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starting to make it compile
[moebius2.git] / bgl.cpp
diff --git a/bgl.cpp b/bgl.cpp
index cdfd8580e25dea55cc113745f967e70ea5e38764..fbc5b7db955017e34a19e28c004ce945cc5becfe 100644 (file)
--- a/bgl.cpp
+++ b/bgl.cpp
@@ -1,5 +1,14 @@
+/*
+ * Everything that needs the Boost Graph Library and C++ templates etc.
+ * (and what a crazy set of stuff that all is)
+ */
+
+#include <math.h>
+
 extern "C" {
+#include "bgl.h"
 #include "mgraph.h"
+#include "common.h"
 }
 
 /*
@@ -13,29 +22,25 @@ extern "C" {
  */
 
 /*
- * We use BGL's implementation of Johnson All Pairs Shortest Paths
+ * We use BGL's implementation of Dijkstra's single source shortest
+ * paths.  We really want all pairs shortest paths, so Johnson All
+ * Pairs Shortest Paths would seem sensible.  But actually Johnson's
+ * algorithm is just a wrapper around Dijkstra's; the extra
+ * functionality is just to deal with -ve edge weights, which we don't
+ * have.  So we can use Dijkstra directly and save some cpu (and some
+ * code: we don't have to supply all of the machinery needed for
+ * Johnson's invocation of Bellman-Ford).  The overall time cost is
+ * O(VE log V); I think the space used is O(E).
  */
 
 #define VMASK (YMASK|XMASK)
 #define ESHIFT (YBITS|XBITS)
 
-/* When we enumerate the edges we mainly just increment f.
- * To avoid nonexistent edges
- *  we start with                           e=0 | y=1  | x=0
- *  and explicitly skip                     e=1 | y=0  | ...
- * We go only up to                         e=2 | YMAX | XMAX
- *  ie we stop just before                  e=3 | y=0  | x=0
- *  so that we get each edge once rather than twice.
- */
-
-#define F_ALL_MIN      (1 << YSHIFT)
-#define F_ALL_MAX      (3 << ESHIFT)
-#define F_ALL_SKIP_AT  (1 << ESHIFT)
-#define F_ALL_SKIP_SET (1 << YSHIFT)
+class Graph { }; // this is a dummy as our graph has no actual representation
 
 namespace boost {
-  // We make Layout a model of various BGL Graph concepts.
-  // This mainly means that graph_traits<Layout> has lots of stuff.
+  // We make Graph a model of various BGL Graph concepts.
+  // This mainly means that graph_traits<Graph> has lots of stuff.
 
   // First, some definitions used later:
   
@@ -49,18 +54,8 @@ namespace boost {
     OutEdgeIncrable& operator++() { f += 1<<ESHIFT; return self; }
     OutEdgeIncrable(int v, int e) : f(v | (e << ESHIFT)) { }
   };
-  struct AnyEdgeIncrable {
-    int f;
-    AnyEdgeIncrable& operator++() {
-      f++;
-      if (f == F_ALL_SKIP_AT) f |= F_ALL_SKIP_SET
-      return self;
-    }
-    AnyEdgeIncrable(int _f) : f(_f) { }
-    AnyEdgeIncrable() : f(F_ALL_MIN) { }
-  };
  
-  struct graph_traits<Layout> {
+  struct graph_traits<Graph> {
 
     // Concept Graph:
   
@@ -77,50 +72,74 @@ namespace boost {
       forward_iterator_tag> out_edge_iterator;
     typedef int degree_size_type;
     
-    inline int source(int f, const Layout&) { return f&VMASK; }
-    inline int target(int f, const Layout&) { return EDGE_END2(f&VMASK, f>>ESHIFT); }
+    inline int source(int f, const Graph&) { return f&VMASK; }
+    inline int target(int f, const Graph&) { return EDGE_END2(f&VMASK, f>>ESHIFT); }
     inline std::pair<out_edge_iterator,out_edge_iterator>
-    out_edges(int v, const Layout&) {
+    out_edges(int v, const Graph&) {
       return std::make_pair(out_edge_iterator(OutEdgeIncrable(v, VE_MIN(v))),
                            out_edge_iterator(OutEdgeIncrable(v, VE_MAX(v))));
     }
-    out_degree(int v, const Layout&) { return VE_MAX(v) - VE_MIN(v); }
+    inline out_degree(int v, const Graph&) { return VE_MAX(v) - VE_MIN(v); }
 
     // Concept VertexListGraph:
     typedef counting_iterator<int> vertex_iterator;
     typedef unsigned vertices_size_type;
     inline std::pair<vertex_iterator,vertex_iterator>
-    vertices(const Layout&) {
+    vertices(const Graph&) {
       return std::make_pair(vertex_iterator(0), vertex_iterator(N));
     }
-    inline unsigned num_vertices(const Layout&) { return N; }
+    inline unsigned num_vertices(const Graph&) { return N; }
+  };
+};
 
-    // Concept EdgeListGraph:
-    typedef counting_iterator<AnyEdgeIncrable,
-      forward_iterator_tag> edge_iterator;
-    typedef unsigned edges_size_type;
-    inline std::pair<edge_iterator,edge_iterator>
-    edges(const Layout&) {
-      return std::make_pair(edge_iterator(AnyEdgeIncrable()),
-                           edge_iterator(AnyEdgeIncrable(F_ALL_MAX)));
-    }
-    unsigned num_edges(const Layout&) {
-      return F_ALL_MAX - F_ALL_MIN - ((F_SKIP_SET|F_SKIP_AT) - F_SKIP_AT);
-    }
-    
-}
+static void single_source_shortest_paths(int v1,
+                                        const double edge_weights[/*f*/],
+                                        double vertex_distances[/*v*/]) {
+  Graph g;
 
-void calculate_layout_energy(const Layout*) {
-  
-  FOR_VERTEX(v1) {
-    boost::dijkstra_shortest_paths(g, v1, 0);
+  boost::dijkstra_shortest_paths(g, v1,
+     weight_map(edge_weights).
+     vertex_index_map(identity_property_map()).
+     distance_map(vertex_distances));
+}
     
-                           /* weight_map(). ? */
-                           /* vertex_index_map(vimap). */
-
-                           
-                           predecessor_map().
-                           distance_map()
-
+double graph_layout_cost(const Vertices v, const double vertex_areas[N]) {
+  /* For each (vi,vj) computes shortest path s_ij = |vi..vj|
+   * along edges, and actual distance d_ij = |vi-vj|.
+   *
+   * We will also use the `vertex areas': for each vertex vi the
+   * vertex area a_vi is the mean area of the incident triangles.
+   * This is computed elsewhere.
+   *
+   * Energy contribution is proportional to
+   *
+   *               -4          2
+   *    a  a   .  d   . [ (s/d)  - 1 ]
+   *     vi vj
+   *
+   * (In practice we compute d^2+epsilon and use it for the
+   *  divisions, to avoid division by zero.)
+   */
+  static const d2_epsilon= 1e-6;
+  
+  double edge_weights[N*V6], vertex_distances[N], total_cost;
+  int v1,v2,e,f;
 
+  FOR_VEDGE_X(v1,e,v2,
+             f= v1 | e << ESHIFT,
+             edge_weights[f]= NaN)
+    edge_weights[f]= hypotD(v[v1], v[v2]);
 
+  FOR_VERTEX(v1) {
+    double a1= vertex_areas[v1];
+    single_source_shortest_paths(v1, edge_weights, vertex_distances);
+    FOR_VERTEX(v2) {
+      double a2= vertex_areas[v2];
+      double d2= hypotD2plus(v[v1],v[v2], d2_epsilon);
+      double sd= vertex_distances[v2] / d2;
+      double sd2= sd*sd;
+      total_cost += a1*a2 * (sd2 - 1) / (d2*d2);
+    }
+  }
+  return total_cost;
+}