]> oss.titaniummirror.com Git - msp430-gcc.git/blobdiff - libstdc++-v3/include/tr1/modified_bessel_func.tcc
Imported gcc-4.4.3
[msp430-gcc.git] / libstdc++-v3 / include / tr1 / modified_bessel_func.tcc
diff --git a/libstdc++-v3/include/tr1/modified_bessel_func.tcc b/libstdc++-v3/include/tr1/modified_bessel_func.tcc
new file mode 100644 (file)
index 0000000..7b8aebc
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,436 @@
+// Special functions -*- C++ -*-
+
+// Copyright (C) 2006, 2007, 2008, 2009
+// Free Software Foundation, Inc.
+//
+// This file is part of the GNU ISO C++ Library.  This library is free
+// software; you can redistribute it and/or modify it under the
+// terms of the GNU General Public License as published by the
+// Free Software Foundation; either version 3, or (at your option)
+// any later version.
+//
+// This library is distributed in the hope that it will be useful,
+// but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+// MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+// GNU General Public License for more details.
+//
+// Under Section 7 of GPL version 3, you are granted additional
+// permissions described in the GCC Runtime Library Exception, version
+// 3.1, as published by the Free Software Foundation.
+
+// You should have received a copy of the GNU General Public License and
+// a copy of the GCC Runtime Library Exception along with this program;
+// see the files COPYING3 and COPYING.RUNTIME respectively.  If not, see
+// <http://www.gnu.org/licenses/>.
+
+/** @file tr1/modified_bessel_func.tcc
+ *  This is an internal header file, included by other library headers.
+ *  You should not attempt to use it directly.
+ */
+
+//
+// ISO C++ 14882 TR1: 5.2  Special functions
+//
+
+// Written by Edward Smith-Rowland.
+//
+// References:
+//   (1) Handbook of Mathematical Functions,
+//       Ed. Milton Abramowitz and Irene A. Stegun,
+//       Dover Publications,
+//       Section 9, pp. 355-434, Section 10 pp. 435-478
+//   (2) The Gnu Scientific Library, http://www.gnu.org/software/gsl
+//   (3) Numerical Recipes in C, by W. H. Press, S. A. Teukolsky,
+//       W. T. Vetterling, B. P. Flannery, Cambridge University Press (1992),
+//       2nd ed, pp. 246-249.
+
+#ifndef _GLIBCXX_TR1_MODIFIED_BESSEL_FUNC_TCC
+#define _GLIBCXX_TR1_MODIFIED_BESSEL_FUNC_TCC 1
+
+#include "special_function_util.h"
+
+namespace std
+{
+namespace tr1
+{
+
+  // [5.2] Special functions
+
+  // Implementation-space details.
+  namespace __detail
+  {
+
+    /**
+     *   @brief  Compute the modified Bessel functions @f$ I_\nu(x) @f$ and
+     *           @f$ K_\nu(x) @f$ and their first derivatives
+     *           @f$ I'_\nu(x) @f$ and @f$ K'_\nu(x) @f$ respectively.
+     *           These four functions are computed together for numerical
+     *           stability.
+     *
+     *   @param  __nu  The order of the Bessel functions.
+     *   @param  __x   The argument of the Bessel functions.
+     *   @param  __Inu  The output regular modified Bessel function.
+     *   @param  __Knu  The output irregular modified Bessel function.
+     *   @param  __Ipnu  The output derivative of the regular
+     *                   modified Bessel function.
+     *   @param  __Kpnu  The output derivative of the irregular
+     *                   modified Bessel function.
+     */
+    template <typename _Tp>
+    void
+    __bessel_ik(const _Tp __nu, const _Tp __x,
+                _Tp & __Inu, _Tp & __Knu, _Tp & __Ipnu, _Tp & __Kpnu)
+    {
+      if (__x == _Tp(0))
+        {
+          if (__nu == _Tp(0))
+            {
+              __Inu = _Tp(1);
+              __Ipnu = _Tp(0);
+            }
+          else if (__nu == _Tp(1))
+            {
+              __Inu = _Tp(0);
+              __Ipnu = _Tp(0.5L);
+            }
+          else
+            {
+              __Inu = _Tp(0);
+              __Ipnu = _Tp(0);
+            }
+          __Knu = std::numeric_limits<_Tp>::infinity();
+          __Kpnu = -std::numeric_limits<_Tp>::infinity();
+          return;
+        }
+
+      const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
+      const _Tp __fp_min = _Tp(10) * std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
+      const int __max_iter = 15000;
+      const _Tp __x_min = _Tp(2);
+
+      const int __nl = static_cast<int>(__nu + _Tp(0.5L));
+
+      const _Tp __mu = __nu - __nl;
+      const _Tp __mu2 = __mu * __mu;
+      const _Tp __xi = _Tp(1) / __x;
+      const _Tp __xi2 = _Tp(2) * __xi;
+      _Tp __h = __nu * __xi;
+      if ( __h < __fp_min )
+        __h = __fp_min;
+      _Tp __b = __xi2 * __nu;
+      _Tp __d = _Tp(0);
+      _Tp __c = __h;
+      int __i;
+      for ( __i = 1; __i <= __max_iter; ++__i )
+        {
+          __b += __xi2;
+          __d = _Tp(1) / (__b + __d);
+          __c = __b + _Tp(1) / __c;
+          const _Tp __del = __c * __d;
+          __h *= __del;
+          if (std::abs(__del - _Tp(1)) < __eps)
+            break;
+        }
+      if (__i > __max_iter)
+        std::__throw_runtime_error(__N("Argument x too large "
+                                       "in __bessel_jn; "
+                                       "try asymptotic expansion."));
+      _Tp __Inul = __fp_min;
+      _Tp __Ipnul = __h * __Inul;
+      _Tp __Inul1 = __Inul;
+      _Tp __Ipnu1 = __Ipnul;
+      _Tp __fact = __nu * __xi;
+      for (int __l = __nl; __l >= 1; --__l)
+        {
+          const _Tp __Inutemp = __fact * __Inul + __Ipnul;
+          __fact -= __xi;
+          __Ipnul = __fact * __Inutemp + __Inul;
+          __Inul = __Inutemp;
+        }
+      _Tp __f = __Ipnul / __Inul;
+      _Tp __Kmu, __Knu1;
+      if (__x < __x_min)
+        {
+          const _Tp __x2 = __x / _Tp(2);
+          const _Tp __pimu = __numeric_constants<_Tp>::__pi() * __mu;
+          const _Tp __fact = (std::abs(__pimu) < __eps
+                            ? _Tp(1) : __pimu / std::sin(__pimu));
+          _Tp __d = -std::log(__x2);
+          _Tp __e = __mu * __d;
+          const _Tp __fact2 = (std::abs(__e) < __eps
+                            ? _Tp(1) : std::sinh(__e) / __e);
+          _Tp __gam1, __gam2, __gampl, __gammi;
+          __gamma_temme(__mu, __gam1, __gam2, __gampl, __gammi);
+          _Tp __ff = __fact
+                   * (__gam1 * std::cosh(__e) + __gam2 * __fact2 * __d);
+          _Tp __sum = __ff;
+          __e = std::exp(__e);
+          _Tp __p = __e / (_Tp(2) * __gampl);
+          _Tp __q = _Tp(1) / (_Tp(2) * __e * __gammi);
+          _Tp __c = _Tp(1);
+          __d = __x2 * __x2;
+          _Tp __sum1 = __p;
+          int __i;
+          for (__i = 1; __i <= __max_iter; ++__i)
+            {
+              __ff = (__i * __ff + __p + __q) / (__i * __i - __mu2);
+              __c *= __d / __i;
+              __p /= __i - __mu;
+              __q /= __i + __mu;
+              const _Tp __del = __c * __ff;
+              __sum += __del; 
+              const _Tp __del1 = __c * (__p - __i * __ff);
+              __sum1 += __del1;
+              if (std::abs(__del) < __eps * std::abs(__sum))
+                break;
+            }
+          if (__i > __max_iter)
+            std::__throw_runtime_error(__N("Bessel k series failed to converge "
+                                           "in __bessel_jn."));
+          __Kmu = __sum;
+          __Knu1 = __sum1 * __xi2;
+        }
+      else
+        {
+          _Tp __b = _Tp(2) * (_Tp(1) + __x);
+          _Tp __d = _Tp(1) / __b;
+          _Tp __delh = __d;
+          _Tp __h = __delh;
+          _Tp __q1 = _Tp(0);
+          _Tp __q2 = _Tp(1);
+          _Tp __a1 = _Tp(0.25L) - __mu2;
+          _Tp __q = __c = __a1;
+          _Tp __a = -__a1;
+          _Tp __s = _Tp(1) + __q * __delh;
+          int __i;
+          for (__i = 2; __i <= __max_iter; ++__i)
+            {
+              __a -= 2 * (__i - 1);
+              __c = -__a * __c / __i;
+              const _Tp __qnew = (__q1 - __b * __q2) / __a;
+              __q1 = __q2;
+              __q2 = __qnew;
+              __q += __c * __qnew;
+              __b += _Tp(2);
+              __d = _Tp(1) / (__b + __a * __d);
+              __delh = (__b * __d - _Tp(1)) * __delh;
+              __h += __delh;
+              const _Tp __dels = __q * __delh;
+              __s += __dels;
+              if ( std::abs(__dels / __s) < __eps )
+                break;
+            }
+          if (__i > __max_iter)
+            std::__throw_runtime_error(__N("Steed's method failed "
+                                           "in __bessel_jn."));
+          __h = __a1 * __h;
+          __Kmu = std::sqrt(__numeric_constants<_Tp>::__pi() / (_Tp(2) * __x))
+                * std::exp(-__x) / __s;
+          __Knu1 = __Kmu * (__mu + __x + _Tp(0.5L) - __h) * __xi;
+        }
+
+      _Tp __Kpmu = __mu * __xi * __Kmu - __Knu1;
+      _Tp __Inumu = __xi / (__f * __Kmu - __Kpmu);
+      __Inu = __Inumu * __Inul1 / __Inul;
+      __Ipnu = __Inumu * __Ipnu1 / __Inul;
+      for ( __i = 1; __i <= __nl; ++__i )
+        {
+          const _Tp __Knutemp = (__mu + __i) * __xi2 * __Knu1 + __Kmu;
+          __Kmu = __Knu1;
+          __Knu1 = __Knutemp;
+        }
+      __Knu = __Kmu;
+      __Kpnu = __nu * __xi * __Kmu - __Knu1;
+  
+      return;
+    }
+
+
+    /**
+     *   @brief  Return the regular modified Bessel function of order
+     *           \f$ \nu \f$: \f$ I_{\nu}(x) \f$.
+     *
+     *   The regular modified cylindrical Bessel function is:
+     *   @f[
+     *    I_{\nu}(x) = \sum_{k=0}^{\infty}
+     *              \frac{(x/2)^{\nu + 2k}}{k!\Gamma(\nu+k+1)}
+     *   @f]
+     *
+     *   @param  __nu  The order of the regular modified Bessel function.
+     *   @param  __x   The argument of the regular modified Bessel function.
+     *   @return  The output regular modified Bessel function.
+     */
+    template<typename _Tp>
+    _Tp
+    __cyl_bessel_i(const _Tp __nu, const _Tp __x)
+    {
+      if (__nu < _Tp(0) || __x < _Tp(0))
+        std::__throw_domain_error(__N("Bad argument "
+                                      "in __cyl_bessel_i."));
+      else if (__isnan(__nu) || __isnan(__x))
+        return std::numeric_limits<_Tp>::quiet_NaN();
+      else if (__x * __x < _Tp(10) * (__nu + _Tp(1)))
+        return __cyl_bessel_ij_series(__nu, __x, +_Tp(1), 200);
+      else
+        {
+          _Tp __I_nu, __K_nu, __Ip_nu, __Kp_nu;
+          __bessel_ik(__nu, __x, __I_nu, __K_nu, __Ip_nu, __Kp_nu);
+          return __I_nu;
+        }
+    }
+
+
+    /**
+     *   @brief  Return the irregular modified Bessel function
+     *           \f$ K_{\nu}(x) \f$ of order \f$ \nu \f$.
+     *
+     *   The irregular modified Bessel function is defined by:
+     *   @f[
+     *      K_{\nu}(x) = \frac{\pi}{2}
+     *                   \frac{I_{-\nu}(x) - I_{\nu}(x)}{\sin \nu\pi}
+     *   @f]
+     *   where for integral \f$ \nu = n \f$ a limit is taken:
+     *   \f$ lim_{\nu \to n} \f$.
+     *
+     *   @param  __nu  The order of the irregular modified Bessel function.
+     *   @param  __x   The argument of the irregular modified Bessel function.
+     *   @return  The output irregular modified Bessel function.
+     */
+    template<typename _Tp>
+    _Tp
+    __cyl_bessel_k(const _Tp __nu, const _Tp __x)
+    {
+      if (__nu < _Tp(0) || __x < _Tp(0))
+        std::__throw_domain_error(__N("Bad argument "
+                                      "in __cyl_bessel_k."));
+      else if (__isnan(__nu) || __isnan(__x))
+        return std::numeric_limits<_Tp>::quiet_NaN();
+      else
+        {
+          _Tp __I_nu, __K_nu, __Ip_nu, __Kp_nu;
+          __bessel_ik(__nu, __x, __I_nu, __K_nu, __Ip_nu, __Kp_nu);
+          return __K_nu;
+        }
+    }
+
+
+    /**
+     *   @brief  Compute the spherical modified Bessel functions
+     *           @f$ i_n(x) @f$ and @f$ k_n(x) @f$ and their first
+     *           derivatives @f$ i'_n(x) @f$ and @f$ k'_n(x) @f$
+     *           respectively.
+     *
+     *   @param  __n  The order of the modified spherical Bessel function.
+     *   @param  __x  The argument of the modified spherical Bessel function.
+     *   @param  __i_n  The output regular modified spherical Bessel function.
+     *   @param  __k_n  The output irregular modified spherical
+     *                  Bessel function.
+     *   @param  __ip_n  The output derivative of the regular modified
+     *                   spherical Bessel function.
+     *   @param  __kp_n  The output derivative of the irregular modified
+     *                   spherical Bessel function.
+     */
+    template <typename _Tp>
+    void
+    __sph_bessel_ik(const unsigned int __n, const _Tp __x,
+                    _Tp & __i_n, _Tp & __k_n, _Tp & __ip_n, _Tp & __kp_n)
+    {
+      const _Tp __nu = _Tp(__n) + _Tp(0.5L);
+
+      _Tp __I_nu, __Ip_nu, __K_nu, __Kp_nu;
+      __bessel_ik(__nu, __x, __I_nu, __K_nu, __Ip_nu, __Kp_nu);
+
+      const _Tp __factor = __numeric_constants<_Tp>::__sqrtpio2()
+                         / std::sqrt(__x);
+
+      __i_n = __factor * __I_nu;
+      __k_n = __factor * __K_nu;
+      __ip_n = __factor * __Ip_nu - __i_n / (_Tp(2) * __x);
+      __kp_n = __factor * __Kp_nu - __k_n / (_Tp(2) * __x);
+
+      return;
+    }
+
+
+    /**
+     *   @brief  Compute the Airy functions
+     *           @f$ Ai(x) @f$ and @f$ Bi(x) @f$ and their first
+     *           derivatives @f$ Ai'(x) @f$ and @f$ Bi(x) @f$
+     *           respectively.
+     *
+     *   @param  __n  The order of the Airy functions.
+     *   @param  __x  The argument of the Airy functions.
+     *   @param  __i_n  The output Airy function.
+     *   @param  __k_n  The output Airy function.
+     *   @param  __ip_n  The output derivative of the Airy function.
+     *   @param  __kp_n  The output derivative of the Airy function.
+     */
+    template <typename _Tp>
+    void
+    __airy(const _Tp __x,
+           _Tp & __Ai, _Tp & __Bi, _Tp & __Aip, _Tp & __Bip)
+    {
+      const _Tp __absx = std::abs(__x);
+      const _Tp __rootx = std::sqrt(__absx);
+      const _Tp __z = _Tp(2) * __absx * __rootx / _Tp(3);
+
+      if (__isnan(__x))
+        return std::numeric_limits<_Tp>::quiet_NaN();
+      else if (__x > _Tp(0))
+        {
+          _Tp __I_nu, __Ip_nu, __K_nu, __Kp_nu;
+
+          __bessel_ik(_Tp(1) / _Tp(3), __z, __I_nu, __K_nu, __Ip_nu, __Kp_nu);
+          __Ai = __rootx * __K_nu
+               / (__numeric_constants<_Tp>::__sqrt3()
+                * __numeric_constants<_Tp>::__pi());
+          __Bi = __rootx * (__K_nu / __numeric_constants<_Tp>::__pi()
+                 + _Tp(2) * __I_nu / __numeric_constants<_Tp>::__sqrt3());
+
+          __bessel_ik(_Tp(2) / _Tp(3), __z, __I_nu, __K_nu, __Ip_nu, __Kp_nu);
+          __Aip = -__x * __K_nu
+                / (__numeric_constants<_Tp>::__sqrt3()
+                 * __numeric_constants<_Tp>::__pi());
+          __Bip = __x * (__K_nu / __numeric_constants<_Tp>::__pi()
+                      + _Tp(2) * __I_nu
+                      / __numeric_constants<_Tp>::__sqrt3());
+        }
+      else if (__x < _Tp(0))
+        {
+          _Tp __J_nu, __Jp_nu, __N_nu, __Np_nu;
+
+          __bessel_jn(_Tp(1) / _Tp(3), __z, __J_nu, __N_nu, __Jp_nu, __Np_nu);
+          __Ai = __rootx * (__J_nu
+                    - __N_nu / __numeric_constants<_Tp>::__sqrt3()) / _Tp(2);
+          __Bi = -__rootx * (__N_nu
+                    + __J_nu / __numeric_constants<_Tp>::__sqrt3()) / _Tp(2);
+
+          __bessel_jn(_Tp(2) / _Tp(3), __z, __J_nu, __N_nu, __Jp_nu, __Np_nu);
+          __Aip = __absx * (__N_nu / __numeric_constants<_Tp>::__sqrt3()
+                          + __J_nu) / _Tp(2);
+          __Bip = __absx * (__J_nu / __numeric_constants<_Tp>::__sqrt3()
+                          - __N_nu) / _Tp(2);
+        }
+      else
+        {
+          //  Reference:
+          //    Abramowitz & Stegun, page 446 section 10.4.4 on Airy functions.
+          //  The number is Ai(0) = 3^{-2/3}/\Gamma(2/3).
+          __Ai = _Tp(0.35502805388781723926L);
+          __Bi = __Ai * __numeric_constants<_Tp>::__sqrt3();
+
+          //  Reference:
+          //    Abramowitz & Stegun, page 446 section 10.4.5 on Airy functions.
+          //  The number is Ai'(0) = -3^{-1/3}/\Gamma(1/3).
+          __Aip = -_Tp(0.25881940379280679840L);
+          __Bip = -__Aip * __numeric_constants<_Tp>::__sqrt3();
+        }
+
+      return;
+    }
+
+  } // namespace std::tr1::__detail
+}
+}
+
+#endif // _GLIBCXX_TR1_MODIFIED_BESSEL_FUNC_TCC