SRC/dggglm.f

   1 *> \brief \b DGGGLM
   2 *
   3 *  =========== DOCUMENTATION ===========
   4 *
   5 * Online html documentation available at
   6 *            http://www.netlib.org/lapack/explore-html/
   7 *
   8 *> \htmlonly
   9 *> Download DGGGLM + dependencies
  10 *> <a href="http://www.netlib.org/cgi-bin/netlibfiles.tgz?format=tgz&filename=/lapack/lapack_routine/dggglm.f">
  11 *> [TGZ]</a>
  12 *> <a href="http://www.netlib.org/cgi-bin/netlibfiles.zip?format=zip&filename=/lapack/lapack_routine/dggglm.f">
  13 *> [ZIP]</a>
  14 *> <a href="http://www.netlib.org/cgi-bin/netlibfiles.txt?format=txt&filename=/lapack/lapack_routine/dggglm.f">
  15 *> [TXT]</a>
  16 *> \endhtmlonly
  17 *
  18 *  Definition:
  19 *  ===========
  20 *
  21 *       SUBROUTINE DGGGLM( N, M, P, A, LDA, B, LDB, D, X, Y, WORK, LWORK,
  22 *                          INFO )
  23 *
  24 *       .. Scalar Arguments ..
  25 *       INTEGER            INFO, LDA, LDB, LWORK, M, N, P
  26 *       ..
  27 *       .. Array Arguments ..
  28 *       DOUBLE PRECISION   A( LDA, * ), B( LDB, * ), D( * ), WORK( * ),
  29 *      $                   X( * ), Y( * )
  30 *       ..
  31 *
  32 *
  33 *> \par Purpose:
  34 *  =============
  35 *>
  36 *> \verbatim
  37 *>
  38 *> DGGGLM solves a general Gauss-Markov linear model (GLM) problem:
  39 *>
  40 *>         minimize || y ||_2   subject to   d = A*x + B*y
  41 *>             x
  42 *>
  43 *> where A is an N-by-M matrix, B is an N-by-P matrix, and d is a
  44 *> given N-vector. It is assumed that M <= N <= M+P, and
  45 *>
  46 *>            rank(A) = M    and    rank( A B ) = N.
  47 *>
  48 *> Under these assumptions, the constrained equation is always
  49 *> consistent, and there is a unique solution x and a minimal 2-norm
  50 *> solution y, which is obtained using a generalized QR factorization
  51 *> of the matrices (A, B) given by
  52 *>
  53 *>    A = Q*(R),   B = Q*T*Z.
  54 *>          (0)
  55 *>
  56 *> In particular, if matrix B is square nonsingular, then the problem
  57 *> GLM is equivalent to the following weighted linear least squares
  58 *> problem
  59 *>
  60 *>              minimize || inv(B)*(d-A*x) ||_2
  61 *>                  x
  62 *>
  63 *> where inv(B) denotes the inverse of B.
  64 *> \endverbatim
  65 *
  66 *  Arguments:
  67 *  ==========
  68 *
  69 *> \param[in] N
  70 *> \verbatim
  71 *>          N is INTEGER
  72 *>          The number of rows of the matrices A and B.  N >= 0.
  73 *> \endverbatim
  74 *>
  75 *> \param[in] M
  76 *> \verbatim
  77 *>          M is INTEGER
  78 *>          The number of columns of the matrix A.  0 <= M <= N.
  79 *> \endverbatim
  80 *>
  81 *> \param[in] P
  82 *> \verbatim
  83 *>          P is INTEGER
  84 *>          The number of columns of the matrix B.  P >= N-M.
  85 *> \endverbatim
  86 *>
  87 *> \param[in,out] A
  88 *> \verbatim
  89 *>          A is DOUBLE PRECISION array, dimension (LDA,M)
  90 *>          On entry, the N-by-M matrix A.
  91 *>          On exit, the upper triangular part of the array A contains
  92 *>          the M-by-M upper triangular matrix R.
  93 *> \endverbatim
  94 *>
  95 *> \param[in] LDA
  96 *> \verbatim
  97 *>          LDA is INTEGER
  98 *>          The leading dimension of the array A. LDA >= max(1,N).
  99 *> \endverbatim
 100 *>
 101 *> \param[in,out] B
 102 *> \verbatim
 103 *>          B is DOUBLE PRECISION array, dimension (LDB,P)
 104 *>          On entry, the N-by-P matrix B.
 105 *>          On exit, if N <= P, the upper triangle of the subarray
 106 *>          B(1:N,P-N+1:P) contains the N-by-N upper triangular matrix T;
 107 *>          if N > P, the elements on and above the (N-P)th subdiagonal
 108 *>          contain the N-by-P upper trapezoidal matrix T.
 109 *> \endverbatim
 110 *>
 111 *> \param[in] LDB
 112 *> \verbatim
 113 *>          LDB is INTEGER
 114 *>          The leading dimension of the array B. LDB >= max(1,N).
 115 *> \endverbatim
 116 *>
 117 *> \param[in,out] D
 118 *> \verbatim
 119 *>          D is DOUBLE PRECISION array, dimension (N)
 120 *>          On entry, D is the left hand side of the GLM equation.
 121 *>          On exit, D is destroyed.
 122 *> \endverbatim
 123 *>
 124 *> \param[out] X
 125 *> \verbatim
 126 *>          X is DOUBLE PRECISION array, dimension (M)
 127 *> \endverbatim
 128 *>
 129 *> \param[out] Y
 130 *> \verbatim
 131 *>          Y is DOUBLE PRECISION array, dimension (P)
 132 *>
 133 *>          On exit, X and Y are the solutions of the GLM problem.
 134 *> \endverbatim
 135 *>
 136 *> \param[out] WORK
 137 *> \verbatim
 138 *>          WORK is DOUBLE PRECISION array, dimension (MAX(1,LWORK))
 139 *>          On exit, if INFO = 0, WORK(1) returns the optimal LWORK.
 140 *> \endverbatim
 141 *>
 142 *> \param[in] LWORK
 143 *> \verbatim
 144 *>          LWORK is INTEGER
 145 *>          The dimension of the array WORK. LWORK >= max(1,N+M+P).
 146 *>          For optimum performance, LWORK >= M+min(N,P)+max(N,P)*NB,
 147 *>          where NB is an upper bound for the optimal blocksizes for
 148 *>          DGEQRF, SGERQF, DORMQR and SORMRQ.
 149 *>
 150 *>          If LWORK = -1, then a workspace query is assumed; the routine
 151 *>          only calculates the optimal size of the WORK array, returns
 152 *>          this value as the first entry of the WORK array, and no error
 153 *>          message related to LWORK is issued by XERBLA.
 154 *> \endverbatim
 155 *>
 156 *> \param[out] INFO
 157 *> \verbatim
 158 *>          INFO is INTEGER
 159 *>          = 0:  successful exit.
 160 *>          < 0:  if INFO = -i, the i-th argument had an illegal value.
 161 *>          = 1:  the upper triangular factor R associated with A in the
 162 *>                generalized QR factorization of the pair (A, B) is
 163 *>                singular, so that rank(A) < M; the least squares
 164 *>                solution could not be computed.
 165 *>          = 2:  the bottom (N-M) by (N-M) part of the upper trapezoidal
 166 *>                factor T associated with B in the generalized QR
 167 *>                factorization of the pair (A, B) is singular, so that
 168 *>                rank( A B ) < N; the least squares solution could not
 169 *>                be computed.
 170 *> \endverbatim
 171 *
 172 *  Authors:
 173 *  ========
 174 *
 175 *> \author Univ. of Tennessee
 176 *> \author Univ. of California Berkeley
 177 *> \author Univ. of Colorado Denver
 178 *> \author NAG Ltd.
 179 *
 180 *> \date November 2015
 181 *
 182 *> \ingroup doubleOTHEReigen
 183 *
 184 *  =====================================================================
 185       SUBROUTINE DGGGLM( N, M, P, A, LDA, B, LDB, D, X, Y, WORK, LWORK,
 186      $                   INFO )
 187 *
 188 *  -- LAPACK driver routine (version 3.6.0) --
 189 *  -- LAPACK is a software package provided by Univ. of Tennessee,    --
 190 *  -- Univ. of California Berkeley, Univ. of Colorado Denver and NAG Ltd..--
 191 *     November 2015
 192 *
 193 *     .. Scalar Arguments ..
 194       INTEGER            INFO, LDA, LDB, LWORK, M, N, P
 195 *     ..
 196 *     .. Array Arguments ..
 197       DOUBLE PRECISION   A( LDA, * ), B( LDB, * ), D( * ), WORK( * ),
 198      $                   X( * ), Y( * )
 199 *     ..
 200 *
 201 *  ===================================================================
 202 *
 203 *     .. Parameters ..
 204       DOUBLE PRECISION   ZERO, ONE
 205       PARAMETER          ( ZERO = 0.0D+0, ONE = 1.0D+0 )
 206 *     ..
 207 *     .. Local Scalars ..
 208       LOGICAL            LQUERY
 209       INTEGER            I, LOPT, LWKMIN, LWKOPT, NB, NB1, NB2, NB3,
 210      $                   NB4, NP
 211 *     ..
 212 *     .. External Subroutines ..
 213       EXTERNAL           DCOPY, DGEMV, DGGQRF, DORMQR, DORMRQ, DTRTRS,
 214      $                   XERBLA
 215 *     ..
 216 *     .. External Functions ..
 217       INTEGER            ILAENV
 218       EXTERNAL           ILAENV
 219 *     ..
 220 *     .. Intrinsic Functions ..
 221       INTRINSIC          INT, MAX, MIN
 222 *     ..
 223 *     .. Executable Statements ..
 224 *
 225 *     Test the input parameters
 226 *
 227       INFO = 0
 228       NP = MIN( N, P )
 229       LQUERY = ( LWORK.EQ.-1 )
 230       IF( N.LT.0 ) THEN
 231          INFO = -1
 232       ELSE IF( M.LT.0 .OR. M.GT.N ) THEN
 233          INFO = -2
 234       ELSE IF( P.LT.0 .OR. P.LT.N-M ) THEN
 235          INFO = -3
 236       ELSE IF( LDA.LT.MAX( 1, N ) ) THEN
 237          INFO = -5
 238       ELSE IF( LDB.LT.MAX( 1, N ) ) THEN
 239          INFO = -7
 240       END IF
 241 *
 242 *     Calculate workspace
 243 *
 244       IF( INFO.EQ.0) THEN
 245          IF( N.EQ.0 ) THEN
 246             LWKMIN = 1
 247             LWKOPT = 1
 248          ELSE
 249             NB1 = ILAENV( 1, 'DGEQRF', ' ', N, M, -1, -1 )
 250             NB2 = ILAENV( 1, 'DGERQF', ' ', N, M, -1, -1 )
 251             NB3 = ILAENV( 1, 'DORMQR', ' ', N, M, P, -1 )
 252             NB4 = ILAENV( 1, 'DORMRQ', ' ', N, M, P, -1 )
 253             NB = MAX( NB1, NB2, NB3, NB4 )
 254             LWKMIN = M + N + P
 255             LWKOPT = M + NP + MAX( N, P )*NB
 256          END IF
 257          WORK( 1 ) = LWKOPT
 258 *
 259          IF( LWORK.LT.LWKMIN .AND. .NOT.LQUERY ) THEN
 260             INFO = -12
 261          END IF
 262       END IF
 263 *
 264       IF( INFO.NE.0 ) THEN
 265          CALL XERBLA( 'DGGGLM', -INFO )
 266          RETURN
 267       ELSE IF( LQUERY ) THEN
 268          RETURN
 269       END IF
 270 *
 271 *     Quick return if possible
 272 *
 273       IF( N.EQ.0 )
 274      $   RETURN
 275 *
 276 *     Compute the GQR factorization of matrices A and B:
 277 *
 278 *          Q**T*A = ( R11 ) M,    Q**T*B*Z**T = ( T11   T12 ) M
 279 *                   (  0  ) N-M                 (  0    T22 ) N-M
 280 *                      M                         M+P-N  N-M
 281 *
 282 *     where R11 and T22 are upper triangular, and Q and Z are
 283 *     orthogonal.
 284 *
 285       CALL DGGQRF( N, M, P, A, LDA, WORK, B, LDB, WORK( M+1 ),
 286      $             WORK( M+NP+1 ), LWORK-M-NP, INFO )
 287       LOPT = WORK( M+NP+1 )
 288 *
 289 *     Update left-hand-side vector d = Q**T*d = ( d1 ) M
 290 *                                               ( d2 ) N-M
 291 *
 292       CALL DORMQR( 'Left', 'Transpose', N, 1, M, A, LDA, WORK, D,
 293      $             MAX( 1, N ), WORK( M+NP+1 ), LWORK-M-NP, INFO )
 294       LOPT = MAX( LOPT, INT( WORK( M+NP+1 ) ) )
 295 *
 296 *     Solve T22*y2 = d2 for y2
 297 *
 298       IF( N.GT.M ) THEN
 299          CALL DTRTRS( 'Upper', 'No transpose', 'Non unit', N-M, 1,
 300      $                B( M+1, M+P-N+1 ), LDB, D( M+1 ), N-M, INFO )
 301 *
 302          IF( INFO.GT.0 ) THEN
 303             INFO = 1
 304             RETURN
 305          END IF
 306 *
 307          CALL DCOPY( N-M, D( M+1 ), 1, Y( M+P-N+1 ), 1 )
 308       END IF
 309 *
 310 *     Set y1 = 0
 311 *
 312       DO 10 I = 1, M + P - N
 313          Y( I ) = ZERO
 314    10 CONTINUE
 315 *
 316 *     Update d1 = d1 - T12*y2
 317 *
 318       CALL DGEMV( 'No transpose', M, N-M, -ONE, B( 1, M+P-N+1 ), LDB,
 319      $            Y( M+P-N+1 ), 1, ONE, D, 1 )
 320 *
 321 *     Solve triangular system: R11*x = d1
 322 *
 323       IF( M.GT.0 ) THEN
 324          CALL DTRTRS( 'Upper', 'No Transpose', 'Non unit', M, 1, A, LDA,
 325      $                D, M, INFO )
 326 *
 327          IF( INFO.GT.0 ) THEN
 328             INFO = 2
 329             RETURN
 330          END IF
 331 *
 332 *        Copy D to X
 333 *
 334          CALL DCOPY( M, D, 1, X, 1 )
 335       END IF
 336 *
 337 *     Backward transformation y = Z**T *y
 338 *
 339       CALL DORMRQ( 'Left', 'Transpose', P, 1, NP,
 340      $             B( MAX( 1, N-P+1 ), 1 ), LDB, WORK( M+1 ), Y,
 341      $             MAX( 1, P ), WORK( M+NP+1 ), LWORK-M-NP, INFO )
 342       WORK( 1 ) = M + NP + MAX( LOPT, INT( WORK( M+NP+1 ) ) )
 343 *
 344       RETURN
 345 *
 346 *     End of DGGGLM
 347 *
 348       END