| 1 | /* statistic_tests.cpp file | 
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| 2 |  * | 
|---|
| 3 |  * Copyright Jens Maurer 2000, 2002 | 
|---|
| 4 |  * Distributed under the Boost Software License, Version 1.0. (See | 
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| 5 |  * accompanying file LICENSE_1_0.txt or copy at | 
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| 6 |  * http://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt) | 
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| 7 |  * | 
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| 8 |  * $Id: statistic_tests.cpp,v 1.11 2004/07/27 03:43:34 dgregor Exp $ | 
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| 9 |  * | 
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| 10 |  * Revision history | 
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| 11 |  */ | 
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| 12 |  | 
|---|
| 13 | /* | 
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| 14 |  * NOTE: This is not part of the official boost submission.  It exists | 
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| 15 |  * only as a collection of ideas. | 
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| 16 |  */ | 
|---|
| 17 |  | 
|---|
| 18 | #include <iostream> | 
|---|
| 19 | #include <iomanip> | 
|---|
| 20 | #include <string> | 
|---|
| 21 | #include <functional> | 
|---|
| 22 | #include <math.h>  // lgamma is not in namespace std | 
|---|
| 23 | #include <vector> | 
|---|
| 24 | #include <algorithm> | 
|---|
| 25 |  | 
|---|
| 26 | #include <boost/cstdint.hpp> | 
|---|
| 27 | #include <boost/random.hpp> | 
|---|
| 28 |  | 
|---|
| 29 | #include "statistic_tests.hpp" | 
|---|
| 30 | #include "integrate.hpp" | 
|---|
| 31 |  | 
|---|
| 32 |  | 
|---|
| 33 | namespace boost { | 
|---|
| 34 | namespace random { | 
|---|
| 35 |  | 
|---|
| 36 | // Wikramaratna 1989  ACORN | 
|---|
| 37 | template<class IntType, int k, IntType m, IntType val> | 
|---|
| 38 | class additive_congruential | 
|---|
| 39 | { | 
|---|
| 40 | public: | 
|---|
| 41 |   typedef IntType result_type; | 
|---|
| 42 | #ifndef BOOST_NO_INCLASS_MEMBER_INITIALIZATION | 
|---|
| 43 |   static const bool has_fixed_range = true; | 
|---|
| 44 |   static const result_type min_value = 0; | 
|---|
| 45 |   static const result_type max_value = m-1; | 
|---|
| 46 | #else | 
|---|
| 47 |   enum { | 
|---|
| 48 |     has_fixed_range = true, | 
|---|
| 49 |     min_value = 0, | 
|---|
| 50 |     max_value = m-1 | 
|---|
| 51 |   }; | 
|---|
| 52 | #endif | 
|---|
| 53 |   template<class InputIterator> | 
|---|
| 54 |   explicit additive_congruential(InputIterator start) { seed(start); } | 
|---|
| 55 |   template<class InputIterator> | 
|---|
| 56 |   void seed(InputIterator start) | 
|---|
| 57 |   { | 
|---|
| 58 |     for(int i = 0; i <= k; ++i, ++start) | 
|---|
| 59 |       values[i] = *start; | 
|---|
| 60 |   } | 
|---|
| 61 |    | 
|---|
| 62 |   result_type operator()() | 
|---|
| 63 |   { | 
|---|
| 64 |     for(int i = 1; i <= k; ++i) { | 
|---|
| 65 |       IntType tmp = values[i-1] + values[i]; | 
|---|
| 66 |       if(tmp >= m) | 
|---|
| 67 |         tmp -= m; | 
|---|
| 68 |       values[i] = tmp; | 
|---|
| 69 |     } | 
|---|
| 70 |     return values[k]; | 
|---|
| 71 |   } | 
|---|
| 72 |   result_type validation() const { return val; } | 
|---|
| 73 | private: | 
|---|
| 74 |   IntType values[k+1]; | 
|---|
| 75 | }; | 
|---|
| 76 |  | 
|---|
| 77 |  | 
|---|
| 78 | template<class IntType, int r, int s, IntType m, IntType val> | 
|---|
| 79 | class lagged_fibonacci_int | 
|---|
| 80 | { | 
|---|
| 81 | public: | 
|---|
| 82 |   typedef IntType result_type; | 
|---|
| 83 | #ifndef BOOST_NO_INCLASS_MEMBER_INITIALIZATION | 
|---|
| 84 |   static const bool has_fixed_range = true; | 
|---|
| 85 |   static const result_type min_value = 0; | 
|---|
| 86 |   static const result_type max_value = m-1; | 
|---|
| 87 | #else | 
|---|
| 88 |   enum { | 
|---|
| 89 |     has_fixed_range = true, | 
|---|
| 90 |     min_value = 0, | 
|---|
| 91 |     max_value = m-1 | 
|---|
| 92 |   }; | 
|---|
| 93 | #endif | 
|---|
| 94 |   explicit lagged_fibonacci_int(IntType start) { seed(start); } | 
|---|
| 95 |   template<class Generator> | 
|---|
| 96 |   explicit lagged_fibonacci_int(Generator & gen) { seed(gen); } | 
|---|
| 97 |   void seed(IntType start) | 
|---|
| 98 |   { | 
|---|
| 99 |     linear_congruential<uint32_t, 299375077, 0, 0, 0> init; | 
|---|
| 100 |     seed(init); | 
|---|
| 101 |   } | 
|---|
| 102 |   template<class Generator> | 
|---|
| 103 |   void seed(Generator & gen) | 
|---|
| 104 |   { | 
|---|
| 105 |     assert(r > s); | 
|---|
| 106 |     for(int i = 0; i < 607; ++i) | 
|---|
| 107 |       values[i] = gen(); | 
|---|
| 108 |     current = 0; | 
|---|
| 109 |     lag = r-s; | 
|---|
| 110 |   } | 
|---|
| 111 |    | 
|---|
| 112 |   result_type operator()() | 
|---|
| 113 |   { | 
|---|
| 114 |     result_type tmp = values[current] + values[lag]; | 
|---|
| 115 |     if(tmp >= m) | 
|---|
| 116 |       tmp -= m; | 
|---|
| 117 |     values[current] = tmp; | 
|---|
| 118 |     ++current; | 
|---|
| 119 |     if(current >= r) | 
|---|
| 120 |       current = 0; | 
|---|
| 121 |     ++lag; | 
|---|
| 122 |     if(lag >= r) | 
|---|
| 123 |       lag = 0; | 
|---|
| 124 |     return tmp; | 
|---|
| 125 |   } | 
|---|
| 126 |   result_type validation() const { return val; } | 
|---|
| 127 | private: | 
|---|
| 128 |   result_type values[r]; | 
|---|
| 129 |   int current, lag; | 
|---|
| 130 | }; | 
|---|
| 131 |  | 
|---|
| 132 | } // namespace random | 
|---|
| 133 | } // namespace boost | 
|---|
| 134 |  | 
|---|
| 135 | // distributions from Haertel's dissertation | 
|---|
| 136 | // (additional parameterizations of the basic templates) | 
|---|
| 137 | namespace Haertel { | 
|---|
| 138 |   typedef boost::random::linear_congruential<boost::uint64_t, 45965, 453816691, | 
|---|
| 139 |     (boost::uint64_t(1)<<31), 0> LCG_Af2; | 
|---|
| 140 |   typedef boost::random::linear_congruential<boost::uint64_t, 211936855, 0, | 
|---|
| 141 |     (boost::uint64_t(1)<<29)-3, 0> LCG_Die1; | 
|---|
| 142 |   typedef boost::random::linear_congruential<boost::uint32_t, 2824527309u, 0, | 
|---|
| 143 |     0, 0> LCG_Fis; | 
|---|
| 144 |   typedef boost::random::linear_congruential<boost::uint64_t, 950706376u, 0, | 
|---|
| 145 |     (boost::uint64_t(1)<<31)-1, 0> LCG_FM; | 
|---|
| 146 |   typedef boost::random::linear_congruential<boost::int32_t, 51081, 0, | 
|---|
| 147 |     2147483647, 0> LCG_Hae; | 
|---|
| 148 |   typedef boost::random::linear_congruential<boost::uint32_t, 69069, 1, | 
|---|
| 149 |     0, 0> LCG_VAX; | 
|---|
| 150 |   typedef boost::random::inversive_congruential<boost::int64_t, 240318, 197,  | 
|---|
| 151 |     1000081, 0> NLG_Inv1; | 
|---|
| 152 |   typedef boost::random::inversive_congruential<boost::int64_t, 15707262, | 
|---|
| 153 |     13262967, (1<<24)-17, 0> NLG_Inv2; | 
|---|
| 154 |   typedef boost::random::inversive_congruential<boost::int32_t, 1, 1, | 
|---|
| 155 |     2147483647, 0> NLG_Inv4; | 
|---|
| 156 |   typedef boost::random::inversive_congruential<boost::int32_t, 1, 2, | 
|---|
| 157 |     1<<30, 0> NLG_Inv5; | 
|---|
| 158 |   typedef boost::random::additive_congruential<boost::int32_t, 6, | 
|---|
| 159 |     (1<<30)-35, 0> MRG_Acorn7; | 
|---|
| 160 |   typedef boost::random::lagged_fibonacci_int<boost::uint32_t, 607, 273, | 
|---|
| 161 |     0, 0> MRG_Fib2; | 
|---|
| 162 |  | 
|---|
| 163 |   template<class Gen, class T> | 
|---|
| 164 |   inline void check_validation(Gen & gen, T value, const std::string & name) | 
|---|
| 165 |   { | 
|---|
| 166 |     for(int i = 0; i < 100000-1; ++i) | 
|---|
| 167 |       gen(); | 
|---|
| 168 |     if(value != gen()) | 
|---|
| 169 |       std::cout << name << ": validation failed" << std::endl; | 
|---|
| 170 |   } | 
|---|
| 171 |  | 
|---|
| 172 |   // we have validation after 100000 steps with Haertel's generators | 
|---|
| 173 |   template<class Gen, class T> | 
|---|
| 174 |   void validate(T value, const std::string & name) | 
|---|
| 175 |   { | 
|---|
| 176 |     Gen gen(1234567); | 
|---|
| 177 |     check_validation(gen, value, name); | 
|---|
| 178 |   } | 
|---|
| 179 |  | 
|---|
| 180 |   void validate_all() | 
|---|
| 181 |   { | 
|---|
| 182 |     validate<LCG_Af2>(183269031u, "LCG_Af2"); | 
|---|
| 183 |     validate<LCG_Die1>(522319944u, "LCG_Die1"); | 
|---|
| 184 |     validate<LCG_Fis>(-2065162233u, "LCG_Fis"); | 
|---|
| 185 |     validate<LCG_FM>(581815473u, "LCG_FM"); | 
|---|
| 186 |     validate<LCG_Hae>(28931709, "LCG_Hae"); | 
|---|
| 187 |     validate<LCG_VAX>(1508154087u, "LCG_VAX"); | 
|---|
| 188 |     validate<NLG_Inv2>(6666884, "NLG_Inv2"); | 
|---|
| 189 |     validate<NLG_Inv4>(1521640076, "NLG_Inv4"); | 
|---|
| 190 |     validate<NLG_Inv5>(641840839, "NLG_Inv5"); | 
|---|
| 191 |     static const int acorn7_init[] | 
|---|
| 192 |       = { 1234567, 7654321, 246810, 108642, 13579, 97531, 555555 }; | 
|---|
| 193 |     MRG_Acorn7 acorn7(acorn7_init); | 
|---|
| 194 |     check_validation(acorn7, 874294697, "MRG_Acorn7"); | 
|---|
| 195 |     validate<MRG_Fib2>(1234567u, "MRG_Fib2"); | 
|---|
| 196 |   } | 
|---|
| 197 | } // namespace Haertel | 
|---|
| 198 |  | 
|---|
| 199 |  | 
|---|
| 200 |  | 
|---|
| 201 |  | 
|---|
| 202 | double normal_density(double x) | 
|---|
| 203 | { | 
|---|
| 204 |   const double pi = 3.14159265358979323846; | 
|---|
| 205 |   return 1/std::sqrt(2*pi) * std::exp(-x*x/2); | 
|---|
| 206 | } | 
|---|
| 207 |  | 
|---|
| 208 | namespace std { | 
|---|
| 209 | #ifdef _CXXRTCF_H__ | 
|---|
| 210 |   using _CS_swamp::lgamma; | 
|---|
| 211 | #elif defined __SGI_STL_PORT | 
|---|
| 212 |   using ::lgamma; | 
|---|
| 213 | #endif | 
|---|
| 214 | } | 
|---|
| 215 |  | 
|---|
| 216 |  | 
|---|
| 217 | class chi_square_density : public std::unary_function<double, double> | 
|---|
| 218 | { | 
|---|
| 219 | public: | 
|---|
| 220 |   chi_square_density(int freedom) | 
|---|
| 221 |     : _exponent( static_cast<double>(freedom)/2-1 ), | 
|---|
| 222 |       _factor(1/(std::pow(2, _exponent+1) * std::exp(lgamma(_exponent+1)))) | 
|---|
| 223 |   { } | 
|---|
| 224 |  | 
|---|
| 225 |   double operator()(double x) | 
|---|
| 226 |   { | 
|---|
| 227 |     return _factor*std::pow(x, _exponent)*std::exp(-x/2); | 
|---|
| 228 |   } | 
|---|
| 229 | private: | 
|---|
| 230 |   double _exponent, _factor; | 
|---|
| 231 | }; | 
|---|
| 232 |  | 
|---|
| 233 | // computes F(x) or F(y) - F(x) | 
|---|
| 234 | class chi_square_probability : public distribution_function<double> | 
|---|
| 235 | { | 
|---|
| 236 | public: | 
|---|
| 237 |   chi_square_probability(int freedom) : dens(freedom) {} | 
|---|
| 238 |   double operator()(double x) { return operator()(0, x); } | 
|---|
| 239 |   double operator()(double x, double y) | 
|---|
| 240 |   { return trapezoid(dens, x, y, 1000); } | 
|---|
| 241 | private: | 
|---|
| 242 |   chi_square_density dens; | 
|---|
| 243 | }; | 
|---|
| 244 |  | 
|---|
| 245 | class uniform_distribution : public distribution_function<double> | 
|---|
| 246 | { | 
|---|
| 247 | public: | 
|---|
| 248 |   uniform_distribution(double from, double to) : from(from), to(to)  | 
|---|
| 249 |   { assert(from < to); } | 
|---|
| 250 |   double operator()(double x)  | 
|---|
| 251 |   {  | 
|---|
| 252 |     if(x < from)  | 
|---|
| 253 |       return 0; | 
|---|
| 254 |     else if(x > to) | 
|---|
| 255 |       return 1; | 
|---|
| 256 |     else | 
|---|
| 257 |       return (x-from)/(to-from); | 
|---|
| 258 |   } | 
|---|
| 259 |   double operator()(double x, double delta) | 
|---|
| 260 |   { return operator()(x+delta) - operator()(x); } | 
|---|
| 261 | private: | 
|---|
| 262 |   double from, to; | 
|---|
| 263 | }; | 
|---|
| 264 |  | 
|---|
| 265 | class test_environment; | 
|---|
| 266 |  | 
|---|
| 267 | class test_base | 
|---|
| 268 | { | 
|---|
| 269 | protected: | 
|---|
| 270 |   explicit test_base(test_environment & env) : environment(env) { } | 
|---|
| 271 |   void check(double val) const;  | 
|---|
| 272 | private: | 
|---|
| 273 |   test_environment & environment; | 
|---|
| 274 | }; | 
|---|
| 275 |  | 
|---|
| 276 | class equidistribution_test : test_base | 
|---|
| 277 | { | 
|---|
| 278 | public: | 
|---|
| 279 |   equidistribution_test(test_environment & env, unsigned int classes,  | 
|---|
| 280 |                         unsigned int high_classes) | 
|---|
| 281 |     : test_base(env), classes(classes), | 
|---|
| 282 |       test_distrib_chi_square(chi_square_probability(classes-1), high_classes) | 
|---|
| 283 |   { } | 
|---|
| 284 |  | 
|---|
| 285 |   template<class RNG> | 
|---|
| 286 |   void run(RNG & rng, int n1, int n2) | 
|---|
| 287 |   { | 
|---|
| 288 |     using namespace boost; | 
|---|
| 289 |     std::cout << "equidistribution: " << std::flush; | 
|---|
| 290 |     equidistribution_experiment equi(classes); | 
|---|
| 291 |     uniform_smallint<RNG> uint_linear(rng, 0, classes-1); | 
|---|
| 292 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 293 |                          experiment_generator(equi, uint_linear, n1), n2)); | 
|---|
| 294 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square,  | 
|---|
| 295 |                          experiment_generator(equi, uint_linear, n1), 2*n2)); | 
|---|
| 296 |  | 
|---|
| 297 |     std::cout << "  2D: " << std::flush; | 
|---|
| 298 |     equidistribution_2d_experiment equi_2d(classes); | 
|---|
| 299 |     unsigned int root = static_cast<unsigned int>(std::sqrt(double(classes))); | 
|---|
| 300 |     assert(root * root == classes); | 
|---|
| 301 |     uniform_smallint<RNG> uint_square(rng, 0, root-1); | 
|---|
| 302 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 303 |                          experiment_generator(equi_2d, uint_square, n1), n2)); | 
|---|
| 304 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 305 |                          experiment_generator(equi_2d, uint_square, n1), 2*n2)); | 
|---|
| 306 |     std::cout << std::endl; | 
|---|
| 307 |   } | 
|---|
| 308 | private: | 
|---|
| 309 |   unsigned int classes; | 
|---|
| 310 |   distribution_experiment test_distrib_chi_square; | 
|---|
| 311 | }; | 
|---|
| 312 |  | 
|---|
| 313 | class ks_equidistribution_test : test_base | 
|---|
| 314 | { | 
|---|
| 315 | public: | 
|---|
| 316 |   ks_equidistribution_test(test_environment & env, unsigned int classes) | 
|---|
| 317 |     : test_base(env), | 
|---|
| 318 |       test_distrib_chi_square(kolmogorov_smirnov_probability(5000),  | 
|---|
| 319 |                               classes) | 
|---|
| 320 |   { } | 
|---|
| 321 |  | 
|---|
| 322 |   template<class RNG> | 
|---|
| 323 |   void run(RNG & rng, int n1, int n2) | 
|---|
| 324 |   { | 
|---|
| 325 |     using namespace boost; | 
|---|
| 326 |     std::cout << "KS: " << std::flush; | 
|---|
| 327 |     // generator_reference_t<RNG> gen_ref(rng); | 
|---|
| 328 |     RNG& gen_ref(rng); | 
|---|
| 329 |     kolmogorov_experiment ks(n1); | 
|---|
| 330 |     uniform_distribution ud((rng.min)(), (rng.max)()); | 
|---|
| 331 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 332 |                          ks_experiment_generator(ks, gen_ref, ud), n2)); | 
|---|
| 333 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 334 |                          ks_experiment_generator(ks, gen_ref, ud), 2*n2)); | 
|---|
| 335 |   } | 
|---|
| 336 | private: | 
|---|
| 337 |   distribution_experiment test_distrib_chi_square; | 
|---|
| 338 | }; | 
|---|
| 339 |  | 
|---|
| 340 | class runs_test : test_base | 
|---|
| 341 | { | 
|---|
| 342 | public: | 
|---|
| 343 |   runs_test(test_environment & env, unsigned int classes, | 
|---|
| 344 |             unsigned int high_classes) | 
|---|
| 345 |     : test_base(env), classes(classes), | 
|---|
| 346 |       test_distrib_chi_square(chi_square_probability(classes-1), high_classes) | 
|---|
| 347 |   { } | 
|---|
| 348 |  | 
|---|
| 349 |   template<class RNG> | 
|---|
| 350 |   void run(RNG & rng, int n1, int n2) | 
|---|
| 351 |   { | 
|---|
| 352 |     using namespace boost; | 
|---|
| 353 |     std::cout << "runs: up: " << std::flush; | 
|---|
| 354 |     runs_experiment<true> r_up(classes); | 
|---|
| 355 |     // generator_reference_t<RNG> gen_ref(rng); | 
|---|
| 356 |     RNG& gen_ref(rng); | 
|---|
| 357 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 358 |                          experiment_generator(r_up, gen_ref, n1), n2)); | 
|---|
| 359 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 360 |                          experiment_generator(r_up, gen_ref, n1), 2*n2)); | 
|---|
| 361 |  | 
|---|
| 362 |     std::cout << "  down: " << std::flush; | 
|---|
| 363 |     runs_experiment<false> r_down(classes); | 
|---|
| 364 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 365 |                          experiment_generator(r_down, gen_ref, n1), n2)); | 
|---|
| 366 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 367 |                          experiment_generator(r_down, gen_ref, n1), 2*n2)); | 
|---|
| 368 |  | 
|---|
| 369 |     std::cout << std::endl; | 
|---|
| 370 |   } | 
|---|
| 371 | private: | 
|---|
| 372 |   unsigned int classes; | 
|---|
| 373 |   distribution_experiment test_distrib_chi_square; | 
|---|
| 374 | }; | 
|---|
| 375 |  | 
|---|
| 376 | class gap_test : test_base | 
|---|
| 377 | { | 
|---|
| 378 | public: | 
|---|
| 379 |   gap_test(test_environment & env, unsigned int classes, | 
|---|
| 380 |             unsigned int high_classes) | 
|---|
| 381 |     : test_base(env), classes(classes), | 
|---|
| 382 |       test_distrib_chi_square(chi_square_probability(classes-1), high_classes) | 
|---|
| 383 |   { } | 
|---|
| 384 |  | 
|---|
| 385 |   template<class RNG> | 
|---|
| 386 |   void run(RNG & rng, int n1, int n2) | 
|---|
| 387 |   { | 
|---|
| 388 |     using namespace boost; | 
|---|
| 389 |     std::cout << "gaps: " << std::flush; | 
|---|
| 390 |     gap_experiment gap(classes, 0.2, 0.8); | 
|---|
| 391 |     // generator_reference_t<RNG> gen_ref(rng); | 
|---|
| 392 |     RNG& gen_ref(rng); | 
|---|
| 393 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 394 |                          experiment_generator(gap, gen_ref, n1), n2)); | 
|---|
| 395 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 396 |                          experiment_generator(gap, gen_ref, n1), 2*n2)); | 
|---|
| 397 |  | 
|---|
| 398 |     std::cout << std::endl; | 
|---|
| 399 |   } | 
|---|
| 400 | private: | 
|---|
| 401 |   unsigned int classes; | 
|---|
| 402 |   distribution_experiment test_distrib_chi_square; | 
|---|
| 403 | }; | 
|---|
| 404 |  | 
|---|
| 405 | class poker_test : test_base | 
|---|
| 406 | { | 
|---|
| 407 | public: | 
|---|
| 408 |   poker_test(test_environment & env, unsigned int classes, | 
|---|
| 409 |              unsigned int high_classes) | 
|---|
| 410 |     : test_base(env), classes(classes), | 
|---|
| 411 |       test_distrib_chi_square(chi_square_probability(classes-1), high_classes) | 
|---|
| 412 |   { } | 
|---|
| 413 |  | 
|---|
| 414 |   template<class RNG> | 
|---|
| 415 |   void run(RNG & rng, int n1, int n2) | 
|---|
| 416 |   { | 
|---|
| 417 |     using namespace boost; | 
|---|
| 418 |     std::cout << "poker: " << std::flush; | 
|---|
| 419 |     poker_experiment poker(8, classes); | 
|---|
| 420 |     uniform_smallint<RNG> usmall(rng, 0, 7); | 
|---|
| 421 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 422 |                          experiment_generator(poker, usmall, n1), n2)); | 
|---|
| 423 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 424 |                          experiment_generator(poker, usmall, n1), 2*n2)); | 
|---|
| 425 |     std::cout << std::endl; | 
|---|
| 426 |   } | 
|---|
| 427 | private: | 
|---|
| 428 |   unsigned int classes; | 
|---|
| 429 |   distribution_experiment test_distrib_chi_square; | 
|---|
| 430 | }; | 
|---|
| 431 |  | 
|---|
| 432 | class coupon_collector_test : test_base | 
|---|
| 433 | { | 
|---|
| 434 | public: | 
|---|
| 435 |   coupon_collector_test(test_environment & env, unsigned int classes, | 
|---|
| 436 |                         unsigned int high_classes) | 
|---|
| 437 |     : test_base(env), classes(classes), | 
|---|
| 438 |       test_distrib_chi_square(chi_square_probability(classes-1), high_classes) | 
|---|
| 439 |   { } | 
|---|
| 440 |  | 
|---|
| 441 |   template<class RNG> | 
|---|
| 442 |   void run(RNG & rng, int n1, int n2) | 
|---|
| 443 |   { | 
|---|
| 444 |     using namespace boost; | 
|---|
| 445 |     std::cout << "coupon collector: " << std::flush; | 
|---|
| 446 |     coupon_collector_experiment coupon(5, classes); | 
|---|
| 447 |  | 
|---|
| 448 |     uniform_smallint<RNG> usmall(rng, 0, 4); | 
|---|
| 449 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 450 |                          experiment_generator(coupon, usmall, n1), n2)); | 
|---|
| 451 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 452 |                          experiment_generator(coupon, usmall, n1), 2*n2)); | 
|---|
| 453 |     std::cout << std::endl; | 
|---|
| 454 |   } | 
|---|
| 455 | private: | 
|---|
| 456 |   unsigned int classes; | 
|---|
| 457 |   distribution_experiment test_distrib_chi_square; | 
|---|
| 458 | }; | 
|---|
| 459 |  | 
|---|
| 460 | class permutation_test : test_base | 
|---|
| 461 | { | 
|---|
| 462 | public: | 
|---|
| 463 |   permutation_test(test_environment & env, unsigned int classes, | 
|---|
| 464 |                    unsigned int high_classes) | 
|---|
| 465 |     : test_base(env), classes(classes), | 
|---|
| 466 |       test_distrib_chi_square(chi_square_probability(fac<int>(classes)-1),  | 
|---|
| 467 |                               high_classes) | 
|---|
| 468 |   { } | 
|---|
| 469 |  | 
|---|
| 470 |   template<class RNG> | 
|---|
| 471 |   void run(RNG & rng, int n1, int n2) | 
|---|
| 472 |   { | 
|---|
| 473 |     using namespace boost; | 
|---|
| 474 |     std::cout << "permutation: " << std::flush; | 
|---|
| 475 |     permutation_experiment perm(classes); | 
|---|
| 476 |      | 
|---|
| 477 |     // generator_reference_t<RNG> gen_ref(rng); | 
|---|
| 478 |     RNG& gen_ref(rng); | 
|---|
| 479 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 480 |                          experiment_generator(perm, gen_ref, n1), n2)); | 
|---|
| 481 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 482 |                          experiment_generator(perm, gen_ref, n1), 2*n2)); | 
|---|
| 483 |     std::cout << std::endl; | 
|---|
| 484 |   } | 
|---|
| 485 | private: | 
|---|
| 486 |   unsigned int classes; | 
|---|
| 487 |   distribution_experiment test_distrib_chi_square; | 
|---|
| 488 | }; | 
|---|
| 489 |  | 
|---|
| 490 | class maximum_test : test_base | 
|---|
| 491 | { | 
|---|
| 492 | public: | 
|---|
| 493 |   maximum_test(test_environment & env, unsigned int high_classes) | 
|---|
| 494 |     : test_base(env), | 
|---|
| 495 |       test_distrib_chi_square(kolmogorov_smirnov_probability(1000), | 
|---|
| 496 |                               high_classes) | 
|---|
| 497 |   { } | 
|---|
| 498 |  | 
|---|
| 499 |   template<class RNG> | 
|---|
| 500 |   void run(RNG & rng, int n1, int n2) | 
|---|
| 501 |   { | 
|---|
| 502 |     using namespace boost; | 
|---|
| 503 |     std::cout << "maximum-of-t: " << std::flush; | 
|---|
| 504 |     maximum_experiment<RNG> mx(rng, n1, 5);     | 
|---|
| 505 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, mx, n2)); | 
|---|
| 506 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, mx, 2*n2)); | 
|---|
| 507 |     std::cout << std::endl; | 
|---|
| 508 |   } | 
|---|
| 509 | private: | 
|---|
| 510 |   distribution_experiment test_distrib_chi_square; | 
|---|
| 511 | }; | 
|---|
| 512 |  | 
|---|
| 513 | class birthday_test : test_base | 
|---|
| 514 | { | 
|---|
| 515 | public: | 
|---|
| 516 |   birthday_test(test_environment & env) | 
|---|
| 517 |     : test_base(env) | 
|---|
| 518 |   { } | 
|---|
| 519 |  | 
|---|
| 520 |   template<class RNG> | 
|---|
| 521 |   void run(RNG & rng, int n1, int n2) | 
|---|
| 522 |   { | 
|---|
| 523 |     using namespace boost; | 
|---|
| 524 |     std::cout << "birthday spacing: " << std::flush; | 
|---|
| 525 |     uniform_int<RNG> uni(rng, 0, (1<<25)-1); | 
|---|
| 526 |     birthday_spacing_experiment bsp(4, 512, (1<<25)); | 
|---|
| 527 |     std::cout << run_experiment(bsp, uni, n1); | 
|---|
| 528 | #if 0 | 
|---|
| 529 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 530 |                          experiment_generator(perm, gen_ref, n1), n2)); | 
|---|
| 531 |     check(run_experiment(test_distrib_chi_square, | 
|---|
| 532 |                          experiment_generator(perm, gen_ref, n1), 2*n2)); | 
|---|
| 533 | #endif | 
|---|
| 534 |     std::cout << std::endl; | 
|---|
| 535 |   } | 
|---|
| 536 |    | 
|---|
| 537 |      | 
|---|
| 538 | }; | 
|---|
| 539 |  | 
|---|
| 540 | class test_environment | 
|---|
| 541 | { | 
|---|
| 542 | public: | 
|---|
| 543 |   static const int classes = 20; | 
|---|
| 544 |   explicit test_environment(double confid)  | 
|---|
| 545 |     : confidence(confid), | 
|---|
| 546 |       confidence_chi_square_quantil(quantil(chi_square_density(classes-1), 0, confidence, 1e-4)), | 
|---|
| 547 |       test_distrib_chi_square6(chi_square_probability(7-1), classes), | 
|---|
| 548 |       ksequi_test(*this, classes), | 
|---|
| 549 |       equi_test(*this, 100, classes), | 
|---|
| 550 |       rns_test(*this, 7, classes), | 
|---|
| 551 |       gp_test(*this, 7, classes), | 
|---|
| 552 |       pk_test(*this, 5, classes), | 
|---|
| 553 |       cpn_test(*this, 15, classes), | 
|---|
| 554 |       perm_test(*this, 5, classes), | 
|---|
| 555 |       max_test(*this, classes), | 
|---|
| 556 |       bday_test(*this) | 
|---|
| 557 |   { | 
|---|
| 558 |     std::cout << "Confidence level: " << confid  | 
|---|
| 559 |               << "; 1-alpha = " << (1-confid) | 
|---|
| 560 |               << "; chi_square(" << (classes-1)  | 
|---|
| 561 |               << ", " << confidence_chi_square_quantil | 
|---|
| 562 |               << ") = "  | 
|---|
| 563 |               << chi_square_probability(classes-1)(0, confidence_chi_square_quantil) | 
|---|
| 564 |               << std::endl; | 
|---|
| 565 |   } | 
|---|
| 566 |    | 
|---|
| 567 |   bool check_confidence(double val, double chi_square_conf) const | 
|---|
| 568 |   { | 
|---|
| 569 |     std::cout << val; | 
|---|
| 570 |     bool result = (val <= chi_square_conf); | 
|---|
| 571 |     if(!result) { | 
|---|
| 572 |       std::cout << "* ["; | 
|---|
| 573 |       double prob = (val > 10*chi_square_conf ? 1 : | 
|---|
| 574 |                      chi_square_probability(classes-1)(0, val)); | 
|---|
| 575 |       std::cout << (1-prob) << "]"; | 
|---|
| 576 |     } | 
|---|
| 577 |     std::cout << " " << std::flush; | 
|---|
| 578 |     return result; | 
|---|
| 579 |   } | 
|---|
| 580 |  | 
|---|
| 581 |   bool check(double chi_square_value) const | 
|---|
| 582 |   { | 
|---|
| 583 |     return check_confidence(chi_square_value, confidence_chi_square_quantil); | 
|---|
| 584 |   } | 
|---|
| 585 |  | 
|---|
| 586 |   template<class RNG> | 
|---|
| 587 |   void run_test(const std::string & name) | 
|---|
| 588 |   { | 
|---|
| 589 |     using namespace boost; | 
|---|
| 590 |  | 
|---|
| 591 |     std::cout << "Running tests on " << name << std::endl; | 
|---|
| 592 |  | 
|---|
| 593 |     RNG rng(1234567); | 
|---|
| 594 |     typedef boost::uniform_01<RNG> UGen; | 
|---|
| 595 |  | 
|---|
| 596 | #if 1 | 
|---|
| 597 |     ksequi_test.run(rng, 5000, 250); | 
|---|
| 598 |     equi_test.run(rng, 5000, 250); | 
|---|
| 599 |     rns_test.run(rng, 100000, 250); | 
|---|
| 600 |     gp_test.run(rng, 10000, 250); | 
|---|
| 601 |     pk_test.run(rng, 5000, 250); | 
|---|
| 602 |     cpn_test.run(rng, 500, 250); | 
|---|
| 603 |     perm_test.run(rng, 1200, 250); | 
|---|
| 604 |     max_test.run(rng, 1000, 250); | 
|---|
| 605 | #endif | 
|---|
| 606 |     bday_test.run(rng, 1000, 150); | 
|---|
| 607 |  | 
|---|
| 608 |     std::cout << std::endl; | 
|---|
| 609 |   } | 
|---|
| 610 |  | 
|---|
| 611 | private: | 
|---|
| 612 |   double confidence; | 
|---|
| 613 |   double confidence_chi_square_quantil; | 
|---|
| 614 |   distribution_experiment test_distrib_chi_square6; | 
|---|
| 615 |   ks_equidistribution_test ksequi_test; | 
|---|
| 616 |   equidistribution_test equi_test; | 
|---|
| 617 |   runs_test rns_test; | 
|---|
| 618 |   gap_test gp_test; | 
|---|
| 619 |   poker_test pk_test; | 
|---|
| 620 |   coupon_collector_test cpn_test; | 
|---|
| 621 |   permutation_test perm_test; | 
|---|
| 622 |   maximum_test max_test; | 
|---|
| 623 |   birthday_test bday_test; | 
|---|
| 624 | }; | 
|---|
| 625 |  | 
|---|
| 626 | void test_base::check(double val) const | 
|---|
| 627 | {  | 
|---|
| 628 |   environment.check(val); | 
|---|
| 629 | } | 
|---|
| 630 |  | 
|---|
| 631 | void print_ks_table() | 
|---|
| 632 | { | 
|---|
| 633 |   std::cout.setf(std::ios::fixed); | 
|---|
| 634 |   std::cout.precision(5); | 
|---|
| 635 |   static const double all_p[] = { 0.01, 0.05, 0.25, 0.5, 0.75, 0.95, 0.99 }; | 
|---|
| 636 |   for(int n = 0; n <= 10000;  (n < 55 ? ++n : n *= 10)) { | 
|---|
| 637 |     std::cout << std::setw(4) << n << " "; | 
|---|
| 638 |     for(unsigned int i = 0; i < sizeof(all_p)/sizeof(all_p[0]); ++i) { | 
|---|
| 639 |       std::cout << std::setw(8)  | 
|---|
| 640 |                 << (n == 0 ? all_p[i] :  | 
|---|
| 641 |                     invert_monotone_inc(kolmogorov_smirnov_probability(n), all_p[i], 0, 10)) | 
|---|
| 642 |                 << " "; | 
|---|
| 643 |     } | 
|---|
| 644 |     std::cout << std::endl; | 
|---|
| 645 |   } | 
|---|
| 646 | } | 
|---|
| 647 |  | 
|---|
| 648 | int main() | 
|---|
| 649 | { | 
|---|
| 650 |   //  Haertel::validate_all(); | 
|---|
| 651 |   test_environment env(0.99); | 
|---|
| 652 |   env.run_test<boost::minstd_rand>("minstd_rand"); | 
|---|
| 653 |   env.run_test<boost::mt19937>("mt19937"); | 
|---|
| 654 |   env.run_test<Haertel::LCG_Af2>("LCG_Af2"); | 
|---|
| 655 |   env.run_test<Haertel::LCG_Die1>("LCG_Die1"); | 
|---|
| 656 |   env.run_test<Haertel::LCG_Fis>("LCG_Fis"); | 
|---|
| 657 |   env.run_test<Haertel::LCG_FM>("LCG_FM"); | 
|---|
| 658 |   env.run_test<Haertel::LCG_Hae>("LCG_Hae"); | 
|---|
| 659 |   env.run_test<Haertel::LCG_VAX>("LCG_VAX"); | 
|---|
| 660 |   env.run_test<Haertel::NLG_Inv1>("NLG_Inv1"); | 
|---|
| 661 |   env.run_test<Haertel::NLG_Inv2>("NLG_Inv2"); | 
|---|
| 662 |   env.run_test<Haertel::NLG_Inv4>("NLG_Inv4"); | 
|---|
| 663 |   env.run_test<Haertel::NLG_Inv5>("NLG_Inv5"); | 
|---|
| 664 | } | 
|---|