liuxiaolong
2021-07-20 58d904a328c0d849769b483e901a0be9426b8209
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
//  (C) Copyright Nick Thompson 2017.
//  Use, modification and distribution are subject to the
//  Boost Software License, Version 1.0. (See accompanying file
//  LICENSE_1_0.txt or copy at http://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt)
 
#ifndef BOOST_MATH_SPECIAL_CHEBYSHEV_HPP
#define BOOST_MATH_SPECIAL_CHEBYSHEV_HPP
#include <cmath>
#include <boost/math/policies/error_handling.hpp>
#include <boost/math/constants/constants.hpp>
 
#if (__cplusplus > 201103) || (defined(_CPPLIB_VER) && (_CPPLIB_VER >= 610))
#  define BOOST_MATH_CHEB_USE_STD_ACOSH
#endif
 
#ifndef BOOST_MATH_CHEB_USE_STD_ACOSH
#  include <boost/math/special_functions/acosh.hpp>
#endif
 
namespace boost { namespace math {
 
template<class T1, class T2, class T3>
inline typename tools::promote_args<T1, T2, T3>::type chebyshev_next(T1 const & x, T2 const & Tn, T3 const & Tn_1)
{
    return 2*x*Tn - Tn_1;
}
 
namespace detail {
 
template<class Real, bool second, class Policy>
inline Real chebyshev_imp(unsigned n, Real const & x, const Policy&)
{
#ifdef BOOST_MATH_CHEB_USE_STD_ACOSH
    using std::acosh;
#define BOOST_MATH_ACOSH_POLICY
#else
   using boost::math::acosh;
#define BOOST_MATH_ACOSH_POLICY , Policy()
#endif
    using std::cosh;
    using std::pow;
    using std::sqrt;
    Real T0 = 1;
    Real T1;
    if (second)
    {
        if (x > 1 || x < -1)
        {
            Real t = sqrt(x*x -1);
            return static_cast<Real>((pow(x+t, (int)(n+1)) - pow(x-t, (int)(n+1)))/(2*t));
        }
        T1 = 2*x;
    }
    else
    {
        if (x > 1)
        {
            return cosh(n*acosh(x BOOST_MATH_ACOSH_POLICY));
        }
        if (x < -1)
        {
            if (n & 1)
            {
                return -cosh(n*acosh(-x BOOST_MATH_ACOSH_POLICY));
            }
            else
            {
                return cosh(n*acosh(-x BOOST_MATH_ACOSH_POLICY));
            }
        }
        T1 = x;
    }
 
    if (n == 0)
    {
        return T0;
    }
 
    unsigned l = 1;
    while(l < n)
    {
       std::swap(T0, T1);
       T1 = boost::math::chebyshev_next(x, T0, T1);
       ++l;
    }
    return T1;
}
} // namespace detail
 
template <class Real, class Policy>
inline typename tools::promote_args<Real>::type
chebyshev_t(unsigned n, Real const & x, const Policy&)
{
   typedef typename tools::promote_args<Real>::type result_type;
   typedef typename policies::evaluation<result_type, Policy>::type value_type;
   typedef typename policies::normalise<
      Policy,
      policies::promote_float<false>,
      policies::promote_double<false>,
      policies::discrete_quantile<>,
      policies::assert_undefined<> >::type forwarding_policy;
 
   return policies::checked_narrowing_cast<result_type, Policy>(detail::chebyshev_imp<value_type, false>(n, static_cast<value_type>(x), forwarding_policy()), "boost::math::chebyshev_t<%1%>(unsigned, %1%)");
}
 
template<class Real>
inline typename tools::promote_args<Real>::type chebyshev_t(unsigned n, Real const & x)
{
    return chebyshev_t(n, x, policies::policy<>());
}
 
template <class Real, class Policy>
inline typename tools::promote_args<Real>::type
chebyshev_u(unsigned n, Real const & x, const Policy&)
{
   typedef typename tools::promote_args<Real>::type result_type;
   typedef typename policies::evaluation<result_type, Policy>::type value_type;
   typedef typename policies::normalise<
      Policy,
      policies::promote_float<false>,
      policies::promote_double<false>,
      policies::discrete_quantile<>,
      policies::assert_undefined<> >::type forwarding_policy;
 
   return policies::checked_narrowing_cast<result_type, Policy>(detail::chebyshev_imp<value_type, true>(n, static_cast<value_type>(x), forwarding_policy()), "boost::math::chebyshev_u<%1%>(unsigned, %1%)");
}
 
template<class Real>
inline typename tools::promote_args<Real>::type chebyshev_u(unsigned n, Real const & x)
{
    return chebyshev_u(n, x, policies::policy<>());
}
 
template <class Real, class Policy>
inline typename tools::promote_args<Real>::type
chebyshev_t_prime(unsigned n, Real const & x, const Policy&)
{
   typedef typename tools::promote_args<Real>::type result_type;
   typedef typename policies::evaluation<result_type, Policy>::type value_type;
   typedef typename policies::normalise<
      Policy,
      policies::promote_float<false>,
      policies::promote_double<false>,
      policies::discrete_quantile<>,
      policies::assert_undefined<> >::type forwarding_policy;
   if (n == 0)
   {
      return result_type(0);
   }
   return policies::checked_narrowing_cast<result_type, Policy>(n * detail::chebyshev_imp<value_type, true>(n - 1, static_cast<value_type>(x), forwarding_policy()), "boost::math::chebyshev_t_prime<%1%>(unsigned, %1%)");
}
 
template<class Real>
inline typename tools::promote_args<Real>::type chebyshev_t_prime(unsigned n, Real const & x)
{
   return chebyshev_t_prime(n, x, policies::policy<>());
}
 
/*
 * This is Algorithm 3.1 of
 * Gil, Amparo, Javier Segura, and Nico M. Temme.
 * Numerical methods for special functions.
 * Society for Industrial and Applied Mathematics, 2007.
 * https://www.siam.org/books/ot99/OT99SampleChapter.pdf
 * However, our definition of c0 differs by a factor of 1/2, as stated in the docs. . .
 */
template<class Real, class T2>
inline Real chebyshev_clenshaw_recurrence(const Real* const c, size_t length, const T2& x)
{
    using boost::math::constants::half;
    if (length < 2)
    {
        if (length == 0)
        {
            return 0;
        }
        return c[0]/2;
    }
    Real b2 = 0;
    Real b1 = c[length -1];
    for(size_t j = length - 2; j >= 1; --j)
    {
        Real tmp = 2*x*b1 - b2 + c[j];
        b2 = b1;
        b1 = tmp;
    }
    return x*b1 - b2 + half<Real>()*c[0];
}
 
 
 
namespace detail {
template<class Real>
inline Real unchecked_chebyshev_clenshaw_recurrence(const Real* const c, size_t length, const Real & a, const Real & b, const Real& x)
{
    Real t;
    Real u;
    // This cutoff is not super well defined, but it's a good estimate.
    // See "An Error Analysis of the Modified Clenshaw Method for Evaluating Chebyshev and Fourier Series"
    // J. OLIVER, IMA Journal of Applied Mathematics, Volume 20, Issue 3, November 1977, Pages 379–391
    // https://doi.org/10.1093/imamat/20.3.379
    const Real cutoff = 0.6;
    if (x - a < b - x)
    {
        u = 2*(x-a)/(b-a);
        t = u - 1;
        if (t > -cutoff)
        {
            Real b2 = 0;
            Real b1 = c[length -1];
            for(size_t j = length - 2; j >= 1; --j)
            {
                Real tmp = 2*t*b1 - b2 + c[j];
                b2 = b1;
                b1 = tmp;
            }
            return t*b1 - b2 + c[0]/2;
        }
        else
        {
            Real b = c[length -1];
            Real d = b;
            Real b2 = 0;
            for (size_t r = length - 2; r >= 1; --r)
            {
                d = 2*u*b - d + c[r];
                b2 = b;
                b = d - b;
            }
            return t*b - b2 + c[0]/2;
        }
    }
    else
    {
        u = -2*(b-x)/(b-a);
        t = u + 1;
        if (t < cutoff)
        {
            Real b2 = 0;
            Real b1 = c[length -1];
            for(size_t j = length - 2; j >= 1; --j)
            {
                Real tmp = 2*t*b1 - b2 + c[j];
                b2 = b1;
                b1 = tmp;
            }
            return t*b1 - b2 + c[0]/2;
        }
        else
        {
            Real b = c[length -1];
            Real d = b;
            Real b2 = 0;
            for (size_t r = length - 2; r >= 1; --r)
            {
                d = 2*u*b + d + c[r];
                b2 = b;
                b = d + b;
            }
            return t*b - b2 + c[0]/2;
        }
    }
}
 
} // namespace detail
 
template<class Real>
inline Real chebyshev_clenshaw_recurrence(const Real* const c, size_t length, const Real & a, const Real & b, const Real& x)
{
    if (x < a || x > b)
    {
        throw std::domain_error("x in [a, b] is required.");
    }
    if (length < 2)
    {
        if (length == 0)
        {
            return 0;
        }
        return c[0]/2;
    }
    return detail::unchecked_chebyshev_clenshaw_recurrence(c, length, a, b, x);
}
 
 
}}
#endif