]> gitweb.michael.orlitzky.com - dunshire.git/blobdiff - src/test/symmetric_linear_game_test.py
Reorganize the test source code and doc building.
[dunshire.git] / src / test / symmetric_linear_game_test.py
similarity index 71%
rename from test/symmetric_linear_game_test.py
rename to src/test/symmetric_linear_game_test.py
index 5adbb2ddd11942faf3c31354513b62ab6877e853..f6f397f8354b983407e8abb61bd8997ee19ea5e3 100644 (file)
@@ -10,42 +10,128 @@ from dunshire.matrices import (append_col, append_row, eigenvalues_re,
                                identity, inner_product)
 from dunshire import options
 
-def _random_matrix(dims):
+
+def random_matrix(dims):
     """
-    Generate a random square (``dims``-by-``dims``) matrix. This is used
-    only by the :class:`SymmetricLinearGameTest` class.
+    Generate a random square matrix.
+
+    Parameters
+    ----------
+
+    dims : int
+        The number of rows/columns you want in the returned matrix.
+
+    Returns
+    -------
+
+    matrix
+        A new matrix whose entries are random floats chosen uniformly from
+        the interval [-10, 10].
+
+    Examples
+    --------
+
+        >>> A = random_matrix(3)
+        >>> A.size
+        (3, 3)
+
     """
     return matrix([[uniform(-10, 10) for i in range(dims)]
                    for j in range(dims)])
 
-def _random_nonnegative_matrix(dims):
+
+def random_nonnegative_matrix(dims):
     """
-    Generate a random square (``dims``-by-``dims``) matrix with
-    nonnegative entries. This is used only by the
-    :class:`SymmetricLinearGameTest` class.
+    Generate a random square matrix with nonnegative entries.
+
+    Parameters
+    ----------
+
+    dims : int
+        The number of rows/columns you want in the returned matrix.
+
+    Returns
+    -------
+
+    matrix
+        A new matrix whose entries are random floats chosen uniformly from
+        the interval [0, 10].
+
+    Examples
+    --------
+
+        >>> A = random_nonnegative_matrix(3)
+        >>> A.size
+        (3, 3)
+        >>> all([entry >= 0 for entry in A])
+        True
+
     """
-    L = _random_matrix(dims)
+    L = random_matrix(dims)
     return matrix([abs(entry) for entry in L], (dims, dims))
 
-def _random_diagonal_matrix(dims):
+
+def random_diagonal_matrix(dims):
     """
-    Generate a random square (``dims``-by-``dims``) matrix with nonzero
-    entries only on the diagonal. This is used only by the
-    :class:`SymmetricLinearGameTest` class.
+    Generate a random square matrix with zero off-diagonal entries.
+
+    These matrices are Lyapunov-like on the nonnegative orthant, as is
+    fairly easy to see.
+
+    Parameters
+    ----------
+
+    dims : int
+        The number of rows/columns you want in the returned matrix.
+
+    Returns
+    -------
+
+    matrix
+        A new matrix whose diagonal entries are random floats chosen
+        uniformly from the interval [-10, 10] and whose off-diagonal
+        entries are zero.
+
+    Examples
+    --------
+
+        >>> A = random_diagonal_matrix(3)
+        >>> A.size
+        (3, 3)
+        >>> A[0,1] == A[0,2] == A[1,0] == A[2,0] == A[1,2] == A[2,1] == 0
+        True
+
     """
     return matrix([[uniform(-10, 10)*int(i == j) for i in range(dims)]
                    for j in range(dims)])
 
 
-def _random_skew_symmetric_matrix(dims):
+def random_skew_symmetric_matrix(dims):
     """
-    Generate a random skew-symmetrix (``dims``-by-``dims``) matrix.
+    Generate a random skew-symmetrix matrix.
+
+    Parameters
+    ----------
+
+    dims : int
+        The number of rows/columns you want in the returned matrix.
+
+    Returns
+    -------
+
+    matrix
+        A new skew-matrix whose strictly above-diagonal entries are
+        random floats chosen uniformly from the interval [-10, 10].
 
     Examples
     --------
 
+        >>> A = random_skew_symmetric_matrix(3)
+        >>> A.size
+        (3, 3)
+
         >>> from dunshire.matrices import norm
-        >>> A = _random_skew_symmetric_matrix(randint(1, 10))
+        >>> A = random_skew_symmetric_matrix(randint(1, 10))
         >>> norm(A + A.trans()) < options.ABS_TOL
         True
 
@@ -57,38 +143,78 @@ def _random_skew_symmetric_matrix(dims):
     return strict_ut - strict_ut.trans()
 
 
-def _random_lyapunov_like_icecream(dims):
-    """
-    Generate a random Lyapunov-like matrix over the ice-cream cone in
-    ``dims`` dimensions.
+def random_lyapunov_like_icecream(dims):
+    r"""
+    Generate a random matrix Lyapunov-like on the ice-cream cone.
+
+    The form of these matrices is cited in Gowda and Tao
+    [GowdaTao]_. The scalar ``a`` and the vector ``b`` (using their
+    notation) are easy to generate. The submatrix ``D`` is a little
+    trickier, but it can be found noticing that :math:`C + C^{T} = 0`
+    for a skew-symmetric matrix :math:`C` implying that :math:`C + C^{T}
+    + \left(2a\right)I = \left(2a\right)I`. Thus we can stick an
+    :math:`aI` with each of :math:`C,C^{T}` and let those be our
+    :math:`D,D^{T}`.
+
+    Parameters
+    ----------
+
+    dims : int
+        The dimension of the ice-cream cone (not of the matrix you want!)
+        on which the returned matrix should be Lyapunov-like.
+
+    Returns
+    -------
+
+    matrix
+        A new matrix, Lyapunov-like on the ice-cream cone in ``dims``
+        dimensions, whose free entries are random floats chosen uniformly
+        from the interval [-10, 10].
+
+    References
+    ----------
+
+    .. [GowdaTao] M. S. Gowda and J. Tao. On the bilinearity rank of a
+       proper cone and Lyapunov-like transformations. Mathematical
+       Programming, 147:155–170, 2014.
+
+    Examples
+    --------
+
+        >>> L = random_lyapunov_like_icecream(3)
+        >>> L.size
+        (3, 3)
+        >>> x = matrix([1,1,0])
+        >>> s = matrix([1,-1,0])
+        >>> abs(inner_product(L*x, s)) < options.ABS_TOL
+        True
+
     """
     a = matrix([uniform(-10, 10)], (1, 1))
     b = matrix([uniform(-10, 10) for idx in range(dims-1)], (dims-1, 1))
-    D = _random_skew_symmetric_matrix(dims-1) + a*identity(dims-1)
+    D = random_skew_symmetric_matrix(dims-1) + a*identity(dims-1)
     row1 = append_col(a, b.trans())
     row2 = append_col(b, D)
     return append_row(row1, row2)
 
 
-def _random_orthant_params():
+def random_orthant_params():
     """
     Generate the ``L``, ``K``, ``e1``, and ``e2`` parameters for a
-    random game over the nonnegative orthant. This is only used by
-    the :class:`SymmetricLinearGameTest` class.
+    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 = _random_matrix(K.dimension())
+    L = random_matrix(K.dimension())
     return (L, K, matrix(e1), matrix(e2))
 
 
-def _random_icecream_params():
+def random_icecream_params():
     """
     Generate the ``L``, ``K``, ``e1``, and ``e2`` parameters for a
-    random game over the ice cream cone. This is only used by
-    the :class:`SymmetricLinearGameTest` class.
+    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.
@@ -107,7 +233,7 @@ def _random_icecream_params():
     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 = _random_matrix(K.dimension())
+    L = random_matrix(K.dimension())
 
     return (L, K, matrix(e1), matrix(e2))
 
@@ -158,7 +284,7 @@ class SymmetricLinearGameTest(TestCase): # pylint: disable=R0904
         optimal solutions should give us the optimal game value when we
         apply the payoff operator to them.
         """
-        (L, K, e1, e2) = _random_orthant_params()
+        (L, K, e1, e2) = random_orthant_params()
         self.assert_solution_exists(L, K, e1, e2)
 
 
@@ -167,7 +293,7 @@ class SymmetricLinearGameTest(TestCase): # pylint: disable=R0904
         Like :meth:`test_solution_exists_nonnegative_orthant`, except
         over the ice cream cone.
         """
-        (L, K, e1, e2) = _random_icecream_params()
+        (L, K, e1, e2) = random_icecream_params()
         self.assert_solution_exists(L, K, e1, e2)
 
 
@@ -203,7 +329,7 @@ class SymmetricLinearGameTest(TestCase): # pylint: disable=R0904
         Test that scaling ``L`` by a nonnegative number scales the value
         of the game by the same number over the nonnegative orthant.
         """
-        (L, K, e1, e2) = _random_orthant_params()
+        (L, K, e1, e2) = random_orthant_params()
         self.assert_scaling_works(L, K, e1, e2)
 
 
@@ -212,7 +338,7 @@ class SymmetricLinearGameTest(TestCase): # pylint: disable=R0904
         The same test as :meth:`test_nonnegative_scaling_orthant`,
         except over the ice cream cone.
         """
-        (L, K, e1, e2) = _random_icecream_params()
+        (L, K, e1, e2) = random_icecream_params()
         self.assert_scaling_works(L, K, e1, e2)
 
 
@@ -250,7 +376,7 @@ class SymmetricLinearGameTest(TestCase): # pylint: disable=R0904
         """
         Test that translation works over the nonnegative orthant.
         """
-        (L, K, e1, e2) = _random_orthant_params()
+        (L, K, e1, e2) = random_orthant_params()
         self.assert_translation_works(L, K, e1, e2)
 
 
@@ -259,7 +385,7 @@ class SymmetricLinearGameTest(TestCase): # pylint: disable=R0904
         The same as :meth:`test_translation_orthant`, except over the
         ice cream cone.
         """
-        (L, K, e1, e2) = _random_icecream_params()
+        (L, K, e1, e2) = random_icecream_params()
         self.assert_translation_works(L, K, e1, e2)
 
 
@@ -297,7 +423,7 @@ class SymmetricLinearGameTest(TestCase): # pylint: disable=R0904
         Test the value of the "opposite" game over the nonnegative
         orthant.
         """
-        (L, K, e1, e2) = _random_orthant_params()
+        (L, K, e1, e2) = random_orthant_params()
         self.assert_opposite_game_works(L, K, e1, e2)
 
 
@@ -306,7 +432,7 @@ class SymmetricLinearGameTest(TestCase): # pylint: disable=R0904
         Like :meth:`test_opposite_game_orthant`, except over the
         ice-cream cone.
         """
-        (L, K, e1, e2) = _random_icecream_params()
+        (L, K, e1, e2) = random_icecream_params()
         self.assert_opposite_game_works(L, K, e1, e2)
 
 
@@ -335,7 +461,7 @@ class SymmetricLinearGameTest(TestCase): # pylint: disable=R0904
         Check the orthgonality relationships that hold for a solution
         over the nonnegative orthant.
         """
-        (L, K, e1, e2) = _random_orthant_params()
+        (L, K, e1, e2) = random_orthant_params()
         self.assert_orthogonality(L, K, e1, e2)
 
 
@@ -344,7 +470,7 @@ class SymmetricLinearGameTest(TestCase): # pylint: disable=R0904
         Check the orthgonality relationships that hold for a solution
         over the ice-cream cone.
         """
-        (L, K, e1, e2) = _random_icecream_params()
+        (L, K, e1, e2) = random_icecream_params()
         self.assert_orthogonality(L, K, e1, e2)
 
 
@@ -356,8 +482,8 @@ class SymmetricLinearGameTest(TestCase): # pylint: disable=R0904
         This test theoretically applies to the ice-cream cone as well,
         but we don't know how to make positive operators on that cone.
         """
-        (K, e1, e2) = _random_orthant_params()[1:]
-        L = _random_nonnegative_matrix(K.dimension())
+        (K, e1, e2) = random_orthant_params()[1:]
+        L = random_nonnegative_matrix(K.dimension())
 
         game = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
         self.assertTrue(game.solution().game_value() >= -options.ABS_TOL)
@@ -392,8 +518,8 @@ class SymmetricLinearGameTest(TestCase): # pylint: disable=R0904
         """
         Test that a Lyapunov game on the nonnegative orthant works.
         """
-        (K, e1, e2) = _random_orthant_params()[1:]
-        L = _random_diagonal_matrix(K.dimension())
+        (K, e1, e2) = random_orthant_params()[1:]
+        L = random_diagonal_matrix(K.dimension())
 
         self.assert_lyapunov_works(L, K, e1, e2)
 
@@ -402,7 +528,7 @@ class SymmetricLinearGameTest(TestCase): # pylint: disable=R0904
         """
         Test that a Lyapunov game on the ice-cream cone works.
         """
-        (K, e1, e2) = _random_icecream_params()[1:]
-        L = _random_lyapunov_like_icecream(K.dimension())
+        (K, e1, e2) = random_icecream_params()[1:]
+        L = random_lyapunov_like_icecream(K.dimension())
 
         self.assert_lyapunov_works(L, K, e1, e2)