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
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//  Copyright 2014 Anton Bikineev
//  Copyright 2014 Christopher Kormanyos
//  Copyright 2014 John Maddock
//  Copyright 2014 Paul Bristow
//  Distributed under 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_HYPERGEOMETRIC_ASYM_HPP
#define BOOST_MATH_HYPERGEOMETRIC_ASYM_HPP
 
#include <boost/math/special_functions/gamma.hpp>
#include <boost/math/special_functions/hypergeometric_2F0.hpp>
 
#ifdef BOOST_MSVC
#pragma warning(push)
#pragma warning(disable:4127)
#endif
 
  namespace boost { namespace math {
 
  namespace detail {
 
     //
     // Asymptotic series based on https://dlmf.nist.gov/13.7#E1
     //
     // Note that a and b must not be negative integers, in addition
     // we require z > 0 and so apply Kummer's relation for z < 0.
     //
     template <class T, class Policy>
     inline T hypergeometric_1F1_asym_large_z_series(T a, const T& b, T z, const Policy& pol, int& log_scaling)
     {
        BOOST_MATH_STD_USING
        static const char* function = "boost::math::hypergeometric_1F1_asym_large_z_series<%1%>(%1%, %1%, %1%)";
        T prefix;
        int e, s;
        if (z < 0)
        {
           a = b - a;
           z = -z;
           prefix = 1;
        }
        else
        {
           e = z > INT_MAX ? INT_MAX : itrunc(z, pol);
           log_scaling += e;
           prefix = exp(z - e);
        }
        if ((fabs(a) < 10) && (fabs(b) < 10))
        {
           prefix *= pow(z, a) * pow(z, -b) * boost::math::tgamma(b, pol) / boost::math::tgamma(a, pol);
        }
        else
        {
           T t = log(z) * (a - b);
           e = itrunc(t, pol);
           log_scaling += e;
           prefix *= exp(t - e);
 
           t = boost::math::lgamma(b, &s, pol);
           e = itrunc(t, pol);
           log_scaling += e;
           prefix *= s * exp(t - e);
 
           t = boost::math::lgamma(a, &s, pol);
           e = itrunc(t, pol);
           log_scaling -= e;
           prefix /= s * exp(t - e);
        }
        //
        // Checked 2F0:
        //
        unsigned k = 0;
        T a1_poch(1 - a);
        T a2_poch(b - a);
        T z_mult(1 / z);
        T sum = 0;
        T abs_sum = 0;
        T term = 1;
        T last_term = 0;
        do
        {
           sum += term;
           last_term = term;
           abs_sum += fabs(sum);
           term *= a1_poch * a2_poch * z_mult;
           term /= ++k;
           a1_poch += 1;
           a2_poch += 1;
           if (fabs(sum) * boost::math::policies::get_epsilon<T, Policy>() > fabs(term))
              break;
           if(fabs(sum) / abs_sum < boost::math::policies::get_epsilon<T, Policy>())
              return boost::math::policies::raise_evaluation_error<T>(function, "Large-z asymptotic approximation to 1F1 has destroyed all the digits in the result due to cancellation.  Current best guess is %1%", 
                 prefix * sum, Policy());
           if(k > boost::math::policies::get_max_series_iterations<Policy>())
              return boost::math::policies::raise_evaluation_error<T>(function, "1F1: Unable to locate solution in a reasonable time:"
                 " large-z asymptotic approximation.  Current best guess is %1%", prefix * sum, Policy());
           if((k > 10) && (fabs(term) > fabs(last_term)))
              return boost::math::policies::raise_evaluation_error<T>(function, "Large-z asymptotic approximation to 1F1 is divergent.  Current best guess is %1%", prefix * sum, Policy());
        } while (true);
 
        return prefix * sum;
     }
 
 
  // experimental range
  template <class T, class Policy>
  inline bool hypergeometric_1F1_asym_region(const T& a, const T& b, const T& z, const Policy&)
  {
    BOOST_MATH_STD_USING
    int half_digits = policies::digits<T, Policy>() / 2;
    bool in_region = false;
 
    if (fabs(a) < 0.001f)
       return false; // Haven't been able to make this work, why not?  TODO!
 
    //
    // We use the following heuristic, if after we have had half_digits terms
    // of the 2F0 series, we require terms to be decreasing in size by a factor
    // of at least 0.7.  Assuming the earlier terms were converging much faster
    // than this, then this should be enough to achieve convergence before the
    // series shoots off to infinity.
    //
    if (z > 0)
    {
       T one_minus_a = 1 - a;
       T b_minus_a = b - a;
       if (fabs((one_minus_a + half_digits) * (b_minus_a + half_digits) / (half_digits * z)) < 0.7)
       {
          in_region = true;
          //
          // double check that we are not divergent at the start if a,b < 0:
          //
          if ((one_minus_a < 0) || (b_minus_a < 0))
          {
             if (fabs(one_minus_a * b_minus_a / z) > 0.5)
                in_region = false;
          }
       }
    }
    else if (fabs((1 - (b - a) + half_digits) * (a + half_digits) / (half_digits * z)) < 0.7)
    {
       if ((floor(b - a) == (b - a)) && (b - a < 0))
          return false;  // Can't have a negative integer b-a.
       in_region = true;
       //
       // double check that we are not divergent at the start if a,b < 0:
       //
       T a1 = 1 - (b - a);
       if ((a1 < 0) || (a < 0))
       {
          if (fabs(a1 * a / z) > 0.5)
             in_region = false;
       }
    }
    //
    // Check for a and b negative integers as these aren't supported by the approximation:
    //
    if (in_region)
    {
       if ((a < 0) && (floor(a) == a))
          in_region = false;
       if ((b < 0) && (floor(b) == b))
          in_region = false;
       if (fabs(z) < 40)
          in_region = false;
    }
    return in_region;
  }
 
  } } } // namespaces
 
#ifdef BOOST_MSVC
#pragma warning(pop)
#endif
 
#endif // BOOST_MATH_HYPERGEOMETRIC_ASYM_HPP