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
//  (C) Copyright Nick Thompson 2020.
//  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_TOOLS_CENTERED_CONTINUED_FRACTION_HPP
#define BOOST_MATH_TOOLS_CENTERED_CONTINUED_FRACTION_HPP
 
#include <vector>
#include <ostream>
#include <iomanip>
#include <cmath>
#include <limits>
#include <stdexcept>
#include <boost/core/demangle.hpp>
 
namespace boost::math::tools {
 
template<typename Real, typename Z = int64_t>
class centered_continued_fraction {
public:
    centered_continued_fraction(Real x) : x_{x} {
        static_assert(std::is_integral_v<Z> && std::is_signed_v<Z>,
                      "Centered continued fractions require signed integer types.");
        using std::round;
        using std::abs;
        using std::sqrt;
        using std::isfinite;
        if (!isfinite(x))
        {
            throw std::domain_error("Cannot convert non-finites into continued fractions.");  
        }
        b_.reserve(50);
        Real bj = round(x);
        b_.push_back(static_cast<Z>(bj));
        if (bj == x)
        {
            b_.shrink_to_fit();
            return;
        }
        x = 1/(x-bj);
        Real f = bj;
        if (bj == 0)
        {
            f = 16*std::numeric_limits<Real>::min();
        }
        Real C = f;
        Real D = 0;
        int i = 0;
        while (abs(f - x_) >= (1 + i++)*std::numeric_limits<Real>::epsilon()*abs(x_))
        {
            bj = round(x);
            b_.push_back(static_cast<Z>(bj));
            x = 1/(x-bj);
            D += bj;
            if (D == 0) {
                D = 16*std::numeric_limits<Real>::min();
            }
            C = bj + 1/C;
            if (C==0)
            {
                C = 16*std::numeric_limits<Real>::min();
            }
            D = 1/D;
            f *= (C*D);
        }
        // Deal with non-uniqueness of continued fractions: [a0; a1, ..., an, 1] = a0; a1, ..., an + 1].
        if (b_.size() > 2 && b_.back() == 1)
        {
            b_[b_.size() - 2] += 1;
            b_.resize(b_.size() - 1);
        }
        b_.shrink_to_fit();
 
        for (size_t i = 1; i < b_.size(); ++i)
        {
            if (b_[i] == 0) {
                std::ostringstream oss;
                oss << "Found a zero partial denominator: b[" << i << "] = " << b_[i] << "."
                    << " This means the integer type '" << boost::core::demangle(typeid(Z).name())
                    << "' has overflowed and you need to use a wider type,"
                    << " or there is a bug.";
                throw std::overflow_error(oss.str());
            }
        }
    }
 
    Real khinchin_geometric_mean() const {
        if (b_.size() == 1)
        { 
            return std::numeric_limits<Real>::quiet_NaN();
        }
        using std::log;
        using std::exp;
        using std::abs;
        const std::array<Real, 7> logs{std::numeric_limits<Real>::quiet_NaN(), Real(0), log(static_cast<Real>(2)), log(static_cast<Real>(3)), log(static_cast<Real>(4)), log(static_cast<Real>(5)), log(static_cast<Real>(6))};
        Real log_prod = 0;
        for (size_t i = 1; i < b_.size(); ++i)
        {
            if (abs(b_[i]) < static_cast<Z>(logs.size()))
            {
                log_prod += logs[abs(b_[i])];
            }
            else
            {
                log_prod += log(static_cast<Real>(abs(b_[i])));
            }
        }
        log_prod /= (b_.size()-1);
        return exp(log_prod);
    }
 
    const std::vector<Z>& partial_denominators() const {
        return b_;
    }
    
    template<typename T, typename Z2>
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, centered_continued_fraction<T, Z2>& ccf);
 
private:
    const Real x_;
    std::vector<Z> b_;
};
 
 
template<typename Real, typename Z2>
std::ostream& operator<<(std::ostream& out, centered_continued_fraction<Real, Z2>& scf) {
    constexpr const int p = std::numeric_limits<Real>::max_digits10;
    if constexpr (p == 2147483647)
    {
        out << std::setprecision(scf.x_.backend().precision());
    }
    else
    {
        out << std::setprecision(p);
    }
   
    out << "[" << scf.b_.front();
    if (scf.b_.size() > 1)
    {
        out << "; ";
        for (size_t i = 1; i < scf.b_.size() -1; ++i)
        {
            out << scf.b_[i] << ", ";
        }
        out << scf.b_.back();
    }
    out << "]";
    return out;
}
 
 
}
#endif