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authorMichael Orlitzky <michael@orlitzky.com>
Mon, 10 Oct 2016 15:54:29 +0000 (11:54 -0400)
committerMichael Orlitzky <michael@orlitzky.com>
Mon, 10 Oct 2016 15:54:29 +0000 (11:54 -0400)
src/dunshire/errors.py
src/dunshire/matrices.py
src/dunshire/symmetric_linear_game.py

index 322479f0d39320ede35977969d7e95577bdce79e..4e292acd5fe57258c9fe0c0f835476aca98ac53a 100644 (file)
@@ -12,7 +12,8 @@ def _pretty_format_dict(dictionary):
 
     The dictionary is also sorted so that it can be tested repeatably.
 
-    EXAMPLES:
+    Examples
+    --------
 
         >>> d = {'foo': 1.234, 'bar': matrix([1,2,3])}
         >>> print(_pretty_format_dict(d))
@@ -39,12 +40,20 @@ def _pretty_format_dict(dictionary):
 
 class GameUnsolvableException(Exception):
     """
-    Every linear game has a solution (this follows from a general
-    min-max theorem). If we can't solve the conic program associated
-    with a linear game, then something is wrong with either the model of
-    the input.
+    An exception raised when a game cannot be solved.
 
-    EXAMPLES:
+    Every linear game has a solution. If we can't solve the conic
+    program associated with a linear game, then something is wrong with
+    either the model or the input, and this exception should be raised.
+
+    Parameters
+    ----------
+
+    solution_dict : dict
+        The solution dictionary returned from the failed cone program.
+
+    Examples
+    --------
 
        >>> d = {'residual as dual infeasibility certificate': None,
        ...      'y': matrix([1,1]),
@@ -91,12 +100,6 @@ class GameUnsolvableException(Exception):
     def __init__(self, solution_dict):
         """
         Create a new GameUnsolvableException object.
-
-        INPUT:
-
-        - ``solution_dict`` -- the solution dictionary returned from the
-          cone program.
-
         """
         super().__init__()
         self._solution_dict = solution_dict
index 2006fd20427b999fd8061a74e89e03508b55f0f1..38d4afe78efaad7665b71d936c8ba9e8309de581 100644 (file)
@@ -1,20 +1,36 @@
 """
 Utility functions for working with CVXOPT matrices (instances of the
-``cvxopt.base.matrix`` class).
+class:`cvxopt.base.matrix` class).
 """
 
 from math import sqrt
 from cvxopt import matrix
 from cvxopt.lapack import syev
 
+import options
+
 def append_col(left, right):
     """
     Append the matrix ``right`` to the right side of the matrix ``left``.
 
-    EXAMPLES:
+    Parameters
+    ----------
+    left, right : matrix
+        The two matrices to append to one another.
+
+    Examples
+    --------
 
         >>> A = matrix([1,2,3,4], (2,2))
         >>> B = matrix([5,6,7,8,9,10], (2,3))
+        >>> print(A)
+        [ 1  3]
+        [ 2  4]
+        <BLANKLINE>
+        >>> print(B)
+        [  5   7   9]
+        [  6   8  10]
+        <BLANKLINE>
         >>> print(append_col(A,B))
         [  1   3   5   7   9]
         [  2   4   6   8  10]
@@ -27,10 +43,25 @@ def append_row(top, bottom):
     """
     Append the matrix ``bottom`` to the bottom of the matrix ``top``.
 
-    EXAMPLES:
+    Parameters
+    ----------
+    top, bottom : matrix
+        The two matrices to append to one another.
+
+    Examples
+    --------
 
         >>> A = matrix([1,2,3,4], (2,2))
         >>> B = matrix([5,6,7,8,9,10], (3,2))
+        >>> print(A)
+        [ 1  3]
+        [ 2  4]
+        <BLANKLINE>
+        >>> print(B)
+        [  5   8]
+        [  6   9]
+        [  7  10]
+        <BLANKLINE>
         >>> print(append_row(A,B))
         [  1   3]
         [  2   4]
@@ -43,29 +74,66 @@ def append_row(top, bottom):
     return matrix([top, bottom])
 
 
-def eigenvalues(real_matrix):
+def eigenvalues(symmat):
     """
-    Return the eigenvalues of the given ``real_matrix``.
+    Return the eigenvalues of the given symmetric real matrix.
 
-    EXAMPLES:
+    Parameters
+    ----------
+
+    symmat : matrix
+        The real symmetric matrix whose eigenvalues you want.
+
+
+    Raises
+    ------
+    TypeError
+        If the input matrix is not symmetric.
+
+    Examples
+    --------
 
         >>> A = matrix([[2,1],[1,2]], tc='d')
         >>> eigenvalues(A)
         [1.0, 3.0]
 
+    If the input matrix is not symmetric, it may not have real
+    eigenvalues, and we don't know what to do::
+
+        >>> A = matrix([[1,2],[3,4]])
+        >>> eigenvalues(A)
+        Traceback (most recent call last):
+        ...
+        TypeError: input must be a symmetric real matrix
+
     """
-    domain_dim = real_matrix.size[0] # Assume ``real_matrix`` is square.
+    if not norm(symmat.trans() - symmat) < options.ABS_TOL:
+        # Ensure that ``symmat`` is symmetric (and thus square).
+        raise TypeError('input must be a symmetric real matrix')
+
+    domain_dim = symmat.size[0]
     eigs = matrix(0, (domain_dim, 1), tc='d')
-    syev(real_matrix, eigs)
+    syev(symmat, eigs)
     return list(eigs)
 
 
 def identity(domain_dim):
     """
-    Return a ``domain_dim``-by-``domain_dim`` dense integer identity
-    matrix.
+    Create an identity matrix of the given dimensions.
 
-    EXAMPLES:
+    Parameters
+    ----------
+
+    domain_dim : int
+        The dimension of the vector space on which the identity will act.
+
+    Returns
+    -------
+    matrix
+        A ``domain_dim``-by-``domain_dim`` dense integer identity matrix.
+
+    Examples
+    --------
 
        >>> print(identity(3))
        [ 1  0  0]
@@ -85,10 +153,21 @@ def identity(domain_dim):
 
 def inner_product(vec1, vec2):
     """
-    Compute the (Euclidean) inner product of the two vectors ``vec1``
-    and ``vec2``.
+    Compute the Euclidean inner product of two vectors.
+
+    Parameters
+    ----------
+
+    vec1, vec2 : matrix
+        The two vectors whose inner product you want.
 
-    EXAMPLES:
+    Returns
+    -------
+    float
+        The inner product of ``vec1`` and ``vec2``.
+
+    Examples
+    --------
 
         >>> x = [1,2,3]
         >>> y = [3,4,1]
@@ -116,11 +195,25 @@ def inner_product(vec1, vec2):
 
 def norm(matrix_or_vector):
     """
-    Return the Frobenius norm of ``matrix_or_vector``, which is the same
-    thing as its Euclidean norm when it's a vector (when one of its
-    dimensions is unity).
+    Return the Frobenius norm of a matrix or vector.
+
+    When the input is a vector, its matrix-Frobenius norm is the same
+    thing as its vector-Euclidean norm.
+
+    Parameters
+    ----------
+
+    matrix_or_vector : matrix
+        The matrix or vector whose norm you want.
+
+    Returns
+    -------
 
-    EXAMPLES:
+    float
+        The norm of ``matrix_or_vector``.
+
+    Examples
+    --------
 
         >>> v = matrix([1,1])
         >>> print('{:.5f}'.format(norm(v)))
@@ -134,11 +227,25 @@ def norm(matrix_or_vector):
     return sqrt(inner_product(matrix_or_vector, matrix_or_vector))
 
 
-def vec(real_matrix):
+def vec(mat):
     """
-    Create a long vector in column-major order from ``real_matrix``.
+    Create a long vector in column-major order from ``mat``.
+
+    Parameters
+    ----------
+
+    mat : matrix
+        Any sort of real matrix that you want written as a long vector.
+
+    Returns
+    -------
+
+    matrix
+        An ``len(mat)``-by-``1`` long column vector containign the
+        entries of ``mat`` in column major order.
 
-    EXAMPLES:
+    Examples
+    --------
 
         >>> A = matrix([[1,2],[3,4]])
         >>> print(A)
@@ -153,7 +260,7 @@ def vec(real_matrix):
         [ 4]
         <BLANKLINE>
 
-    Note that if ``real_matrix`` is a vector, this function is a no-op:
+    Note that if ``mat`` is a vector, this function is a no-op:
 
         >>> v = matrix([1,2,3,4], (4,1))
         >>> print(v)
@@ -170,4 +277,4 @@ def vec(real_matrix):
         <BLANKLINE>
 
     """
-    return matrix(real_matrix, (len(real_matrix), 1))
+    return matrix(mat, (len(mat), 1))
index 7be55d76ffb36e058b27b85b82dd9caecf2971c5..e2d29788f2b2612fe0d23e12be07010902c93451 100644 (file)
@@ -1,8 +1,8 @@
 """
 Symmetric linear games and their solutions.
 
-This module contains the main SymmetricLinearGame class that knows how
-to solve a linear game.
+This module contains the main :class:`SymmetricLinearGame` class that
+knows how to solve a linear game.
 """
 
 # These few are used only for tests.
@@ -25,6 +25,19 @@ class Solution:
     """
     A representation of the solution of a linear game. It should contain
     the value of the game, and both players' strategies.
+
+    Examples
+    --------
+
+        >>> print(Solution(10, matrix([1,2]), matrix([3,4])))
+        Game value: 10.0000000
+        Player 1 optimal:
+          [ 1]
+          [ 2]
+        Player 2 optimal:
+          [ 3]
+          [ 4]
+
     """
     def __init__(self, game_value, p1_optimal, p2_optimal):
         """
@@ -45,17 +58,7 @@ class Solution:
           * The optimal strategy of player one.
           * The optimal strategy of player two.
 
-        EXAMPLES:
-
-           >>> print(Solution(10, matrix([1,2]), matrix([3,4])))
-           Game value: 10.0000000
-           Player 1 optimal:
-             [ 1]
-             [ 2]
-           Player 2 optimal:
-             [ 3]
-             [ 4]
-
+        The two optimal strategy vectors are indented by two spaces.
         """
         tpl = 'Game value: {:.7f}\n' \
               'Player 1 optimal:{:s}\n' \
@@ -72,6 +75,14 @@ class Solution:
     def game_value(self):
         """
         Return the game value for this solution.
+
+        Examples
+        --------
+
+            >>> s = Solution(10, matrix([1,2]), matrix([3,4]))
+            >>> s.game_value()
+            10
+
         """
         return self._game_value
 
@@ -79,6 +90,16 @@ class Solution:
     def player1_optimal(self):
         """
         Return player one's optimal strategy in this solution.
+
+        Examples
+        --------
+
+            >>> s = Solution(10, matrix([1,2]), matrix([3,4]))
+            >>> print(s.player1_optimal())
+            [ 1]
+            [ 2]
+            <BLANKLINE>
+
         """
         return self._player1_optimal
 
@@ -86,6 +107,16 @@ class Solution:
     def player2_optimal(self):
         """
         Return player two's optimal strategy in this solution.
+
+        Examples
+        --------
+
+            >>> s = Solution(10, matrix([1,2]), matrix([3,4]))
+            >>> print(s.player2_optimal())
+            [ 3]
+            [ 4]
+            <BLANKLINE>
+
         """
         return self._player2_optimal
 
@@ -107,9 +138,111 @@ class SymmetricLinearGame:
     two respectively.
 
     The ambient space is assumed to be the span of ``K``.
+
+    Examples
+    --------
+
+        >>> from cones import NonnegativeOrthant
+        >>> K = NonnegativeOrthant(3)
+        >>> L = [[1,-5,-15],[-1,2,-3],[-12,-15,1]]
+        >>> e1 = [1,1,1]
+        >>> e2 = [1,2,3]
+        >>> SLG = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
+        >>> print(SLG)
+        The linear game (L, K, e1, e2) where
+          L = [  1  -5 -15]
+              [ -1   2  -3]
+              [-12 -15   1],
+          K = Nonnegative orthant in the real 3-space,
+          e1 = [ 1]
+               [ 1]
+               [ 1],
+          e2 = [ 1]
+               [ 2]
+               [ 3].
+
+
+    Lists can (and probably should) be used for every argument::
+
+        >>> from cones import NonnegativeOrthant
+        >>> K = NonnegativeOrthant(2)
+        >>> L = [[1,0],[0,1]]
+        >>> e1 = [1,1]
+        >>> e2 = [1,1]
+        >>> G = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
+        >>> print(G)
+        The linear game (L, K, e1, e2) where
+          L = [ 1  0]
+              [ 0  1],
+          K = Nonnegative orthant in the real 2-space,
+          e1 = [ 1]
+               [ 1],
+          e2 = [ 1]
+               [ 1].
+
+    The points ``e1`` and ``e2`` can also be passed as some other
+    enumerable type (of the correct length) without much harm, since
+    there is no row/column ambiguity::
+
+        >>> import cvxopt
+        >>> import numpy
+        >>> from cones import NonnegativeOrthant
+        >>> K = NonnegativeOrthant(2)
+        >>> L = [[1,0],[0,1]]
+        >>> e1 = cvxopt.matrix([1,1])
+        >>> e2 = numpy.matrix([1,1])
+        >>> G = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
+        >>> print(G)
+        The linear game (L, K, e1, e2) where
+          L = [ 1  0]
+              [ 0  1],
+          K = Nonnegative orthant in the real 2-space,
+          e1 = [ 1]
+               [ 1],
+          e2 = [ 1]
+               [ 1].
+
+    However, ``L`` will always be intepreted as a list of rows, even
+    if it is passed as a :class:`cvxopt.base.matrix` which is
+    otherwise indexed by columns::
+
+        >>> import cvxopt
+        >>> from cones import NonnegativeOrthant
+        >>> K = NonnegativeOrthant(2)
+        >>> L = [[1,2],[3,4]]
+        >>> e1 = [1,1]
+        >>> e2 = e1
+        >>> G = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
+        >>> print(G)
+        The linear game (L, K, e1, e2) where
+          L = [ 1  2]
+              [ 3  4],
+          K = Nonnegative orthant in the real 2-space,
+          e1 = [ 1]
+               [ 1],
+          e2 = [ 1]
+               [ 1].
+        >>> L = cvxopt.matrix(L)
+        >>> print(L)
+        [ 1  3]
+        [ 2  4]
+        <BLANKLINE>
+        >>> G = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
+        >>> print(G)
+        The linear game (L, K, e1, e2) where
+          L = [ 1  2]
+              [ 3  4],
+          K = Nonnegative orthant in the real 2-space,
+          e1 = [ 1]
+               [ 1],
+          e2 = [ 1]
+               [ 1].
+
     """
     def __init__(self, L, K, e1, e2):
         """
+        Create a new SymmetricLinearGame object.
+
         INPUT:
 
           - ``L`` -- an square matrix represented as a list of lists
@@ -126,83 +259,6 @@ class SymmetricLinearGame:
           - ``e2`` -- the interior point of ``K`` belonging to player two;
             it can be of any enumerable type having the correct length.
 
-        EXAMPLES:
-
-        Lists can (and probably should) be used for every argument:
-
-            >>> from cones import NonnegativeOrthant
-            >>> K = NonnegativeOrthant(2)
-            >>> L = [[1,0],[0,1]]
-            >>> e1 = [1,1]
-            >>> e2 = [1,1]
-            >>> G = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
-            >>> print(G)
-            The linear game (L, K, e1, e2) where
-              L = [ 1  0]
-                  [ 0  1],
-              K = Nonnegative orthant in the real 2-space,
-              e1 = [ 1]
-                   [ 1],
-              e2 = [ 1]
-                   [ 1].
-
-        The points ``e1`` and ``e2`` can also be passed as some other
-        enumerable type (of the correct length) without much harm, since
-        there is no row/column ambiguity:
-
-            >>> import cvxopt
-            >>> import numpy
-            >>> from cones import NonnegativeOrthant
-            >>> K = NonnegativeOrthant(2)
-            >>> L = [[1,0],[0,1]]
-            >>> e1 = cvxopt.matrix([1,1])
-            >>> e2 = numpy.matrix([1,1])
-            >>> G = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
-            >>> print(G)
-            The linear game (L, K, e1, e2) where
-              L = [ 1  0]
-                  [ 0  1],
-              K = Nonnegative orthant in the real 2-space,
-              e1 = [ 1]
-                   [ 1],
-              e2 = [ 1]
-                   [ 1].
-
-        However, ``L`` will always be intepreted as a list of rows, even
-        if it is passed as a ``cvxopt.base.matrix`` which is otherwise
-        indexed by columns:
-
-            >>> import cvxopt
-            >>> from cones import NonnegativeOrthant
-            >>> K = NonnegativeOrthant(2)
-            >>> L = [[1,2],[3,4]]
-            >>> e1 = [1,1]
-            >>> e2 = e1
-            >>> G = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
-            >>> print(G)
-            The linear game (L, K, e1, e2) where
-              L = [ 1  2]
-                  [ 3  4],
-              K = Nonnegative orthant in the real 2-space,
-              e1 = [ 1]
-                   [ 1],
-              e2 = [ 1]
-                   [ 1].
-            >>> L = cvxopt.matrix(L)
-            >>> print(L)
-            [ 1  3]
-            [ 2  4]
-            <BLANKLINE>
-            >>> G = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
-            >>> print(G)
-            The linear game (L, K, e1, e2) where
-              L = [ 1  2]
-                  [ 3  4],
-              K = Nonnegative orthant in the real 2-space,
-              e1 = [ 1]
-                   [ 1],
-              e2 = [ 1]
-                   [ 1].
         """
         self._K = K
         self._e1 = matrix(e1, (K.dimension(), 1))
@@ -221,29 +277,7 @@ class SymmetricLinearGame:
 
     def __str__(self):
         """
-        Return a string representatoin of this game.
-
-        EXAMPLES:
-
-            >>> from cones import NonnegativeOrthant
-            >>> K = NonnegativeOrthant(3)
-            >>> L = [[1,-5,-15],[-1,2,-3],[-12,-15,1]]
-            >>> e1 = [1,1,1]
-            >>> e2 = [1,2,3]
-            >>> SLG = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
-            >>> print(SLG)
-            The linear game (L, K, e1, e2) where
-              L = [  1  -5 -15]
-                  [ -1   2  -3]
-                  [-12 -15   1],
-              K = Nonnegative orthant in the real 3-space,
-              e1 = [ 1]
-                   [ 1]
-                   [ 1],
-              e2 = [ 1]
-                   [ 2]
-                   [ 3].
-
+        Return a string representation of this game.
         """
         tpl = 'The linear game (L, K, e1, e2) where\n' \
               '  L = {:s},\n' \
@@ -269,10 +303,11 @@ class SymmetricLinearGame:
         GameUnsolvableException is raised. It can be printed to get the
         raw output from CVXOPT.
 
-        EXAMPLES:
+        Examples
+        --------
 
         This example is computed in Gowda and Ravindran in the section
-        "The value of a Z-transformation":
+        "The value of a Z-transformation"::
 
             >>> from cones import NonnegativeOrthant
             >>> K = NonnegativeOrthant(3)
@@ -292,7 +327,7 @@ class SymmetricLinearGame:
               [0.5517241]
 
         The value of the following game can be computed using the fact
-        that the identity is invertible:
+        that the identity is invertible::
 
             >>> from cones import NonnegativeOrthant
             >>> K = NonnegativeOrthant(3)
@@ -363,7 +398,8 @@ class SymmetricLinearGame:
         """
         Return the dual game to this game.
 
-        EXAMPLES:
+        Examples
+        --------
 
             >>> from cones import NonnegativeOrthant
             >>> K = NonnegativeOrthant(3)
@@ -385,8 +421,11 @@ class SymmetricLinearGame:
                    [ 1].
 
         """
-        return SymmetricLinearGame(self._L, # It will be transposed in __init__().
-                                   self._K, # Since "K" is symmetric.
+        # We pass ``self._L`` right back into the constructor, because
+        # it will be transposed there. And keep in mind that ``self._K``
+        # is its own dual.
+        return SymmetricLinearGame(self._L,
+                                   self._K,
                                    self._e2,
                                    self._e1)
 
@@ -441,8 +480,9 @@ class SymmetricLinearGameTest(TestCase):
         # the fudge factor we make up later.
         ambient_dim = randint(2, 10)
         K = IceCream(ambient_dim)
-        e1 = [1]
-        e2 = [1]
+        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