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@komasaru komasaru/calc.cpp
Last active May 19, 2020

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C++ source code to calculate a simple linear regression line.
#include "calc.hpp"
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <vector>
/**
* @brief 単回帰直線の計算
*
* @param[ref] 切片 a (double)
* @param[ref] 傾き b (double)
* @return 真偽(bool)
* @retval true 成功
* @retval false 失敗
*/
bool Calc::reg_line(double& a, double& b) {
unsigned int i; // loop インデックス
double s_x = 0.0; // sum(x)
double s_y = 0.0; // sum(y)
double s_xx = 0.0; // sum(xx)
double s_xy = 0.0; // sum(xy)
try {
// データ数
cnt = data.size();
// sum(x), sum(y), sum(xx), sum(xy)
for (i = 0; i < cnt; i++) {
s_x += data[i][0];
s_y += data[i][1];
s_xx += data[i][0] * data[i][0];
s_xy += data[i][0] * data[i][1];
}
// 行列1行目
mtx.push_back({(double)cnt, s_x, s_y});
// 行列2行目
mtx.push_back({s_x, s_xx, s_xy});
// 計算(ガウスの消去法)
if (!solve_ge(mtx)) {
std::cout << "[ERROR] Failed to solve by the Gauss-Ellimination method!"
<< std::endl;
return false;
}
// 切片、傾き
a = mtx[0][2];
b = mtx[1][2];
} catch (...) {
return false; // 計算失敗
}
return true; // 計算成功
}
/**
* @brief ガウスの消去法
*
* @param[ref] 行列(配列) mtx (double)
* @return 真偽(bool)
* @retval true 成功
* @retval false 失敗
*/
bool Calc::solve_ge(std::vector<std::vector<double>>& mtx) {
int i; // loop インデックス
int j; // loop インデックス
int k; // loop インデックス
int n; // 元(行)の数
double d; // 計算用
try {
n = (int)mtx.size();
// 前進消去
for (k = 0; k < n - 1; k++) {
for (i = k + 1; i < n; i++) {
d = mtx[i][k] / mtx[k][k];
for (j = k + 1; j <= n; j++)
mtx[i][j] -= mtx[k][j] * d;
}
}
// 後退代入
for (i = n - 1; i >= 0; i--) {
d = mtx[i][n];
for (j = i + 1; j < n; j++)
d -= mtx[i][j] * mtx[j][n];
mtx[i][n] = d / mtx[i][i];
}
} catch (...) {
return false; // 計算失敗
}
return true; // 計算成功
}
#ifndef REGRESSION_LINE_CALC_HPP_
#define REGRESSION_LINE_CALC_HPP_
#include <vector>
class Calc {
std::vector<std::vector<double>> data; // 元データ
std::vector<std::vector<double>> mtx; // 計算用行列
bool solve_ge(std::vector<std::vector<double>>&); // ガウスの消去法
public:
Calc(std::vector<std::vector<double>>& data) : data(data) {}
unsigned int cnt; // データ件数
bool reg_line(double&, double&); // 単回帰直線の計算
};
#endif
#include "file.hpp"
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
#include <vector>
bool File::get_text(std::vector<std::vector<double>>& data) {
try {
// ファイル OPEN
std::ifstream ifs(f_data);
if (!ifs.is_open()) return false; // 読み込み失敗
// ファイル READ
std::string buf; // 1行分バッファ
while (getline(ifs, buf)) {
std::vector<double> rec; // 1行分ベクタ
std::istringstream iss(buf); // 文字列ストリーム
std::string field; // 1列分文字列
// 1行分文字列を1行分ベクタに追加
double x, y;
while (iss >> x >> y) {
rec.push_back(x);
rec.push_back(y);
}
// 1行分ベクタを data ベクタに追加
if (rec.size() != 0) data.push_back(rec);
}
} catch (...) {
std::cerr << "EXCEPTION!" << std::endl;
return false;
}
return true; // 読み込み成功
}
#ifndef REGRESSION_LINE_FILE_HPP_
#define REGRESSION_LINE_FILE_HPP_
#include <fstream>
#include <string>
#include <vector>
class File {
std::string f_data;
public:
File(std::string f_data) : f_data(f_data) {}
bool get_text(std::vector<std::vector<double>>&);
};
#endif
/***********************************************************
単回帰直線計算
: y = a + b * x
: 連立方程式をガウスの消去法で解く方法
DATE AUTHOR VERSION
2020.04.30 mk-mode.com 1.00 新規作成
Copyright(C) 2020 mk-mode.com All Rights Reserved.
***********************************************************/
#include "calc.hpp"
#include "file.hpp"
#include <cstdlib> // for EXIT_XXXX
#include <iomanip> // for setprecision
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
int main(int argc, char* argv[]) {
std::string f_data; // データファイル名
std::vector<std::vector<double>> data; // データ配列
std::size_t i; // loop インデックス
double a; // 切片
double b; // 傾き
try {
// コマンドライン引数のチェック
if (argc != 2) {
std::cerr << "[ERROR] Number of arguments is wrong!\n"
<< "[USAGE] ./regression_line <file_name>"
<< std::endl;
return EXIT_FAILURE;
}
// ファイル名取得
f_data = argv[1];
// データ取得
File file(f_data);
if (!file.get_text(data)) {
std::cout << "[ERROR] Failed to read the file!" << std::endl;
return EXIT_FAILURE;
}
// データ一覧出力
std::cout << std::fixed << std::setprecision(4);
std::cout << "説明変数 X 目的変数 Y" << std::endl;
for (i = 0; i < data.size(); i++)
std::cout << std::setw(10) << std::right << data[i][0]
<< " "
<< std::setw(10) << std::right << data[i][1]
<< std::endl;
// 計算
Calc calc(data);
if (!calc.reg_line(a, b)) {
std::cout << "[ERROR] Failed to calculate!" << std::endl;
return EXIT_FAILURE;
}
// 結果出力
std::cout << std::fixed << std::setprecision(8);
std::cout << "---\n"
<< "切片 a = " << std::setw(16) << std::right << a
<< "\n"
<< "傾き b = " << std::setw(16) << std::right << b
<< std::endl;
} catch (...) {
std::cerr << "EXCEPTION!" << std::endl;
return EXIT_FAILURE;
}
return EXIT_SUCCESS;
}
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