]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blobdiff - lily/constrained-breaking.cc
Merge branch 'master' of ssh://jomand@git.sv.gnu.org/srv/git/lilypond into lilypond...
[lilypond.git] / lily / constrained-breaking.cc
index 3996856cbd4769d21d2aba9a66399d5550c3587a..3a56aa47541190b7bd2f6e2669d5292f7e4d1fac 100644 (file)
@@ -4,7 +4,7 @@
 
   source file of the GNU LilyPond music typesetter
 
-  (c) 2006 Han-Wen Nienhuys <hanwen@xs4all.nl>
+  (c) 2006--2009 Joe Neeman <joeneeman@gmail.com>
 */
 
 #include "constrained-breaking.hh"
 #include "warn.hh"
 
 /*
-  We use the following optimal substructure. Let W(A) be our weight function.
+  We use the following optimal substructure. Let W (A) be our weight function.
 
-  Let A_{k,n} = (a_{k,n,1}, ... a_{k,n,k}) be the optimal set of line breaks
-  for k systems and n potential breakpoints. a_{k,n,k} = n (it is the end of
+  Let A_{k, n} = (a_{k, n,1}, ... a_{k, n, k}) be the optimal set of line breaks
+  for k systems and n potential breakpoints. a_{k, n, k} = n (it is the end of
   the piece)
 
   Then A_{k+1, m} is contructed from
-  min_ {k < j < m} ( W(A_{k,j} :: m) )
+  min_ {k < j < m} ( W (A_{k, j} :: m) )
   where by A::m we denote appending m to the list A
 
   Indices in the code:
 
   The above algorithm makes it easy to end at a point before the end of the
-  score (just find A_{k,m} for some m < breaks_.size () - 1). However, we must
+  score (just find A_{k, m} for some m < breaks_.size () - 1). However, we must
   add information for starting at a point after the beginning. One constructor
   allows the specification of a list of starting columns, start_. We then have
   start_.size () different solution arrays. state_[i] is the array for the
   solution starting at column number start_[i].
 
-  The indicies "start" and "end" refer to the index in the start_ array of the
+  The indices "start" and "end" refer to the index in the start_ array of the
   desired starting and ending columns.
 
   each solution array looks like
        .         .         .     .
        .         .         .       .
   where the X's mark invalid solutions (can't have more systems than
-  breakpoints). Note that each value is of the form a_{x,n,x}. This is because
-  a breakpoint of the form a_{x,n,x-1} will also be called a_{x-1,m,x-1} for
+  breakpoints). Note that each value is of the form a_{x, n, x}. This is because
+  a breakpoint of the form a_{x, n, x-1} will also be called a_{x-1, m, x-1} for
   some m < n. Each cell in the array stores the value of its m (ie. the
   ending breakpoint of the previous line) as "prev_".
 
-  For finding A_{sys, brk}, let "me" be the (sys_count,brk) cell in our
+  For finding A_{sys, brk}, let "me" be the (sys_count, brk) cell in our
   solution array (state_[start][sys * rank + brk]).
 
   Then A_{sys, brk} = A_{sys - 1, me.prev_} :: me
@@ -74,54 +74,41 @@ Constrained_breaking::calc_subproblem (vsize start, vsize sys, vsize brk)
 
   bool found_something = false;
   vsize start_col = starting_breakpoints_[start];
-  vector<Constrained_break_node> &st = state_[start];
-  vsize rank = breaks_.size () - start_col;
+  Matrix<Constrained_break_node> &st = state_[start];
   vsize max_index = brk - start_col;
-  for (vsize j=sys; j < max_index; j++)
+  for (vsize j=max_index; j-- > sys;)
     {
       if (0 == sys && j > 0)
-        break; /* the first line cannot have its first break after the beginning */
+        continue; /* the first line cannot have its first break after the beginning */
+
+      Line_details const &cur = lines_.at (brk, j + start_col);
+      if (isinf (cur.force_))
+       break;
 
-      Line_details const &cur = lines_[(j + start_col)*lines_rank_ + brk];
       Real prev_f = 0;
       Real prev_dem = 0;
 
       if (sys > 0)
         {
-          prev_f = st[(sys-1) * rank + j].details_.force_;
-          prev_dem = st[(sys-1) * rank + j].demerits_;
+          prev_f = st.at (j, sys-1).details_.force_;
+          prev_dem = st.at (j, sys-1).demerits_;
         }
       if (isinf (prev_dem))
-        break;
-
-      Real dem = combine_demerits (cur.force_, prev_f) + prev_dem + cur.break_penalty_;
-      if (isinf (dem))
         continue;
 
-      int k = sys*rank + max_index;
-      if (isinf (st[k].demerits_) || dem < st[k].demerits_)
+      Real dem = combine_demerits (cur.force_, prev_f) + prev_dem + cur.break_penalty_;
+      Constrained_break_node &n = st.at (max_index, sys);
+      if (dem < n.demerits_)
         {
           found_something = true;
-          st[k].demerits_ = dem;
-          st[k].details_ = cur;
-          st[k].prev_ = j;
+          n.demerits_ = dem;
+          n.details_ = cur;
+          n.prev_ = j;
         }
     }
   return found_something;
 }
 
-vector<Column_x_positions>
-Constrained_breaking::solve ()
-{
-  if (!systems_)
-    {
-      programming_error (_f ("no system number set in constrained-breaking"));
-      systems_ = breaks_.size () / 4;
-    }
-
-  resize (systems_);
-  return get_solution(0, VPOS, systems_);
-}
 
 Column_x_positions
 Constrained_breaking::space_line (vsize i, vsize j)
@@ -131,11 +118,20 @@ Constrained_breaking::space_line (vsize i, vsize j)
   Column_x_positions col;
 
   vector<Grob*> line (all_.begin () + breaks_[i],
-                     all_.begin() + breaks_[j] + 1);
+                     all_.begin () + breaks_[j] + 1);
   Interval line_dims = line_dimensions_int (pscore_->layout (), i);
   bool last = j == breaks_.size () - 1;
   bool ragged = ragged_right || (last && ragged_last);
 
+  /* As a special case, if there is only one line in the score and ragged-right
+     hasn't been specifically forbidden and the line is stretched, use
+     ragged spacing. */
+  if (last && i == 0
+      && lines_.at (i, j).force_ >= 0
+      && !scm_is_bool (pscore_->layout ()->c_variable ("ragged-right"))
+      && !scm_is_bool (pscore_->layout ()->c_variable ("ragged-last")))
+    ragged = true;
+
   return get_line_configuration (line, line_dims[RIGHT] - line_dims[LEFT], line_dims[LEFT], ragged);
 }
 
@@ -144,66 +140,10 @@ Constrained_breaking::resize (vsize systems)
 {
   systems_ = systems;
 
-  if (!breaks_.size () && pscore_)
-    {
-      Output_def *l = pscore_->layout ();
-      Real extent = scm_to_double (l->c_variable ("system-height"));
-      Real padding = scm_to_double (l->c_variable ("between-system-padding"));
-      Real space = scm_to_double (l->c_variable ("between-system-space"));
-      bool ragged_right = to_boolean (pscore_->layout ()->c_variable ("ragged-right"));
-      bool ragged_last = to_boolean (pscore_->layout ()->c_variable ("ragged-last"));
-
-      Interval first_line = line_dimensions_int (pscore_->layout (), 0);
-      Interval other_lines = line_dimensions_int (pscore_->layout (), 1);
-      /* do all the rod/spring problems */
-      breaks_ = pscore_->find_break_indices ();
-      lines_rank_ = breaks_.size ();
-      all_ = pscore_->root_system ()->columns ();
-      lines_.resize (breaks_.size () * breaks_.size ());
-      vector<Real> forces = get_line_forces (all_,
-                                            breaks_,
-                                            other_lines.length (),
-                                            other_lines.length () - first_line.length (),
-                                            ragged_right);
-      for (vsize i = 0; i < breaks_.size () - 1; i++)
-       {
-          for (vsize j = i + 1; j < breaks_.size (); j++)
-            {
-             bool last = j == breaks_.size () - 1;
-             bool ragged = ragged_right || (last && ragged_last);
-              int k = i*lines_rank_ + j;
-             SCM pen = all_[breaks_[j]]->get_property ("line-break-penalty");
-             if (scm_is_number (pen))
-               lines_[k].break_penalty_ = scm_to_double (pen);
-
-              lines_[k].force_ = forces[k];
-              lines_[k].extent_ = extent;
-              lines_[k].padding_ = padding;
-              lines_[k].space_ = space;
-              lines_[k].inverse_hooke_ = 3; // FIXME: somewhat arbitrary
-             if (ragged && lines_[k].force_ < 0)
-               lines_[k].force_ = infinity_f;
-              if (isinf (lines_[k].force_))
-                break;
-            }
-       }
-
-      /* work out all the starting indices */
-      for (vsize i = 0; i < start_.size (); i++)
-        {
-          vsize j;
-          for (j = 0; j < breaks_.size () - 1 && breaks_[j] < start_[i]; j++)
-            ;
-          starting_breakpoints_.push_back (j);
-          start_[i] = breaks_[j];
-        }
-      state_.resize (start_.size ());
-    }
-
   if (pscore_ && systems_ > valid_systems_)
     {
       for (vsize i = 0; i < state_.size (); i++)
-        state_[i].resize((breaks_.size () - starting_breakpoints_[i]) * systems_);
+        state_[i].resize (breaks_.size () - starting_breakpoints_[i], systems_, Constrained_break_node ());
 
       /* fill out the matrices */
       for (vsize i = 0; i < state_.size (); i++)
@@ -216,14 +156,12 @@ Constrained_breaking::resize (vsize systems)
 }
 
 vector<Column_x_positions>
-Constrained_breaking::get_solution (vsize start, vsize end, vsize sys_count)
+Constrained_breaking::solve (vsize start, vsize end, vsize sys_count)
 {
-  vsize rank;
-  vsize end_brk;
   vsize start_brk = starting_breakpoints_[start];
-  prepare_solution (start, end, sys_count, &rank, &end_brk);
+  vsize end_brk = prepare_solution (start, end, sys_count);
 
-  vector<Constrained_break_node> const &st = state_[start];
+  Matrix<Constrained_break_node> const &st = state_[start];
   vector<Column_x_positions> ret;
 
   /* find the first solution that satisfies constraints */
@@ -231,17 +169,17 @@ Constrained_breaking::get_solution (vsize start, vsize end, vsize sys_count)
     {
       for (vsize brk = end_brk; brk != VPOS; brk--)
         {
-          if (!isinf (st[sys*rank + brk].details_.force_))
+          if (!isinf (st.at (brk, sys).details_.force_))
             {
               if (brk != end_brk)
                 {
-                  warning ( _("couldn't find line breaking that satisfies constraints" ));
+                  warning (_ ("cannot find line breaking that satisfies constraints" ));
                   ret.push_back (space_line (brk, end_brk));
                 }
               /* build up the good solution */
               for (vsize cur_sys = sys; cur_sys != VPOS; cur_sys--)
                 {
-                 vsize prev_brk = st[cur_sys*rank + brk].prev_;
+                 vsize prev_brk = st.at (brk, cur_sys).prev_;
                   assert (brk != VPOS);
                   ret.push_back (space_line (prev_brk + start_brk, brk + start_brk));
                   brk = prev_brk;
@@ -252,37 +190,72 @@ Constrained_breaking::get_solution (vsize start, vsize end, vsize sys_count)
         }
     }
   /* if we get to here, just put everything on one line */
-  warning ( _("couldn't find line breaking that satisfies constraints" ));
+  warning (_ ("cannot find line breaking that satisfies constraints"));
   ret.push_back (space_line (0, end_brk));
   return ret;
 }
 
+vector<Column_x_positions>
+Constrained_breaking::best_solution (vsize start, vsize end)
+{
+  vsize min_systems = min_system_count (start, end);
+  vsize max_systems = max_system_count (start, end);
+  Real best_demerits = infinity_f;
+  vector<Column_x_positions> best_so_far;
+
+  for (vsize i = min_systems; i <= max_systems; i++)
+    {
+      vsize brk = prepare_solution (start, end, i);
+      Real dem = state_[start].at (brk, i-1).demerits_;
+
+      if (dem < best_demerits)
+       {
+         best_demerits = dem;
+         best_so_far = solve (start, end, i);
+       }
+      else
+       {
+         vector<Column_x_positions> cur = solve (start, end, i);
+         bool too_many_lines = true;
+         
+         for (vsize j = 0; j < cur.size (); j++)
+           if (cur[j].force_ < 0)
+             {
+               too_many_lines = false;
+               break;
+             }
+         if (too_many_lines)
+           return best_so_far;
+       }
+    }
+  if (best_so_far.size ())
+    return best_so_far;
+  return solve (start, end, max_systems);
+}
+
 std::vector<Line_details>
-Constrained_breaking::get_details (vsize start, vsize end, vsize sys_count)
+Constrained_breaking::line_details (vsize start, vsize end, vsize sys_count)
 {
-  vsize rank;
-  vsize brk;
-  prepare_solution (start, end, sys_count, &rank, &brk);
-  vector<Constrained_break_node> const &st = state_[start];
+  vsize brk = prepare_solution (start, end, sys_count);
+  Matrix<Constrained_break_node> const &st = state_[start];
   vector<Line_details> ret;
 
   for (int sys = sys_count-1; sys >= 0 && brk != VPOS; sys--)
     {
-      ret.push_back (st[sys*rank + brk].details_);
-      brk = st[sys*rank + brk].prev_;
+      ret.push_back (st.at (brk, sys).details_);
+      brk = st.at (brk, sys).prev_;
     }
+  reverse (ret);
   return ret;
 }
 
 int
-Constrained_breaking::get_min_systems (vsize start, vsize end)
+Constrained_breaking::min_system_count (vsize start, vsize end)
 {
-  vsize rank;
-  vsize brk;
   vsize sys_count;
-
-  prepare_solution (start, end, 1, &rank, &brk);
-  vector<Constrained_break_node> const &st = state_[start];
+  vsize brk = prepare_solution (start, end, 1);
+  vsize rank = breaks_.size () - starting_breakpoints_[start];
+  Matrix<Constrained_break_node> const &st = state_[start];
 
   /* sys_count < rank : rank is the # of breakpoints, we can't have more systems */
   for (sys_count = 0; sys_count < rank; sys_count++)
@@ -291,7 +264,7 @@ Constrained_breaking::get_min_systems (vsize start, vsize end)
         {
           resize (sys_count + 3);
         }
-      if (!isinf (st[sys_count*rank + brk].details_.force_))
+      if (!isinf (st.at (brk, sys_count).details_.force_))
         return sys_count + 1;
     }
   /* no possible breaks satisfy constraints */
@@ -299,14 +272,14 @@ Constrained_breaking::get_min_systems (vsize start, vsize end)
 }
 
 int
-Constrained_breaking::get_max_systems (vsize start, vsize end)
+Constrained_breaking::max_system_count (vsize start, vsize end)
 {
   vsize brk = (end >= start_.size ()) ? breaks_.size () - 1 : starting_breakpoints_[end];
   return brk - starting_breakpoints_[start];
 }
 
-void
-Constrained_breaking::prepare_solution (vsize start, vsize end, vsize sys_count, vsize *rank, vsize *brk)
+vsize
+Constrained_breaking::prepare_solution (vsize start, vsize end, vsize sys_count)
 {
   assert (start < start_.size () && (end == VPOS || end <= start_.size ()));
   assert (start < end);
@@ -315,26 +288,127 @@ Constrained_breaking::prepare_solution (vsize start, vsize end, vsize sys_count,
   if (end == start_.size ())
     end = VPOS;
 
-  *rank = breaks_.size () - starting_breakpoints_[start];
-  *brk = end == VPOS ? breaks_.size () - 1 : starting_breakpoints_[end];
-  *brk -= starting_breakpoints_[start];
+  vsize brk;
+  brk = end == VPOS ? breaks_.size () - 1 : starting_breakpoints_[end];
+  brk -= starting_breakpoints_[start];
+  return brk;
 }
 
-Constrained_breaking::Constrained_breaking ()
+Constrained_breaking::Constrained_breaking (Paper_score *ps)
 {
   valid_systems_ = systems_ = 0;
   start_.push_back (0);
+  pscore_ = ps;
+  initialize ();
 }
 
-Constrained_breaking::Constrained_breaking (vector<vsize> const &start)
+Constrained_breaking::Constrained_breaking (Paper_score *ps, vector<vsize> const &start)
   : start_ (start)
 {
   valid_systems_ = systems_ = 0;
+  pscore_ = ps;
+  initialize ();
+}
+
+static SCM
+min_permission (SCM perm1, SCM perm2)
+{
+  if (perm1 == ly_symbol2scm ("force"))
+    return perm2;
+  if (perm1 == ly_symbol2scm ("allow")
+     && perm2 != ly_symbol2scm ("force"))
+    return perm2;
+  return SCM_EOL;
+}
+
+/* find the forces for all possible lines and cache ragged_ and ragged_right_ */
+void
+Constrained_breaking::initialize ()
+{
+  if (!pscore_)
+    return;
+
+  ragged_right_ = to_boolean (pscore_->layout ()->c_variable ("ragged-right"));
+  ragged_last_ = to_boolean (pscore_->layout ()->c_variable ("ragged-last"));
+      
+  Output_def *l = pscore_->layout ();
+  System *sys = pscore_->root_system ();
+  Real space = robust_scm2double (l->c_variable ("ideal-system-space"), 0);
+  SCM padding_scm = l->c_variable ("page-breaking-between-system-padding");
+  if (!scm_is_number (padding_scm))
+    padding_scm = l->c_variable ("between-system-padding");
+  Real padding = robust_scm2double (padding_scm, 0.0);
+
+  Interval first_line = line_dimensions_int (pscore_->layout (), 0);
+  Interval other_lines = line_dimensions_int (pscore_->layout (), 1);
+  /* do all the rod/spring problems */
+  breaks_ = pscore_->find_break_indices ();
+  all_ = pscore_->root_system ()->used_columns ();
+  lines_.resize (breaks_.size (), breaks_.size (), Line_details ());
+  vector<Real> forces = get_line_forces (all_,
+                                        other_lines.length (),
+                                        other_lines.length () - first_line.length (),
+                                        ragged_right_);
+  for (vsize i = 0; i + 1 < breaks_.size (); i++)
+    {
+      for (vsize j = i + 1; j < breaks_.size (); j++)
+       {
+         int start = Paper_column::get_rank (all_[breaks_[i]]);
+         int end = Paper_column::get_rank (all_[breaks_[j]]);
+         Interval extent = sys->pure_height (sys, start, end);
+         bool last = j == breaks_.size () - 1;
+         bool ragged = ragged_right_ || (last && ragged_last_);
+         Line_details &line = lines_.at (j, i);
+
+         line.force_ = forces[i*breaks_.size () + j];
+         if (ragged && last && !isinf (line.force_))
+           line.force_ = (line.force_ < 0 && j > i + 1) ? infinity_f : 0;
+         if (isinf (line.force_))
+           break;
+
+         Grob *c = all_[breaks_[j]];
+         line.break_penalty_ = robust_scm2double (c->get_property ("line-break-penalty"), 0);
+         line.page_penalty_ = robust_scm2double (c->get_property ("page-break-penalty"), 0);
+         line.turn_penalty_ = robust_scm2double (c->get_property ("page-turn-penalty"), 0);
+         line.break_permission_ = c->get_property ("line-break-permission");
+         line.page_permission_ = c->get_property ("page-break-permission");
+         line.turn_permission_ = c->get_property ("page-turn-permission");
+         
+         /* turn permission should always be stricter than page permission
+            and page permission should always be stricter than line permission */
+         line.page_permission_ = min_permission (line.break_permission_,
+                                                 line.page_permission_);
+         line.turn_permission_ = min_permission (line.page_permission_,
+                                                 line.turn_permission_);
+
+         line.extent_ = (extent.is_empty ()
+                         || isnan (extent[LEFT])
+                         || isnan (extent[RIGHT]))
+           ? Interval (0, 0) : extent;
+         line.padding_ = padding;
+         line.space_ = space;
+         line.inverse_hooke_ = extent.length () + space;
+       }
+    }
+
+  /* work out all the starting indices */
+  for (vsize i = 0; i < start_.size (); i++)
+    {
+      vsize j;
+      for (j = 0; j + 1 < breaks_.size () && breaks_[j] < start_[i]; j++)
+       ;
+      starting_breakpoints_.push_back (j);
+      start_[i] = breaks_[j];
+    }
+  state_.resize (start_.size ());
 }
 
 Real
 Constrained_breaking::combine_demerits (Real force, Real prev_force)
 {
-  return force * force + fabs (prev_force - force);
+  if (ragged_right_)
+    return force * force;
+
+  return force * force + (prev_force - force) * (prev_force - force);
 }