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[dunshire.git] / test / randomgen.py
index afe0dae25304b33e2f01e3fd2cb46ca824cc8771..bfc70f3cf320031f6c8b7047ebdf9746288c0882 100644 (file)
@@ -9,9 +9,13 @@ from dunshire.cones import NonnegativeOrthant, IceCream
 from dunshire.games import SymmetricLinearGame
 from dunshire.matrices import (append_col, append_row, identity)
 
-MAX_COND = 250
+MAX_COND = 125
 """
-The maximum condition number of a randomly-generated game.
+The maximum condition number of a randomly-generated game. When the
+condition number of the games gets too high, we start to see
+:class:`PoorScalingException` being thrown. There's no science to
+choosing the upper bound -- it got lowered until those exceptions
+stopped popping up. It's at ``125`` because ``129`` doesn't work.
 """
 
 RANDOM_MAX = 10
@@ -23,12 +27,14 @@ properties within reason.
 
 def random_scalar():
     """
-    Generate a random scalar in ``[-RANDOM_MAX, RANDOM_MAX]``.
+    Generate a random scalar.
 
     Returns
     -------
 
     float
+        A random real number between negative and positive
+        :const:`RANDOM_MAX`, inclusive.
 
     Examples
     --------
@@ -42,12 +48,14 @@ def random_scalar():
 
 def random_nn_scalar():
     """
-    Generate a random nonnegative scalar in ``[0, RANDOM_MAX]``.
+    Generate a random nonnegative scalar.
 
     Returns
     -------
 
     float
+        A random nonnegative real number between zero and
+        :const:`RANDOM_MAX`, inclusive.
 
     Examples
     --------
@@ -61,13 +69,14 @@ def random_nn_scalar():
 
 def random_natural():
     """
-    Generate a random natural number between ``1 and RANDOM_MAX``
-    inclusive.
+    Generate a random natural number.
 
     Returns
     -------
 
     int
+        A random natural number between ``1`` and :const:`RANDOM_MAX`,
+        inclusive.
 
     Examples
     --------
@@ -97,8 +106,8 @@ def random_matrix(row_count, column_count=None):
     -------
 
     matrix
-        A new matrix whose entries are random floats chosen uniformly from
-        the interval [-RANDOM_MAX, RANDOM_MAX].
+        A new matrix whose entries are random floats chosen uniformly
+        between negative and positive :const:`RANDOM_MAX`.
 
     Examples
     --------
@@ -180,7 +189,7 @@ def random_diagonal_matrix(dims):
 
     matrix
         A new matrix whose diagonal entries are random floats chosen
-        using func:`random_scalar` and whose off-diagonal entries are
+        using :func:`random_scalar` and whose off-diagonal entries are
         zero.
 
     Examples
@@ -263,7 +272,7 @@ def random_lyapunov_like_icecream(dims):
     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 [-RANDOM_MAX, RANDOM_MAX].
+        between negative and positive :const:`RANDOM_MAX`.
 
     References
     ----------
@@ -297,17 +306,30 @@ def random_lyapunov_like_icecream(dims):
 
 def random_orthant_game():
     """
-    Generate the ``L``, ``K``, ``e1``, and ``e2`` parameters for a
-    random game over the nonnegative orthant, and return the
-    corresponding :class:`SymmetricLinearGame`.
+    Generate a random game over the nonnegative orthant.
+
+    We generate each of ``L``, ``K``, ``e1``, and ``e2`` randomly within
+    the constraints of the nonnegative orthant, and then construct a
+    game from them. The process is repeated until we generate a game with
+    a condition number under :const:`MAX_COND`.
+
+    Returns
+    -------
+
+    SymmetricLinearGame
+        A random game over some nonnegative orthant.
+
+    Examples
+    --------
+
+        >>> random_orthant_game()
+        <dunshire.games.SymmetricLinearGame object at 0x...>
 
-    We keep going until we generate a game with a condition number under
-    MAX_COND.
     """
     ambient_dim = random_natural() + 1
     K = NonnegativeOrthant(ambient_dim)
-    e1 = [random_nn_scalar() for _ in range(K.dimension())]
-    e2 = [random_nn_scalar() for _ in range(K.dimension())]
+    e1 = [0.1 + random_nn_scalar() for _ in range(K.dimension())]
+    e2 = [0.1 + random_nn_scalar() for _ in range(K.dimension())]
     L = random_matrix(K.dimension())
     G = SymmetricLinearGame(L, K, e1, e2)
 
@@ -319,12 +341,25 @@ def random_orthant_game():
 
 def random_icecream_game():
     """
-    Generate the ``L``, ``K``, ``e1``, and ``e2`` parameters for a
-    random game over the ice-cream cone, and return the corresponding
-    :class:`SymmetricLinearGame`.
+    Generate a random game over the ice-cream cone.
+
+    We generate each of ``L``, ``K``, ``e1``, and ``e2`` randomly within
+    the constraints of the ice-cream cone, and then construct a game
+    from them. The process is repeated until we generate a game with a
+    condition number under :const:`MAX_COND`.
+
+    Returns
+    -------
+
+    SymmetricLinearGame
+        A random game over some ice-cream cone.
+
+    Examples
+    --------
+
+        >>> random_icecream_game()
+        <dunshire.games.SymmetricLinearGame object at 0x...>
 
-    We keep going until we generate a game with a condition number under
-    MAX_COND.
     """
     # Use a minimum dimension of two to avoid divide-by-zero in
     # the fudge factor we make up later.
@@ -360,19 +395,36 @@ def random_ll_orthant_game():
     to have a :func:`random_diagonal_matrix` as its operator. Such
     things are Lyapunov-like on the nonnegative orthant. That process is
     repeated until the condition number of the resulting game is within
-    ``MAX_COND``.
+    :const:`MAX_COND`.
+
+    Returns
+    -------
+
+    SymmetricLinearGame
+
+        A random game over some nonnegative orthant whose
+        :meth:`dunshire.games.SymmetricLinearGame.payoff` method is
+        based on a Lyapunov-like
+        :meth:`dunshire.games.SymmetricLinearGame.L` operator.
+
+    Examples
+    --------
+
+        >>> random_ll_orthant_game()
+        <dunshire.games.SymmetricLinearGame object at 0x...>
+
     """
     G = random_orthant_game()
-    L = random_diagonal_matrix(G._K.dimension())
+    L = random_diagonal_matrix(G.dimension())
 
     # Replace the totally-random ``L`` with random Lyapunov-like one.
-    G = SymmetricLinearGame(L, G._K, G._e1, G._e2)
+    G = SymmetricLinearGame(L, G.K(), G.e1(), G.e2())
 
     while G.condition() > MAX_COND:
         # Try again until the condition number is satisfactory.
         G = random_orthant_game()
-        L = random_diagonal_matrix(G._K.dimension())
-        G = SymmetricLinearGame(L, G._K, G._e1, G._e2)
+        L = random_diagonal_matrix(G.dimension())
+        G = SymmetricLinearGame(L, G.K(), G.e1(), G.e2())
 
     return G
 
@@ -384,19 +436,35 @@ def random_ll_icecream_game():
     We first construct a :func:`random_icecream_game` and then modify it
     to have a :func:`random_lyapunov_like_icecream` operator. That
     process is repeated until the condition number of the resulting game
-    is within ``MAX_COND``.
+    is within :const:`MAX_COND`.
+
+    Returns
+    -------
+
+    SymmetricLinearGame
+        A random game over some ice-cream cone whose
+        :meth:`dunshire.games.SymmetricLinearGame.payoff` method
+        is based on a Lyapunov-like
+        :meth:`dunshire.games.SymmetricLinearGame.L` operator.
+
+    Examples
+    --------
+
+        >>> random_ll_icecream_game()
+        <dunshire.games.SymmetricLinearGame object at 0x...>
+
     """
     G = random_icecream_game()
-    L = random_lyapunov_like_icecream(G._K.dimension())
+    L = random_lyapunov_like_icecream(G.dimension())
 
     # Replace the totally-random ``L`` with random Lyapunov-like one.
-    G = SymmetricLinearGame(L, G._K, G._e1, G._e2)
+    G = SymmetricLinearGame(L, G.K(), G.e1(), G.e2())
 
     while G.condition() > MAX_COND:
         # Try again until the condition number is satisfactory.
         G = random_icecream_game()
-        L = random_lyapunov_like_icecream(G._K.dimension())
-        G = SymmetricLinearGame(L, G._K, G._e1, G._e2)
+        L = random_lyapunov_like_icecream(G.dimension())
+        G = SymmetricLinearGame(L, G.K(), G.e1(), G.e2())
 
     return G
 
@@ -409,20 +477,36 @@ def random_positive_orthant_game():
     We first construct a :func:`random_orthant_game` and then modify it
     to have a :func:`random_nonnegative_matrix` as its operator. That
     process is repeated until the condition number of the resulting game
-    is within ``MAX_COND``.
+    is within :const:`MAX_COND`.
+
+    Returns
+    -------
+
+    SymmetricLinearGame
+        A random game over some nonnegative orthant whose
+        :meth:`dunshire.games.SymmetricLinearGame.payoff` method
+        is based on a positive
+        :meth:`dunshire.games.SymmetricLinearGame.L` operator.
+
+    Examples
+    --------
+
+        >>> random_positive_orthant_game()
+        <dunshire.games.SymmetricLinearGame object at 0x...>
+
     """
 
     G = random_orthant_game()
-    L = random_nonnegative_matrix(G._K.dimension())
+    L = random_nonnegative_matrix(G.dimension())
 
     # Replace the totally-random ``L`` with the random nonnegative one.
-    G = SymmetricLinearGame(L, G._K, G._e1, G._e2)
+    G = SymmetricLinearGame(L, G.K(), G.e1(), G.e2())
 
     while G.condition() > MAX_COND:
         # Try again until the condition number is satisfactory.
         G = random_orthant_game()
-        L = random_nonnegative_matrix(G._K.dimension())
-        G = SymmetricLinearGame(L, G._K, G._e1, G._e2)
+        L = random_nonnegative_matrix(G.dimension())
+        G = SymmetricLinearGame(L, G.K(), G.e1(), G.e2())
 
     return G
 
@@ -431,25 +515,44 @@ def random_nn_scaling(G):
     """
     Scale the given game by a random nonnegative amount.
 
+    We re-attempt the scaling with a new random number until the
+    resulting scaled game has an acceptable condition number.
+
     Parameters
     ----------
 
-    G : :class:`SymmetricLinearGame`
+    G : SymmetricLinearGame
         The game that you would like to scale.
 
     Returns
     -------
-    (float, :class:`SymmetricLinearGame`)
+    (float, SymmetricLinearGame)
         A pair containing the both the scaling factor and the new scaled game.
 
+    Examples
+    --------
+
+        >>> from dunshire.matrices import norm
+        >>> from dunshire.options import ABS_TOL
+        >>> G = random_orthant_game()
+        >>> (alpha, H) = random_nn_scaling(G)
+        >>> alpha >= 0
+        True
+        >>> G.K() == H.K()
+        True
+        >>> norm(G.e1() - H.e1()) < ABS_TOL
+        True
+        >>> norm(G.e2() - H.e2()) < ABS_TOL
+        True
+
     """
     alpha = random_nn_scalar()
-    H = SymmetricLinearGame(alpha*G._L.trans(), G._K, G._e1, G._e2)
+    H = SymmetricLinearGame(alpha*G.L().trans(), G.K(), G.e1(), G.e2())
 
     while H.condition() > MAX_COND:
         # Loop until the condition number of H doesn't suck.
         alpha = random_nn_scalar()
-        H = SymmetricLinearGame(alpha*G._L.trans(), G._K, G._e1, G._e2)
+        H = SymmetricLinearGame(alpha*G.L().trans(), G.K(), G.e1(), G.e2())
 
     return (alpha, H)
 
@@ -458,28 +561,45 @@ def random_translation(G):
     """
     Translate the given game by a random amount.
 
+    We re-attempt the translation with new random scalars until the
+    resulting translated game has an acceptable condition number.
+
     Parameters
     ----------
 
-    G : :class:`SymmetricLinearGame`
+    G : SymmetricLinearGame
         The game that you would like to translate.
 
     Returns
     -------
-    (float, :class:`SymmetricLinearGame`)
+    (float, SymmetricLinearGame)
         A pair containing the both the translation distance and the new
         scaled game.
 
+    Examples
+    --------
+
+        >>> from dunshire.matrices import norm
+        >>> from dunshire.options import ABS_TOL
+        >>> G = random_orthant_game()
+        >>> (alpha, H) = random_translation(G)
+        >>> G.K() == H.K()
+        True
+        >>> norm(G.e1() - H.e1()) < ABS_TOL
+        True
+        >>> norm(G.e2() - H.e2()) < ABS_TOL
+        True
+
     """
     alpha = random_scalar()
-    tensor_prod = G._e1 * G._e2.trans()
-    M = G._L + alpha*tensor_prod
+    tensor_prod = G.e1() * G.e2().trans()
+    M = G.L() + alpha*tensor_prod
 
-    H = SymmetricLinearGame(M.trans(), G._K, G._e1, G._e2)
+    H = SymmetricLinearGame(M.trans(), G.K(), G.e1(), G.e2())
     while H.condition() > MAX_COND:
         # Loop until the condition number of H doesn't suck.
         alpha = random_scalar()
-        M = G._L + alpha*tensor_prod
-        H = SymmetricLinearGame(M.trans(), G._K, G._e1, G._e2)
+        M = G.L() + alpha*tensor_prod
+        H = SymmetricLinearGame(M.trans(), G.K(), G.e1(), G.e2())
 
     return (alpha, H)