]> oss.titaniummirror.com Git - msp430-gcc.git/blobdiff - mpfr/erf.c
Imported gcc-4.4.3
[msp430-gcc.git] / mpfr / erf.c
diff --git a/mpfr/erf.c b/mpfr/erf.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..ddf699b
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,261 @@
+/* mpfr_erf -- error function of a floating-point number
+
+Copyright 2001, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 Free Software Foundation, Inc.
+Contributed by Ludovic Meunier and Paul Zimmermann.
+
+This file is part of the GNU MPFR Library.
+
+The GNU MPFR Library is free software; you can redistribute it and/or modify
+it under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
+the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License, or (at your
+option) any later version.
+
+The GNU MPFR 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 Lesser General Public
+License for more details.
+
+You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
+along with the GNU MPFR Library; see the file COPYING.LIB.  If not, write to
+the Free Software Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston,
+MA 02110-1301, USA. */
+
+#define MPFR_NEED_LONGLONG_H
+#include "mpfr-impl.h"
+
+#define EXP1 2.71828182845904523536 /* exp(1) */
+
+static int mpfr_erf_0 (mpfr_ptr, mpfr_srcptr, double, mp_rnd_t);
+
+int
+mpfr_erf (mpfr_ptr y, mpfr_srcptr x, mp_rnd_t rnd_mode)
+{
+  mpfr_t xf;
+  int inex, large;
+  MPFR_SAVE_EXPO_DECL (expo);
+
+  MPFR_LOG_FUNC (("x[%#R]=%R rnd=%d", x, x, rnd_mode),
+                 ("y[%#R]=%R inexact=%d", y, y, inex));
+
+  if (MPFR_UNLIKELY (MPFR_IS_SINGULAR (x)))
+    {
+      if (MPFR_IS_NAN (x))
+        {
+          MPFR_SET_NAN (y);
+          MPFR_RET_NAN;
+        }
+      else if (MPFR_IS_INF (x)) /* erf(+inf) = +1, erf(-inf) = -1 */
+        return mpfr_set_si (y, MPFR_INT_SIGN (x), GMP_RNDN);
+      else /* erf(+0) = +0, erf(-0) = -0 */
+        {
+          MPFR_ASSERTD (MPFR_IS_ZERO (x));
+          return mpfr_set (y, x, GMP_RNDN); /* should keep the sign of x */
+        }
+    }
+
+  /* now x is neither NaN, Inf nor 0 */
+
+  /* first try expansion at x=0 when x is small, or asymptotic expansion
+     where x is large */
+
+  MPFR_SAVE_EXPO_MARK (expo);
+
+  /* around x=0, we have erf(x) = 2x/sqrt(Pi) (1 - x^2/3 + ...),
+     with 1 - x^2/3 <= sqrt(Pi)*erf(x)/2/x <= 1 for x >= 0. This means that
+     if x^2/3 < 2^(-PREC(y)-1) we can decide of the correct rounding,
+     unless we have a worst-case for 2x/sqrt(Pi). */
+  if (MPFR_EXP(x) < - (mp_exp_t) (MPFR_PREC(y) / 2))
+    {
+      /* we use 2x/sqrt(Pi) (1 - x^2/3) <= erf(x) <= 2x/sqrt(Pi) for x > 0
+         and 2x/sqrt(Pi) <= erf(x) <= 2x/sqrt(Pi) (1 - x^2/3) for x < 0.
+         In both cases |2x/sqrt(Pi) (1 - x^2/3)| <= |erf(x)| <= |2x/sqrt(Pi)|.
+         We will compute l and h such that l <= |2x/sqrt(Pi) (1 - x^2/3)|
+         and |2x/sqrt(Pi)| <= h. If l and h round to the same value to
+         precision PREC(y) and rounding rnd_mode, then we are done. */
+      mpfr_t l, h; /* lower and upper bounds for erf(x) */
+      int ok, inex2;
+
+      mpfr_init2 (l, MPFR_PREC(y) + 17);
+      mpfr_init2 (h, MPFR_PREC(y) + 17);
+      /* first compute l */
+      mpfr_mul (l, x, x, GMP_RNDU);
+      mpfr_div_ui (l, l, 3, GMP_RNDU); /* upper bound on x^2/3 */
+      mpfr_ui_sub (l, 1, l, GMP_RNDZ); /* lower bound on 1 - x^2/3 */
+      mpfr_const_pi (h, GMP_RNDU); /* upper bound of Pi */
+      mpfr_sqrt (h, h, GMP_RNDU); /* upper bound on sqrt(Pi) */
+      mpfr_div (l, l, h, GMP_RNDZ); /* lower bound on 1/sqrt(Pi) (1 - x^2/3) */
+      mpfr_mul_2ui (l, l, 1, GMP_RNDZ); /* 2/sqrt(Pi) (1 - x^2/3) */
+      mpfr_mul (l, l, x, GMP_RNDZ); /* |l| is a lower bound on
+                                       |2x/sqrt(Pi) (1 - x^2/3)| */
+      /* now compute h */
+      mpfr_const_pi (h, GMP_RNDD); /* lower bound on Pi */
+      mpfr_sqrt (h, h, GMP_RNDD); /* lower bound on sqrt(Pi) */
+      mpfr_div_2ui (h, h, 1, GMP_RNDD); /* lower bound on sqrt(Pi)/2 */
+      /* since sqrt(Pi)/2 < 1, the following should not underflow */
+      mpfr_div (h, x, h, MPFR_IS_POS(x) ? GMP_RNDU : GMP_RNDD);
+      /* round l and h to precision PREC(y) */
+      inex = mpfr_prec_round (l, MPFR_PREC(y), rnd_mode);
+      inex2 = mpfr_prec_round (h, MPFR_PREC(y), rnd_mode);
+      /* Caution: we also need inex=inex2 (inex might be 0). */
+      ok = SAME_SIGN (inex, inex2) && mpfr_cmp (l, h) == 0;
+      if (ok)
+        mpfr_set (y, h, rnd_mode);
+      mpfr_clear (l);
+      mpfr_clear (h);
+      if (ok)
+        goto end;
+      /* this test can still fail for small precision, for example
+         for x=-0.100E-2 with a target precision of 3 bits, since
+         the error term x^2/3 is not that small. */
+    }
+
+  mpfr_init2 (xf, 53);
+  mpfr_const_log2 (xf, GMP_RNDU);
+  mpfr_div (xf, x, xf, GMP_RNDZ); /* round to zero ensures we get a lower
+                                     bound of |x/log(2)| */
+  mpfr_mul (xf, xf, x, GMP_RNDZ);
+  large = mpfr_cmp_ui (xf, MPFR_PREC (y) + 1) > 0;
+  mpfr_clear (xf);
+
+  /* when x goes to infinity, we have erf(x) = 1 - 1/sqrt(Pi)/exp(x^2)/x + ...
+     and |erf(x) - 1| <= exp(-x^2) is true for any x >= 0, thus if
+     exp(-x^2) < 2^(-PREC(y)-1) the result is 1 or 1-epsilon.
+     This rewrites as x^2/log(2) > p+1. */
+  if (MPFR_UNLIKELY (large))
+    /* |erf x| = 1 or 1- */
+    {
+      mp_rnd_t rnd2 = MPFR_IS_POS (x) ? rnd_mode : MPFR_INVERT_RND(rnd_mode);
+      if (rnd2 == GMP_RNDN || rnd2 == GMP_RNDU)
+        {
+          inex = MPFR_INT_SIGN (x);
+          mpfr_set_si (y, inex, rnd2);
+        }
+      else /* round to zero */
+        {
+          inex = -MPFR_INT_SIGN (x);
+          mpfr_setmax (y, 0); /* warning: setmax keeps the old sign of y */
+          MPFR_SET_SAME_SIGN (y, x);
+        }
+    }
+  else  /* use Taylor */
+    {
+      double xf2;
+
+      /* FIXME: get rid of doubles/mpfr_get_d here */
+      xf2 = mpfr_get_d (x, GMP_RNDN);
+      xf2 = xf2 * xf2; /* xf2 ~ x^2 */
+      inex = mpfr_erf_0 (y, x, xf2, rnd_mode);
+    }
+
+ end:
+  MPFR_SAVE_EXPO_FREE (expo);
+  return mpfr_check_range (y, inex, rnd_mode);
+}
+
+/* return x*2^e */
+static double
+mul_2exp (double x, mp_exp_t e)
+{
+  if (e > 0)
+    {
+      while (e--)
+        x *= 2.0;
+    }
+  else
+    {
+      while (e++)
+        x /= 2.0;
+    }
+
+  return x;
+}
+
+/* evaluates erf(x) using the expansion at x=0:
+
+   erf(x) = 2/sqrt(Pi) * sum((-1)^k*x^(2k+1)/k!/(2k+1), k=0..infinity)
+
+   Assumes x is neither NaN nor infinite nor zero.
+   Assumes also that e*x^2 <= n (target precision).
+ */
+static int
+mpfr_erf_0 (mpfr_ptr res, mpfr_srcptr x, double xf2, mp_rnd_t rnd_mode)
+{
+  mp_prec_t n, m;
+  mp_exp_t nuk, sigmak;
+  double tauk;
+  mpfr_t y, s, t, u;
+  unsigned int k;
+  int log2tauk;
+  int inex;
+  MPFR_ZIV_DECL (loop);
+
+  n = MPFR_PREC (res); /* target precision */
+
+  /* initial working precision */
+  m = n + (mp_prec_t) (xf2 / LOG2) + 8 + MPFR_INT_CEIL_LOG2 (n);
+
+  mpfr_init2 (y, m);
+  mpfr_init2 (s, m);
+  mpfr_init2 (t, m);
+  mpfr_init2 (u, m);
+
+  MPFR_ZIV_INIT (loop, m);
+  for (;;)
+    {
+      mpfr_mul (y, x, x, GMP_RNDU); /* err <= 1 ulp */
+      mpfr_set_ui (s, 1, GMP_RNDN);
+      mpfr_set_ui (t, 1, GMP_RNDN);
+      tauk = 0.0;
+
+      for (k = 1; ; k++)
+        {
+          mpfr_mul (t, y, t, GMP_RNDU);
+          mpfr_div_ui (t, t, k, GMP_RNDU);
+          mpfr_div_ui (u, t, 2 * k + 1, GMP_RNDU);
+          sigmak = MPFR_GET_EXP (s);
+          if (k % 2)
+            mpfr_sub (s, s, u, GMP_RNDN);
+          else
+            mpfr_add (s, s, u, GMP_RNDN);
+          sigmak -= MPFR_GET_EXP(s);
+          nuk = MPFR_GET_EXP(u) - MPFR_GET_EXP(s);
+
+          if ((nuk < - (mp_exp_t) m) && ((double) k >= xf2))
+            break;
+
+          /* tauk <- 1/2 + tauk * 2^sigmak + (1+8k)*2^nuk */
+          tauk = 0.5 + mul_2exp (tauk, sigmak)
+            + mul_2exp (1.0 + 8.0 * (double) k, nuk);
+        }
+
+      mpfr_mul (s, x, s, GMP_RNDU);
+      MPFR_SET_EXP (s, MPFR_GET_EXP (s) + 1);
+
+      mpfr_const_pi (t, GMP_RNDZ);
+      mpfr_sqrt (t, t, GMP_RNDZ);
+      mpfr_div (s, s, t, GMP_RNDN);
+      tauk = 4.0 * tauk + 11.0; /* final ulp-error on s */
+      log2tauk = __gmpfr_ceil_log2 (tauk);
+
+      if (MPFR_LIKELY (MPFR_CAN_ROUND (s, m - log2tauk, n, rnd_mode)))
+        break;
+
+      /* Actualisation of the precision */
+      MPFR_ZIV_NEXT (loop, m);
+      mpfr_set_prec (y, m);
+      mpfr_set_prec (s, m);
+      mpfr_set_prec (t, m);
+      mpfr_set_prec (u, m);
+
+    }
+  MPFR_ZIV_FREE (loop);
+
+  inex = mpfr_set (res, s, rnd_mode);
+
+  mpfr_clear (y);
+  mpfr_clear (t);
+  mpfr_clear (u);
+  mpfr_clear (s);
+
+  return inex;
+}