Clustering.hpp

#pragma once
/* (C) 2020 Roman Werpachowski. */
#include <memory>
#include <random>
#include <vector>
#include <Eigen/Core>
#include "dll.hpp"
 
namespace ml
{
    namespace Clustering
    {
        class Model
        {
        public:
            DLL_DECLSPEC virtual ~Model();
 
            virtual bool fit(Eigen::Ref<const Eigen::MatrixXd> data) = 0;
 
            virtual unsigned int number_clusters() const = 0;
 
            virtual const std::vector<unsigned int>& labels() const = 0;
 
            virtual const Eigen::MatrixXd& centroids() const = 0;
 
            virtual bool converged() const = 0;
        };
 
        class CentroidsInitialiser
        {
        public:
            DLL_DECLSPEC virtual ~CentroidsInitialiser();
 
            DLL_DECLSPEC virtual void init(Eigen::Ref<const Eigen::MatrixXd> data, std::default_random_engine& prng, unsigned int number_components, Eigen::Ref<Eigen::MatrixXd> centroids) const = 0;
        };
 
        class ResponsibilitiesInitialiser
        {
        public:
            DLL_DECLSPEC virtual ~ResponsibilitiesInitialiser();
 
            DLL_DECLSPEC virtual void init(Eigen::Ref<const Eigen::MatrixXd> data, std::default_random_engine& prng, unsigned int number_components, Eigen::Ref<Eigen::MatrixXd> responsibilities) const = 0;
        };
 
        class Forgy : public CentroidsInitialiser
        {
        public:
            DLL_DECLSPEC void init(Eigen::Ref<const Eigen::MatrixXd> data, std::default_random_engine& prng, unsigned int number_components, Eigen::Ref<Eigen::MatrixXd> centroids) const override;
        };
 
        class RandomPartition : public CentroidsInitialiser
        {
        public:
            DLL_DECLSPEC void init(Eigen::Ref<const Eigen::MatrixXd> data, std::default_random_engine& prng, unsigned int number_components, Eigen::Ref<Eigen::MatrixXd> centroids) const override;
        };
 
        class KPP : public CentroidsInitialiser
        {
        public:
            DLL_DECLSPEC void init(Eigen::Ref<const Eigen::MatrixXd> data, std::default_random_engine& prng, unsigned int number_components, Eigen::Ref<Eigen::MatrixXd> centroids) const override;
        };
 
        class ClosestCentroid : public ResponsibilitiesInitialiser
        {
        public:
            DLL_DECLSPEC ClosestCentroid(std::shared_ptr<const CentroidsInitialiser> centroids_initialiser);
 
            void init(Eigen::Ref<const Eigen::MatrixXd> data, std::default_random_engine& prng, unsigned int number_components, Eigen::Ref<Eigen::MatrixXd> responsibilities) const override;
        private:
            std::shared_ptr<const CentroidsInitialiser> centroids_initialiser_;
        };
    }
}