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
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//  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_RATIONAL_HPP
#define BOOST_MATH_HYPERGEOMETRIC_RATIONAL_HPP
 
  #include <boost/array.hpp>
 
  namespace boost{ namespace math{ namespace detail{
 
  // Luke: C ------- SUBROUTINE R1F1P(AP, CP, Z, A, B, N) ---------
  // Luke: C --- RATIONAL APPROXIMATION OF 1F1( AP ; CP ; -Z ) ----
  template <class T, class Policy>
  inline T hypergeometric_1F1_rational(const T& ap, const T& cp, const T& zp, const Policy& )
  {
    BOOST_MATH_STD_USING
 
    static const T zero = T(0), one = T(1), two = T(2), three = T(3);
 
    // Luke: C ------------- INITIALIZATION -------------
    const T z = -zp;
    const T z2 = z / two;
 
    T ct1 = ap * (z / cp);
    T ct2 = z2 / (one + cp);
    T xn3 = zero;
    T xn2 = one;
    T xn1 = two;
    T xn0 = three;
 
    T b1 = one;
    T a1 = one;
    T b2 = one + ((one + ap) * (z2 / cp));
    T a2 = b2 - ct1;
    T b3 = one + ((two + b2) * (((two + ap) / three) * ct2));
    T a3 = b3 - ((one + ct2) * ct1);
    ct1 = three;
 
    const unsigned max_iterations = boost::math::policies::get_max_series_iterations<Policy>();
 
    T a4 = T(0), b4 = T(0);
    T result = T(0), prev_result = a3 / b3;
 
    for (unsigned k = 2; k < max_iterations; ++k)
    {
      // Luke: C ----- CALCULATION OF THE MULTIPLIERS -----
      // Luke: C ----------- FOR THE RECURSION ------------
      ct2 = (z2 / ct1) / (cp + xn1);
      const T g1 = one + (ct2 * (xn2 - ap));
      ct2 *= ((ap + xn1) / (cp + xn2));
      const T g2 = ct2 * ((cp - xn1) + (((ap + xn0) / (ct1 + two)) * z2));
      const T g3 = ((ct2 * z2) * (((z2 / ct1) / (ct1 - two)) * ((ap + xn2)) / (cp + xn3))) * (ap - xn2);
 
      // Luke: C ------- THE RECURRENCE RELATIONS ---------
      // Luke: C ------------ ARE AS FOLLOWS --------------
      b4 = (g1 * b3) + (g2 * b2) + (g3 * b1);
      a4 = (g1 * a3) + (g2 * a2) + (g3 * a1);
 
      prev_result = result;
      result = a4 / b4;
 
      // condition for interruption
      if ((fabs(result) * boost::math::tools::epsilon<T>()) > fabs(result - prev_result) / fabs(result))
        break;
 
      b1 = b2; b2 = b3; b3 = b4;
      a1 = a2; a2 = a3; a3 = a4;
 
      xn3 = xn2; 
      xn2 = xn1; 
      xn1 = xn0; 
      xn0 += 1;
      ct1 += two;
    }
 
    return result;
  }
 
  // Luke: C ----- SUBROUTINE R2F1P(AB, BP, CP, Z, A, B, N) -------
  // Luke: C -- RATIONAL APPROXIMATION OF 2F1( AB , BP; CP ; -Z ) -
  template <class T, class Policy>
  inline T hypergeometric_2F1_rational(const T& ap, const T& bp, const T& cp, const T& zp, const unsigned n, const Policy& )
  {
    BOOST_MATH_STD_USING
 
    static const T one = T(1), two = T(2), three = T(3), four = T(4),
                   six = T(6), half_7 = T(3.5), half_3 = T(1.5), forth_3 = T(0.75);
 
    // Luke: C ------------- INITIALIZATION -------------
    const T z = -zp;
    const T z2 = z / two;
 
    T sabz = (ap + bp) * z;
    const T ab = ap * bp;
    const T abz = ab * z;
    const T abz1 = z + (abz + sabz);
    const T abz2 = abz1 + (sabz + (three * z));
    const T cp1 = cp + one;
    const T ct1 = cp1 + cp1;
 
    T b1 = one;
    T a1 = one;
    T b2 = one + (abz1 / (cp + cp));
    T a2 = b2 - (abz / cp);
    T b3 = one + ((abz2 / ct1) * (one + (abz1 / ((-six) + (three * ct1)))));
    T a3 = b3 - ((abz / cp) * (one + ((abz2 - abz1) / ct1)));
    sabz /= four;
 
    const T abz1_div_4 = abz1 / four;
    const T cp1_inc = cp1 + one;
    const T cp1_mul_cp1_inc = cp1 * cp1_inc;
 
    boost::array<T, 9u> d = {{
      ((half_7 - ab) * z2) - sabz,
      abz1_div_4,
      abz1_div_4 - (two * sabz),
      cp1_inc,
      cp1_mul_cp1_inc,
      cp * cp1_mul_cp1_inc,
      half_3,
      forth_3,
      forth_3 * z
    }};
 
    T xi = three;
    T a4 = T(0), b4 = T(0);
    for (unsigned k = 2; k < n; ++k)
    {
      // Luke: C ----- CALCULATION OF THE MULTIPLIERS -----
      // Luke: C ----------- FOR THE RECURSION ------------
      T g3 = (d[2] / d[7]) * (d[1] / d[5]);
      d[1] += d[8] + sabz;
      d[2] += d[8] - sabz;
      g3 *= d[1] / d[6];
      T g1 = one + (((d[1] + d[0]) / d[6]) / d[3]);
      T g2 = (d[1] / d[4]) / d[6];
      d[7] += two * d[6];
      ++d[6];
      g2 *= cp1 - (xi + ((d[2] + d[0]) / d[6]));
 
      // Luke: C ------- THE RECURRENCE RELATIONS ---------
      // Luke: C ------------ ARE AS FOLLOWS --------------
      b4 = (g1 * b3) + (g2 * b2) + (g3 * b1);
      a4 = (g1 * a3) + (g2 * a2) + (g3 * a1);
      b1 = b2; b2 = b3; b3 = b4;
      a1 = a2; a2 = a3; a3 = a4;
 
      d[8] += z2;
      d[0] += two * d[8];
      d[5] += three * d[4];
      d[4] += two * d[3];
      ++d[3];
      ++xi;
    }
 
    return a4 / b4;
  }
 
  } } } // namespaces
 
#endif // BOOST_MATH_HYPERGEOMETRIC_RATIONAL_HPP