||
|
|
||||||
/// Return value and optional derivatives
|
|
||||||
virtual T value(const Values& values,
|
|
||||||
boost::optional<std::map<Key, Matrix>&> = boost::none) const = 0;
|
|
||||||
};
|
|
||||||
|
|
||||||
template<typename T>
|
|
||||||
class Expression;
|
|
||||||
|
|
||||||
/// Constant Expression
|
|
||||||
template<class T>
|
|
||||||
class ConstantExpression: public ExpressionNode<T> {
|
|
||||||
|
|
||||||
T value_;
|
|
||||||
|
|
||||||
/// Constructor with a value, yielding a constant
|
|
||||||
ConstantExpression(const T& value) :
|
|
||||||
value_(value) {
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
friend class Expression<T> ;
|
|
||||||
|
|
||||||
public:
|
|
||||||
|
|
||||||
virtual ~ConstantExpression() {
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/// Return keys that play in this expression, i.e., the empty set
|
|
||||||
virtual std::set<Key> keys() const {
|
|
||||||
std::set<Key> keys;
|
|
||||||
return keys;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/// Return value and optional derivatives
|
|
||||||
virtual T value(const Values& values,
|
|
||||||
boost::optional<std::map<Key, Matrix>&> jacobians = boost::none) const {
|
|
||||||
return value_;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
};
|
|
||||||
|
|
||||||
//-----------------------------------------------------------------------------
|
|
||||||
/// Leaf Expression
|
|
||||||
template<class T>
|
|
||||||
class LeafExpression: public ExpressionNode<T> {
|
|
||||||
|
|
||||||
Key key_;
|
|
||||||
|
|
||||||
/// Constructor with a single key
|
|
||||||
LeafExpression(Key key) :
|
|
||||||
key_(key) {
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
friend class Expression<T> ;
|
|
||||||
|
|
||||||
public:
|
|
||||||
|
|
||||||
virtual ~LeafExpression() {
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/// Return keys that play in this expression
|
|
||||||
virtual std::set<Key> keys() const {
|
|
||||||
std::set<Key> keys;
|
|
||||||
keys.insert(key_);
|
|
||||||
return keys;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/// Return value and optional derivatives
|
|
||||||
virtual T value(const Values& values,
|
|
||||||
boost::optional<std::map<Key, Matrix>&> jacobians = boost::none) const {
|
|
||||||
const T& value = values.at<T>(key_);
|
|
||||||
if (jacobians) {
|
|
||||||
std::map<Key, Matrix>::iterator it = jacobians->find(key_);
|
|
||||||
if (it != jacobians->end()) {
|
|
||||||
it->second += Eigen::MatrixXd::Identity(value.dim(), value.dim());
|
|
||||||
} else {
|
|
||||||
(*jacobians)[key_] = Eigen::MatrixXd::Identity(value.dim(),
|
|
||||||
value.dim());
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
return value;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
};
|
|
||||||
|
|
||||||
//-----------------------------------------------------------------------------
|
|
||||||
/// Unary Expression
|
|
||||||
template<class T, class E>
|
|
||||||
class UnaryExpression: public ExpressionNode<T> {
|
|
||||||
|
|
||||||
public:
|
|
||||||
|
|
||||||
typedef boost::function<T(const E&, boost::optional<Matrix&>)> function;
|
|
||||||
|
|
||||||
private:
|
|
||||||
|
|
||||||
boost::shared_ptr<ExpressionNode<E> > expression_;
|
|
||||||
function f_;
|
|
||||||
|
|
||||||
/// Constructor with a unary function f, and input argument e
|
|
||||||
UnaryExpression(function f, const Expression<E>& e) :
|
|
||||||
expression_(e.root()), f_(f) {
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
friend class Expression<T> ;
|
|
||||||
|
|
||||||
public:
|
|
||||||
|
|
||||||
virtual ~UnaryExpression() {
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/// Return keys that play in this expression
|
|
||||||
virtual std::set<Key> keys() const {
|
|
||||||
return expression_->keys();
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/// Return value and optional derivatives
|
|
||||||
virtual T value(const Values& values,
|
|
||||||
boost::optional<std::map<Key, Matrix>&> jacobians = boost::none) const {
|
|
||||||
|
|
||||||
T value;
|
|
||||||
if (jacobians) {
|
|
||||||
Eigen::MatrixXd H;
|
|
||||||
value = f_(expression_->value(values, jacobians), H);
|
|
||||||
std::map<Key, Matrix>::iterator it = jacobians->begin();
|
|
||||||
for (; it != jacobians->end(); ++it) {
|
|
||||||
it->second = H * it->second;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
} else {
|
|
||||||
value = f_(expression_->value(values), boost::none);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
return value;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
};
|
|
||||||
|
|
||||||
//-----------------------------------------------------------------------------
|
|
||||||
/// Binary Expression
|
|
||||||
|
|
||||||
template<class T, class E1, class E2>
|
|
||||||
class BinaryExpression: public ExpressionNode<T> {
|
|
||||||
|
|
||||||
public:
|
|
||||||
|
|
||||||
typedef boost::function<
|
|
||||||
T(const E1&, const E2&, boost::optional<Matrix&>,
|
|
||||||
boost::optional<Matrix&>)> function;
|
|
||||||
private:
|
|
||||||
|
|
||||||
boost::shared_ptr<ExpressionNode<E1> > expression1_;
|
|
||||||
boost::shared_ptr<ExpressionNode<E2> > expression2_;
|
|
||||||
function f_;
|
|
||||||
|
|
||||||
/// Constructor with a binary function f, and two input arguments
|
|
||||||
BinaryExpression(function f, //
|
|
||||||
const Expression<E1>& e1, const Expression<E2>& e2) :
|
|
||||||
expression1_(e1.root()), expression2_(e2.root()), f_(f) {
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
friend class Expression<T> ;
|
|
||||||
|
|
||||||
public:
|
|
||||||
|
|
||||||
virtual ~BinaryExpression() {
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/// Return keys that play in this expression
|
|
||||||
virtual std::set<Key> keys() const {
|
|
||||||
std::set<Key> keys1 = expression1_->keys();
|
|
||||||
std::set<Key> keys2 = expression2_->keys();
|
|
||||||
keys1.insert(keys2.begin(), keys2.end());
|
|
||||||
return keys1;
|
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}
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/// Return value and optional derivatives
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virtual T value(const Values& values,
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boost::optional<std::map<Key, Matrix>&> jacobians = boost::none) const {
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T val;
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if (jacobians) {
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std::map<Key, Matrix> terms1;
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std::map<Key, Matrix> terms2;
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Matrix H1, H2;
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val = f_(expression1_->value(values, terms1),
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expression2_->value(values, terms2), H1, H2);
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// TODO: both Jacobians and terms are sorted. There must be a simple
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// but fast algorithm that does this.
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typedef std::pair<Key, Matrix> Pair;
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BOOST_FOREACH(const Pair& term, terms1) {
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std::map<Key, Matrix>::iterator it = jacobians->find(term.first);
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if (it != jacobians->end()) {
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it->second += H1 * term.second;
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||||||
} else {
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||||||
(*jacobians)[term.first] = H1 * term.second;
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||||||
}
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}
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||||||
BOOST_FOREACH(const Pair& term, terms2) {
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||||||
std::map<Key, Matrix>::iterator it = jacobians->find(term.first);
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||||||
if (it != jacobians->end()) {
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||||||
it->second += H2 * term.second;
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||||||
} else {
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||||||
(*jacobians)[term.first] = H2 * term.second;
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}
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||||||
}
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||||||
} else {
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||||||
val = f_(expression1_->value(values), expression2_->value(values),
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||||||
boost::none, boost::none);
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||||||
}
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return val;
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}
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||||||
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};
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||||||
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||||||
/**
|
/**
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||||||
* Expression class that supports automatic differentiation
|
* Expression class that supports automatic differentiation
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||||||
*/
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*/
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||||||
|
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@ -323,8 +94,9 @@ Expression<T> operator*(const Expression<T>& expression1,
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expression1, expression2);
|
expression1, expression2);
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||||||
}
|
}
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||||||
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|
||||||
//-----------------------------------------------------------------------------
|
/**
|
||||||
/// AD Factor
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* BAD Factor that supports arbitrary expressions via AD
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||||||
|
*/
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||||||
template<class T>
|
template<class T>
|
||||||
class BADFactor: NonlinearFactor {
|
class BADFactor: NonlinearFactor {
|
||||||
|
|
||||||
|
|
@ -381,5 +153,7 @@ public:
|
||||||
}
|
}
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||||||
|
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
// BADFactor
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||||||
|
|
||||||
}
|
}
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||||||
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||||||
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||||||
Loading…
Reference in New Issue