]> gitweb.michael.orlitzky.com - dunshire.git/blobdiff - src/dunshire/games.py
Rename "xi" and "gamma" to "p" and "q" to avoid name clashes with CVXOPT.
[dunshire.git] / src / dunshire / games.py
index 3db6dd07c4163ea998fcdb9eb6abfeda17757db2..43fa007c61077c90ef627e9738afbaa09dcde9c1 100644 (file)
@@ -5,17 +5,11 @@ This module contains the main :class:`SymmetricLinearGame` class that
 knows how to solve a linear game.
 """
 
-# These few are used only for tests.
-from math import sqrt
-from random import randint, uniform
-from unittest import TestCase
-
-# These are mostly actually needed.
 from cvxopt import matrix, printing, solvers
-from cones import CartesianProduct, IceCream, NonnegativeOrthant
-from errors import GameUnsolvableException
-from matrices import append_col, append_row, identity, inner_product, norm
-import options
+from .cones import CartesianProduct
+from .errors import GameUnsolvableException
+from .matrices import append_col, append_row, identity
+from . import options
 
 printing.options['dformat'] = options.FLOAT_FORMAT
 solvers.options['show_progress'] = options.VERBOSE
@@ -210,7 +204,7 @@ class SymmetricLinearGame:
     Examples
     --------
 
-        >>> from cones import NonnegativeOrthant
+        >>> from dunshire import *
         >>> K = NonnegativeOrthant(3)
         >>> L = [[1,-5,-15],[-1,2,-3],[-12,-15,1]]
         >>> e1 = [1,1,1]
@@ -231,7 +225,7 @@ class SymmetricLinearGame:
 
     Lists can (and probably should) be used for every argument::
 
-        >>> from cones import NonnegativeOrthant
+        >>> from dunshire import *
         >>> K = NonnegativeOrthant(2)
         >>> L = [[1,0],[0,1]]
         >>> e1 = [1,1]
@@ -253,7 +247,7 @@ class SymmetricLinearGame:
 
         >>> import cvxopt
         >>> import numpy
-        >>> from cones import NonnegativeOrthant
+        >>> from dunshire import *
         >>> K = NonnegativeOrthant(2)
         >>> L = [[1,0],[0,1]]
         >>> e1 = cvxopt.matrix([1,1])
@@ -274,7 +268,7 @@ class SymmetricLinearGame:
     otherwise indexed by columns::
 
         >>> import cvxopt
-        >>> from cones import NonnegativeOrthant
+        >>> from dunshire import *
         >>> K = NonnegativeOrthant(2)
         >>> L = [[1,2],[3,4]]
         >>> e1 = [1,1]
@@ -363,7 +357,7 @@ class SymmetricLinearGame:
         This example is computed in Gowda and Ravindran in the section
         "The value of a Z-transformation"::
 
-            >>> from cones import NonnegativeOrthant
+            >>> from dunshire import *
             >>> K = NonnegativeOrthant(3)
             >>> L = [[1,-5,-15],[-1,2,-3],[-12,-15,1]]
             >>> e1 = [1,1,1]
@@ -383,7 +377,7 @@ class SymmetricLinearGame:
         The value of the following game can be computed using the fact
         that the identity is invertible::
 
-            >>> from cones import NonnegativeOrthant
+            >>> from dunshire import *
             >>> K = NonnegativeOrthant(3)
             >>> L = [[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]]
             >>> e1 = [1,2,3]
@@ -433,6 +427,12 @@ class SymmetricLinearGame:
         # what happened.
         soln_dict = solvers.conelp(c, G, h, C.cvxopt_dims(), A, b)
 
+        # The optimal strategies are named ``p`` and ``q`` in the
+        # background documentation, and we need to extract them from
+        # the CVXOPT ``x`` and ``z`` variables. The objective values
+        # :math:`nu` and :math:`omega` can also be found in the CVXOPT
+        # ``x`` and ``y`` variables; however, they're stored
+        # conveniently as separate entries in the solution dictionary.
         p1_value = -soln_dict['primal objective']
         p2_value = -soln_dict['dual objective']
         p1_optimal = soln_dict['x'][1:]
@@ -454,7 +454,7 @@ class SymmetricLinearGame:
             # objectives match (within a tolerance) and that the
             # primal/dual optimal solutions are within the cone (to a
             # tolerance as well).
-            if (abs(p1_value - p2_value) > options.ABS_TOL):
+            if abs(p1_value - p2_value) > options.ABS_TOL:
                 raise GameUnsolvableException(soln_dict)
             if (p1_optimal not in self._K) or (p2_optimal not in self._K):
                 raise GameUnsolvableException(soln_dict)
@@ -474,7 +474,7 @@ class SymmetricLinearGame:
         Examples
         --------
 
-            >>> from cones import NonnegativeOrthant
+            >>> from dunshire import *
             >>> K = NonnegativeOrthant(3)
             >>> L = [[1,-5,-15],[-1,2,-3],[-12,-15,1]]
             >>> e1 = [1,1,1]
@@ -501,260 +501,3 @@ class SymmetricLinearGame:
                                    self._K,
                                    self._e2,
                                    self._e1)
-
-
-class SymmetricLinearGameTest(TestCase):
-    """
-    Tests for the SymmetricLinearGame and Solution classes.
-    """
-
-    def random_square_matrix(self, dims):
-        """
-        Generate a random square (``dims``-by-``dims``) matrix,
-        represented as a list of rows.
-        """
-        return [[uniform(-10, 10) for i in range(dims)] for j in range(dims)]
-
-
-    def random_orthant_params(self):
-        """
-        Generate the ``L``, ``K``, ``e1``, and ``e2`` parameters for a
-        random game over the nonnegative orthant.
-        """
-        ambient_dim = randint(1, 10)
-        K = NonnegativeOrthant(ambient_dim)
-        e1 = [uniform(0.5, 10) for idx in range(K.dimension())]
-        e2 = [uniform(0.5, 10) for idx in range(K.dimension())]
-        L = self.random_square_matrix(K.dimension())
-        return (L, K, e1, e2)
-
-
-    def random_icecream_params(self):
-        """
-        Generate the ``L``, ``K``, ``e1``, and ``e2`` parameters for a
-        random game over the ice cream cone.
-        """
-        # Use a minimum dimension of two to avoid divide-by-zero in
-        # the fudge factor we make up later.
-        ambient_dim = randint(2, 10)
-        K = IceCream(ambient_dim)
-        e1 = [1] # Set the "height" of e1 to one
-        e2 = [1] # And the same for e2
-
-        # If we choose the rest of the components of e1,e2 randomly
-        # between 0 and 1, then the largest the squared norm of the
-        # non-height part of e1,e2 could be is the 1*(dim(K) - 1). We
-        # need to make it less than one (the height of the cone) so
-        # that the whole thing is in the cone. The norm of the
-        # non-height part is sqrt(dim(K) - 1), and we can divide by
-        # twice that.
-        fudge_factor = 1.0 / (2.0*sqrt(K.dimension() - 1.0))
-        e1 += [fudge_factor*uniform(0, 1) for idx in range(K.dimension() - 1)]
-        e2 += [fudge_factor*uniform(0, 1) for idx in range(K.dimension() - 1)]
-        L = self.random_square_matrix(K.dimension())
-
-        return (L, K, e1, e2)
-
-
-    def assert_within_tol(self, first, second):
-        """
-        Test that ``first`` and ``second`` are equal within our default
-        tolerance.
-        """
-        self.assertTrue(abs(first - second) < options.ABS_TOL)
-
-
-    def assert_norm_within_tol(self, first, second):
-        """
-        Test that ``first`` and ``second`` vectors are equal in the
-        sense that the norm of their difference is within our default
-        tolerance.
-        """
-        self.assert_within_tol(norm(first - second), 0)
-
-
-    def assert_solution_exists(self, L, K, e1, e2):
-        """
-        Given the parameters needed to construct a SymmetricLinearGame,
-        ensure that that game has a solution.
-        """
-        G = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
-        soln = G.solution()
-
-        # The matrix() constructor assumes that ``L`` is a list of
-        # columns, so we transpose it to agree with what
-        # SymmetricLinearGame() thinks.
-        L_matrix = matrix(L).trans()
-        expected = inner_product(L_matrix*soln.player1_optimal(),
-                                 soln.player2_optimal())
-        self.assert_within_tol(soln.game_value(), expected)
-
-
-    def test_solution_exists_nonnegative_orthant(self):
-        """
-        Every linear game has a solution, so we should be able to solve
-        every symmetric linear game over the NonnegativeOrthant. Pick
-        some parameters randomly and give it a shot. The resulting
-        optimal solutions should give us the optimal game value when we
-        apply the payoff operator to them.
-        """
-        (L, K, e1, e2) = self.random_orthant_params()
-        self.assert_solution_exists(L, K, e1, e2)
-
-
-    def test_solution_exists_ice_cream(self):
-        """
-        Like :meth:`test_solution_exists_nonnegative_orthant`, except
-        over the ice cream cone.
-        """
-        (L, K, e1, e2) = self.random_icecream_params()
-        self.assert_solution_exists(L, K, e1, e2)
-
-
-    def test_negative_value_Z_operator(self):
-        """
-        Test the example given in Gowda/Ravindran of a Z-matrix with
-        negative game value on the nonnegative orthant.
-        """
-        K = NonnegativeOrthant(2)
-        e1 = [1,1]
-        e2 = e1
-        L = [[1,-2],[-2,1]]
-        G = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
-        self.assertTrue(G.solution().game_value() < -options.ABS_TOL)
-
-
-    def test_nonnegative_scaling_orthant(self):
-        """
-        Test that scaling ``L`` by a nonnegative number scales the value
-        of the game by the same number. Use the nonnegative orthant as
-        our cone.
-        """
-        (L, K, e1, e2) = self.random_orthant_params()
-        # Make ``L`` a matrix so that we can scale it by alpha. Its
-        # random, so who cares if it gets transposed.
-        L = matrix(L)
-        G1 = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
-        value1 = G1.solution().game_value()
-
-        alpha = uniform(0.1, 10)
-        G2 = SymmetricLinearGame(alpha*L, K, e1, e2)
-        value2 = G2.solution().game_value()
-        self.assert_within_tol(alpha*value1, value2)
-
-
-    def test_nonnegative_scaling_icecream(self):
-        """
-        The same test as :meth:`test_nonnegative_scaling_orthant`,
-        except over the ice cream cone.
-        """
-        (L, K, e1, e2) = self.random_icecream_params()
-        # Make ``L`` a matrix so that we can scale it by alpha. Its
-        # random, so who cares if it gets transposed.
-        L = matrix(L)
-        G1 = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
-        value1 = G1.solution().game_value()
-
-        alpha = uniform(0.1, 10)
-        G2 = SymmetricLinearGame(alpha*L, K, e1, e2)
-        value2 = G2.solution().game_value()
-        self.assert_within_tol(alpha*value1, value2)
-
-
-    def assert_translation_works(self, L, K, e1, e2):
-        """
-        Check that translating ``L`` by alpha*(e1*e2.trans()) increases
-        the value of the associated game by alpha.
-        """
-        e1 = matrix(e1, (K.dimension(), 1))
-        e2 = matrix(e2, (K.dimension(), 1))
-        G = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
-        G_soln = G.solution()
-        value_G = G_soln.game_value()
-        x_bar = G_soln.player1_optimal()
-        y_bar = G_soln.player2_optimal()
-
-        alpha = uniform(-10, 10)
-        # Make ``L`` a CVXOPT matrix so that we can do math with
-        # it. Note that this gives us the "correct" representation of
-        # ``L`` (in agreement with what G has), but COLUMN indexed.
-        L = matrix(L).trans()
-        E = e1*e2.trans()
-        # Likewise, this is the "correct" representation of ``M``, but
-        # COLUMN indexed...
-        M = L + alpha*E
-
-        # so we have to transpose it when we feed it to the constructor.
-        H = SymmetricLinearGame(M.trans(), K, e1, e2)
-        value_H = H.solution().game_value()
-
-        # Make sure the same optimal pair works.
-        H_payoff = inner_product(M*x_bar, y_bar)
-
-        self.assert_within_tol(value_G + alpha, value_H)
-        self.assert_within_tol(value_H, H_payoff)
-
-
-    def test_translation_orthant(self):
-        """
-        Test that translation works over the nonnegative orthant.
-        """
-        (L, K, e1, e2) = self.random_orthant_params()
-        self.assert_translation_works(L, K, e1, e2)
-
-
-    def test_translation_icecream(self):
-        """
-        The same as :meth:`test_translation_orthant`, except over the
-        ice cream cone.
-        """
-        (L, K, e1, e2) = self.random_icecream_params()
-        self.assert_translation_works(L, K, e1, e2)
-
-
-    def assert_opposite_game_works(self, L, K, e1, e2):
-        e1 = matrix(e1, (K.dimension(), 1))
-        e2 = matrix(e2, (K.dimension(), 1))
-        G = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
-
-        # Make ``L`` a CVXOPT matrix so that we can do math with
-        # it. Note that this gives us the "correct" representation of
-        # ``L`` (in agreement with what G has), but COLUMN indexed.
-        L = matrix(L).trans()
-
-        # Likewise, this is the "correct" representation of ``M``, but
-        # COLUMN indexed...
-        M = -L.trans()
-
-        # so we have to transpose it when we feed it to the constructor.
-        H = SymmetricLinearGame(M.trans(), K, e2, e1)
-
-        G_soln = G.solution()
-        x_bar = G_soln.player1_optimal()
-        y_bar = G_soln.player2_optimal()
-        H_soln = H.solution()
-
-        # Make sure the switched optimal pair works.
-        H_payoff = inner_product(M*y_bar, x_bar)
-
-        self.assert_within_tol(-G_soln.game_value(), H_soln.game_value())
-        self.assert_within_tol(H_soln.game_value(), H_payoff)
-
-
-    def test_opposite_game_orthant(self):
-        """
-        Check the value of the "opposite" game that gives rise to a
-        value that is the negation of the original game. Comes from
-        some corollary.
-        """
-        (L, K, e1, e2) = self.random_orthant_params()
-        self.assert_opposite_game_works(L, K, e1, e2)
-
-
-    def test_opposite_game_icecream(self):
-        """
-        Like :meth:`test_opposite_game_orthant`, except over the
-        ice-cream cone.
-        """
-        (L, K, e1, e2) = self.random_icecream_params()
-        self.assert_opposite_game_works(L, K, e1, e2)