Use tree_vector_builder::new_unary_operation for folding
[official-gcc.git] / libstdc++-v3 / include / tr1 / hypergeometric.tcc
blobdc9f176e27ad8264a6b0441abe61e9d199398a9a
1 // Special functions -*- C++ -*-
3 // Copyright (C) 2006-2017 Free Software Foundation, Inc.
4 //
5 // This file is part of the GNU ISO C++ Library.  This library is free
6 // software; you can redistribute it and/or modify it under the
7 // terms of the GNU General Public License as published by the
8 // Free Software Foundation; either version 3, or (at your option)
9 // any later version.
11 // This library is distributed in the hope that it will be useful,
12 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14 // GNU General Public License for more details.
16 // Under Section 7 of GPL version 3, you are granted additional
17 // permissions described in the GCC Runtime Library Exception, version
18 // 3.1, as published by the Free Software Foundation.
20 // You should have received a copy of the GNU General Public License and
21 // a copy of the GCC Runtime Library Exception along with this program;
22 // see the files COPYING3 and COPYING.RUNTIME respectively.  If not, see
23 // <http://www.gnu.org/licenses/>.
25 /** @file tr1/hypergeometric.tcc
26  *  This is an internal header file, included by other library headers.
27  *  Do not attempt to use it directly. @headername{tr1/cmath}
28  */
31 // ISO C++ 14882 TR1: 5.2  Special functions
34 // Written by Edward Smith-Rowland based:
35 //   (1) Handbook of Mathematical Functions,
36 //       ed. Milton Abramowitz and Irene A. Stegun,
37 //       Dover Publications,
38 //       Section 6, pp. 555-566
39 //   (2) The Gnu Scientific Library, http://www.gnu.org/software/gsl
41 #ifndef _GLIBCXX_TR1_HYPERGEOMETRIC_TCC
42 #define _GLIBCXX_TR1_HYPERGEOMETRIC_TCC 1
44 namespace std _GLIBCXX_VISIBILITY(default)
46 _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
48 #if _GLIBCXX_USE_STD_SPEC_FUNCS
49 # define _GLIBCXX_MATH_NS ::std
50 #elif defined(_GLIBCXX_TR1_CMATH)
51 namespace tr1
53 # define _GLIBCXX_MATH_NS ::std::tr1
54 #else
55 # error do not include this header directly, use <cmath> or <tr1/cmath>
56 #endif
57   // [5.2] Special functions
59   // Implementation-space details.
60   namespace __detail
61   {
62     /**
63      *   @brief This routine returns the confluent hypergeometric function
64      *          by series expansion.
65      * 
66      *   @f[
67      *     _1F_1(a;c;x) = \frac{\Gamma(c)}{\Gamma(a)}
68      *                      \sum_{n=0}^{\infty}
69      *                      \frac{\Gamma(a+n)}{\Gamma(c+n)}
70      *                      \frac{x^n}{n!}
71      *   @f]
72      * 
73      *   If a and b are integers and a < 0 and either b > 0 or b < a
74      *   then the series is a polynomial with a finite number of
75      *   terms.  If b is an integer and b <= 0 the confluent
76      *   hypergeometric function is undefined.
77      *
78      *   @param  __a  The "numerator" parameter.
79      *   @param  __c  The "denominator" parameter.
80      *   @param  __x  The argument of the confluent hypergeometric function.
81      *   @return  The confluent hypergeometric function.
82      */
83     template<typename _Tp>
84     _Tp
85     __conf_hyperg_series(_Tp __a, _Tp __c, _Tp __x)
86     {
87       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
89       _Tp __term = _Tp(1);
90       _Tp __Fac = _Tp(1);
91       const unsigned int __max_iter = 100000;
92       unsigned int __i;
93       for (__i = 0; __i < __max_iter; ++__i)
94         {
95           __term *= (__a + _Tp(__i)) * __x
96                   / ((__c + _Tp(__i)) * _Tp(1 + __i));
97           if (std::abs(__term) < __eps)
98             {
99               break;
100             }
101           __Fac += __term;
102         }
103       if (__i == __max_iter)
104         std::__throw_runtime_error(__N("Series failed to converge "
105                                        "in __conf_hyperg_series."));
107       return __Fac;
108     }
111     /**
112      *  @brief  Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$
113      *          by an iterative procedure described in
114      *          Luke, Algorithms for the Computation of Mathematical Functions.
115      *
116      *  Like the case of the 2F1 rational approximations, these are 
117      *  probably guaranteed to converge for x < 0, barring gross    
118      *  numerical instability in the pre-asymptotic regime.         
119      */
120     template<typename _Tp>
121     _Tp
122     __conf_hyperg_luke(_Tp __a, _Tp __c, _Tp __xin)
123     {
124       const _Tp __big = std::pow(std::numeric_limits<_Tp>::max(), _Tp(0.16L));
125       const int __nmax = 20000;
126       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
127       const _Tp __x  = -__xin;
128       const _Tp __x3 = __x * __x * __x;
129       const _Tp __t0 = __a / __c;
130       const _Tp __t1 = (__a + _Tp(1)) / (_Tp(2) * __c);
131       const _Tp __t2 = (__a + _Tp(2)) / (_Tp(2) * (__c + _Tp(1)));
132       _Tp __F = _Tp(1);
133       _Tp __prec;
135       _Tp __Bnm3 = _Tp(1);
136       _Tp __Bnm2 = _Tp(1) + __t1 * __x;
137       _Tp __Bnm1 = _Tp(1) + __t2 * __x * (_Tp(1) + __t1 / _Tp(3) * __x);
139       _Tp __Anm3 = _Tp(1);
140       _Tp __Anm2 = __Bnm2 - __t0 * __x;
141       _Tp __Anm1 = __Bnm1 - __t0 * (_Tp(1) + __t2 * __x) * __x
142                  + __t0 * __t1 * (__c / (__c + _Tp(1))) * __x * __x;
144       int __n = 3;
145       while(1)
146         {
147           _Tp __npam1 = _Tp(__n - 1) + __a;
148           _Tp __npcm1 = _Tp(__n - 1) + __c;
149           _Tp __npam2 = _Tp(__n - 2) + __a;
150           _Tp __npcm2 = _Tp(__n - 2) + __c;
151           _Tp __tnm1  = _Tp(2 * __n - 1);
152           _Tp __tnm3  = _Tp(2 * __n - 3);
153           _Tp __tnm5  = _Tp(2 * __n - 5);
154           _Tp __F1 =  (_Tp(__n - 2) - __a) / (_Tp(2) * __tnm3 * __npcm1);
155           _Tp __F2 =  (_Tp(__n) + __a) * __npam1
156                    / (_Tp(4) * __tnm1 * __tnm3 * __npcm2 * __npcm1);
157           _Tp __F3 = -__npam2 * __npam1 * (_Tp(__n - 2) - __a)
158                    / (_Tp(8) * __tnm3 * __tnm3 * __tnm5
159                    * (_Tp(__n - 3) + __c) * __npcm2 * __npcm1);
160           _Tp __E  = -__npam1 * (_Tp(__n - 1) - __c)
161                    / (_Tp(2) * __tnm3 * __npcm2 * __npcm1);
163           _Tp __An = (_Tp(1) + __F1 * __x) * __Anm1
164                    + (__E + __F2 * __x) * __x * __Anm2 + __F3 * __x3 * __Anm3;
165           _Tp __Bn = (_Tp(1) + __F1 * __x) * __Bnm1
166                    + (__E + __F2 * __x) * __x * __Bnm2 + __F3 * __x3 * __Bnm3;
167           _Tp __r = __An / __Bn;
169           __prec = std::abs((__F - __r) / __F);
170           __F = __r;
172           if (__prec < __eps || __n > __nmax)
173             break;
175           if (std::abs(__An) > __big || std::abs(__Bn) > __big)
176             {
177               __An   /= __big;
178               __Bn   /= __big;
179               __Anm1 /= __big;
180               __Bnm1 /= __big;
181               __Anm2 /= __big;
182               __Bnm2 /= __big;
183               __Anm3 /= __big;
184               __Bnm3 /= __big;
185             }
186           else if (std::abs(__An) < _Tp(1) / __big
187                 || std::abs(__Bn) < _Tp(1) / __big)
188             {
189               __An   *= __big;
190               __Bn   *= __big;
191               __Anm1 *= __big;
192               __Bnm1 *= __big;
193               __Anm2 *= __big;
194               __Bnm2 *= __big;
195               __Anm3 *= __big;
196               __Bnm3 *= __big;
197             }
199           ++__n;
200           __Bnm3 = __Bnm2;
201           __Bnm2 = __Bnm1;
202           __Bnm1 = __Bn;
203           __Anm3 = __Anm2;
204           __Anm2 = __Anm1;
205           __Anm1 = __An;
206         }
208       if (__n >= __nmax)
209         std::__throw_runtime_error(__N("Iteration failed to converge "
210                                        "in __conf_hyperg_luke."));
212       return __F;
213     }
216     /**
217      *   @brief  Return the confluent hypogeometric function
218      *           @f$ _1F_1(a;c;x) @f$.
219      * 
220      *   @todo  Handle b == nonpositive integer blowup - return NaN.
221      *
222      *   @param  __a  The @a numerator parameter.
223      *   @param  __c  The @a denominator parameter.
224      *   @param  __x  The argument of the confluent hypergeometric function.
225      *   @return  The confluent hypergeometric function.
226      */
227     template<typename _Tp>
228     _Tp
229     __conf_hyperg(_Tp __a, _Tp __c, _Tp __x)
230     {
231 #if _GLIBCXX_USE_C99_MATH_TR1
232       const _Tp __c_nint = _GLIBCXX_MATH_NS::nearbyint(__c);
233 #else
234       const _Tp __c_nint = static_cast<int>(__c + _Tp(0.5L));
235 #endif
236       if (__isnan(__a) || __isnan(__c) || __isnan(__x))
237         return std::numeric_limits<_Tp>::quiet_NaN();
238       else if (__c_nint == __c && __c_nint <= 0)
239         return std::numeric_limits<_Tp>::infinity();
240       else if (__a == _Tp(0))
241         return _Tp(1);
242       else if (__c == __a)
243         return std::exp(__x);
244       else if (__x < _Tp(0))
245         return __conf_hyperg_luke(__a, __c, __x);
246       else
247         return __conf_hyperg_series(__a, __c, __x);
248     }
251     /**
252      *   @brief Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$
253      *   by series expansion.
254      * 
255      *   The hypogeometric function is defined by
256      *   @f[
257      *     _2F_1(a,b;c;x) = \frac{\Gamma(c)}{\Gamma(a)\Gamma(b)}
258      *                      \sum_{n=0}^{\infty}
259      *                      \frac{\Gamma(a+n)\Gamma(b+n)}{\Gamma(c+n)}
260      *                      \frac{x^n}{n!}
261      *   @f]
262      * 
263      *   This works and it's pretty fast.
264      *
265      *   @param  __a  The first @a numerator parameter.
266      *   @param  __a  The second @a numerator parameter.
267      *   @param  __c  The @a denominator parameter.
268      *   @param  __x  The argument of the confluent hypergeometric function.
269      *   @return  The confluent hypergeometric function.
270      */
271     template<typename _Tp>
272     _Tp
273     __hyperg_series(_Tp __a, _Tp __b, _Tp __c, _Tp __x)
274     {
275       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
277       _Tp __term = _Tp(1);
278       _Tp __Fabc = _Tp(1);
279       const unsigned int __max_iter = 100000;
280       unsigned int __i;
281       for (__i = 0; __i < __max_iter; ++__i)
282         {
283           __term *= (__a + _Tp(__i)) * (__b + _Tp(__i)) * __x
284                   / ((__c + _Tp(__i)) * _Tp(1 + __i));
285           if (std::abs(__term) < __eps)
286             {
287               break;
288             }
289           __Fabc += __term;
290         }
291       if (__i == __max_iter)
292         std::__throw_runtime_error(__N("Series failed to converge "
293                                        "in __hyperg_series."));
295       return __Fabc;
296     }
299     /**
300      *   @brief  Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$
301      *           by an iterative procedure described in
302      *           Luke, Algorithms for the Computation of Mathematical Functions.
303      */
304     template<typename _Tp>
305     _Tp
306     __hyperg_luke(_Tp __a, _Tp __b, _Tp __c, _Tp __xin)
307     {
308       const _Tp __big = std::pow(std::numeric_limits<_Tp>::max(), _Tp(0.16L));
309       const int __nmax = 20000;
310       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
311       const _Tp __x  = -__xin;
312       const _Tp __x3 = __x * __x * __x;
313       const _Tp __t0 = __a * __b / __c;
314       const _Tp __t1 = (__a + _Tp(1)) * (__b + _Tp(1)) / (_Tp(2) * __c);
315       const _Tp __t2 = (__a + _Tp(2)) * (__b + _Tp(2))
316                      / (_Tp(2) * (__c + _Tp(1)));
318       _Tp __F = _Tp(1);
320       _Tp __Bnm3 = _Tp(1);
321       _Tp __Bnm2 = _Tp(1) + __t1 * __x;
322       _Tp __Bnm1 = _Tp(1) + __t2 * __x * (_Tp(1) + __t1 / _Tp(3) * __x);
324       _Tp __Anm3 = _Tp(1);
325       _Tp __Anm2 = __Bnm2 - __t0 * __x;
326       _Tp __Anm1 = __Bnm1 - __t0 * (_Tp(1) + __t2 * __x) * __x
327                  + __t0 * __t1 * (__c / (__c + _Tp(1))) * __x * __x;
329       int __n = 3;
330       while (1)
331         {
332           const _Tp __npam1 = _Tp(__n - 1) + __a;
333           const _Tp __npbm1 = _Tp(__n - 1) + __b;
334           const _Tp __npcm1 = _Tp(__n - 1) + __c;
335           const _Tp __npam2 = _Tp(__n - 2) + __a;
336           const _Tp __npbm2 = _Tp(__n - 2) + __b;
337           const _Tp __npcm2 = _Tp(__n - 2) + __c;
338           const _Tp __tnm1  = _Tp(2 * __n - 1);
339           const _Tp __tnm3  = _Tp(2 * __n - 3);
340           const _Tp __tnm5  = _Tp(2 * __n - 5);
341           const _Tp __n2 = __n * __n;
342           const _Tp __F1 = (_Tp(3) * __n2 + (__a + __b - _Tp(6)) * __n
343                          + _Tp(2) - __a * __b - _Tp(2) * (__a + __b))
344                          / (_Tp(2) * __tnm3 * __npcm1);
345           const _Tp __F2 = -(_Tp(3) * __n2 - (__a + __b + _Tp(6)) * __n
346                          + _Tp(2) - __a * __b) * __npam1 * __npbm1
347                          / (_Tp(4) * __tnm1 * __tnm3 * __npcm2 * __npcm1);
348           const _Tp __F3 = (__npam2 * __npam1 * __npbm2 * __npbm1
349                          * (_Tp(__n - 2) - __a) * (_Tp(__n - 2) - __b))
350                          / (_Tp(8) * __tnm3 * __tnm3 * __tnm5
351                          * (_Tp(__n - 3) + __c) * __npcm2 * __npcm1);
352           const _Tp __E  = -__npam1 * __npbm1 * (_Tp(__n - 1) - __c)
353                          / (_Tp(2) * __tnm3 * __npcm2 * __npcm1);
355           _Tp __An = (_Tp(1) + __F1 * __x) * __Anm1
356                    + (__E + __F2 * __x) * __x * __Anm2 + __F3 * __x3 * __Anm3;
357           _Tp __Bn = (_Tp(1) + __F1 * __x) * __Bnm1
358                    + (__E + __F2 * __x) * __x * __Bnm2 + __F3 * __x3 * __Bnm3;
359           const _Tp __r = __An / __Bn;
361           const _Tp __prec = std::abs((__F - __r) / __F);
362           __F = __r;
364           if (__prec < __eps || __n > __nmax)
365             break;
367           if (std::abs(__An) > __big || std::abs(__Bn) > __big)
368             {
369               __An   /= __big;
370               __Bn   /= __big;
371               __Anm1 /= __big;
372               __Bnm1 /= __big;
373               __Anm2 /= __big;
374               __Bnm2 /= __big;
375               __Anm3 /= __big;
376               __Bnm3 /= __big;
377             }
378           else if (std::abs(__An) < _Tp(1) / __big
379                 || std::abs(__Bn) < _Tp(1) / __big)
380             {
381               __An   *= __big;
382               __Bn   *= __big;
383               __Anm1 *= __big;
384               __Bnm1 *= __big;
385               __Anm2 *= __big;
386               __Bnm2 *= __big;
387               __Anm3 *= __big;
388               __Bnm3 *= __big;
389             }
391           ++__n;
392           __Bnm3 = __Bnm2;
393           __Bnm2 = __Bnm1;
394           __Bnm1 = __Bn;
395           __Anm3 = __Anm2;
396           __Anm2 = __Anm1;
397           __Anm1 = __An;
398         }
400       if (__n >= __nmax)
401         std::__throw_runtime_error(__N("Iteration failed to converge "
402                                        "in __hyperg_luke."));
404       return __F;
405     }
408     /**
409      *  @brief  Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$ 
410      *  by the reflection formulae in Abramowitz & Stegun formula
411      *  15.3.6 for d = c - a - b not integral and formula 15.3.11 for
412      *  d = c - a - b integral.  This assumes a, b, c != negative
413      *  integer.
414      *
415      *   The hypogeometric function is defined by
416      *   @f[
417      *     _2F_1(a,b;c;x) = \frac{\Gamma(c)}{\Gamma(a)\Gamma(b)}
418      *                      \sum_{n=0}^{\infty}
419      *                      \frac{\Gamma(a+n)\Gamma(b+n)}{\Gamma(c+n)}
420      *                      \frac{x^n}{n!}
421      *   @f]
422      *
423      *   The reflection formula for nonintegral @f$ d = c - a - b @f$ is:
424      *   @f[
425      *     _2F_1(a,b;c;x) = \frac{\Gamma(c)\Gamma(d)}{\Gamma(c-a)\Gamma(c-b)}
426      *                            _2F_1(a,b;1-d;1-x)
427      *                    + \frac{\Gamma(c)\Gamma(-d)}{\Gamma(a)\Gamma(b)}
428      *                            _2F_1(c-a,c-b;1+d;1-x)
429      *   @f]
430      *
431      *   The reflection formula for integral @f$ m = c - a - b @f$ is:
432      *   @f[
433      *     _2F_1(a,b;a+b+m;x) = \frac{\Gamma(m)\Gamma(a+b+m)}{\Gamma(a+m)\Gamma(b+m)}
434      *                        \sum_{k=0}^{m-1} \frac{(m+a)_k(m+b)_k}{k!(1-m)_k}
435      *                      - 
436      *   @f]
437      */
438     template<typename _Tp>
439     _Tp
440     __hyperg_reflect(_Tp __a, _Tp __b, _Tp __c, _Tp __x)
441     {
442       const _Tp __d = __c - __a - __b;
443       const int __intd  = std::floor(__d + _Tp(0.5L));
444       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
445       const _Tp __toler = _Tp(1000) * __eps;
446       const _Tp __log_max = std::log(std::numeric_limits<_Tp>::max());
447       const bool __d_integer = (std::abs(__d - __intd) < __toler);
449       if (__d_integer)
450         {
451           const _Tp __ln_omx = std::log(_Tp(1) - __x);
452           const _Tp __ad = std::abs(__d);
453           _Tp __F1, __F2;
455           _Tp __d1, __d2;
456           if (__d >= _Tp(0))
457             {
458               __d1 = __d;
459               __d2 = _Tp(0);
460             }
461           else
462             {
463               __d1 = _Tp(0);
464               __d2 = __d;
465             }
467           const _Tp __lng_c = __log_gamma(__c);
469           //  Evaluate F1.
470           if (__ad < __eps)
471             {
472               //  d = c - a - b = 0.
473               __F1 = _Tp(0);
474             }
475           else
476             {
478               bool __ok_d1 = true;
479               _Tp __lng_ad, __lng_ad1, __lng_bd1;
480               __try
481                 {
482                   __lng_ad = __log_gamma(__ad);
483                   __lng_ad1 = __log_gamma(__a + __d1);
484                   __lng_bd1 = __log_gamma(__b + __d1);
485                 }
486               __catch(...)
487                 {
488                   __ok_d1 = false;
489                 }
491               if (__ok_d1)
492                 {
493                   /* Gamma functions in the denominator are ok.
494                    * Proceed with evaluation.
495                    */
496                   _Tp __sum1 = _Tp(1);
497                   _Tp __term = _Tp(1);
498                   _Tp __ln_pre1 = __lng_ad + __lng_c + __d2 * __ln_omx
499                                 - __lng_ad1 - __lng_bd1;
501                   /* Do F1 sum.
502                    */
503                   for (int __i = 1; __i < __ad; ++__i)
504                     {
505                       const int __j = __i - 1;
506                       __term *= (__a + __d2 + __j) * (__b + __d2 + __j)
507                               / (_Tp(1) + __d2 + __j) / __i * (_Tp(1) - __x);
508                       __sum1 += __term;
509                     }
511                   if (__ln_pre1 > __log_max)
512                     std::__throw_runtime_error(__N("Overflow of gamma functions"
513                                                    " in __hyperg_luke."));
514                   else
515                     __F1 = std::exp(__ln_pre1) * __sum1;
516                 }
517               else
518                 {
519                   //  Gamma functions in the denominator were not ok.
520                   //  So the F1 term is zero.
521                   __F1 = _Tp(0);
522                 }
523             } // end F1 evaluation
525           // Evaluate F2.
526           bool __ok_d2 = true;
527           _Tp __lng_ad2, __lng_bd2;
528           __try
529             {
530               __lng_ad2 = __log_gamma(__a + __d2);
531               __lng_bd2 = __log_gamma(__b + __d2);
532             }
533           __catch(...)
534             {
535               __ok_d2 = false;
536             }
538           if (__ok_d2)
539             {
540               //  Gamma functions in the denominator are ok.
541               //  Proceed with evaluation.
542               const int __maxiter = 2000;
543               const _Tp __psi_1 = -__numeric_constants<_Tp>::__gamma_e();
544               const _Tp __psi_1pd = __psi(_Tp(1) + __ad);
545               const _Tp __psi_apd1 = __psi(__a + __d1);
546               const _Tp __psi_bpd1 = __psi(__b + __d1);
548               _Tp __psi_term = __psi_1 + __psi_1pd - __psi_apd1
549                              - __psi_bpd1 - __ln_omx;
550               _Tp __fact = _Tp(1);
551               _Tp __sum2 = __psi_term;
552               _Tp __ln_pre2 = __lng_c + __d1 * __ln_omx
553                             - __lng_ad2 - __lng_bd2;
555               // Do F2 sum.
556               int __j;
557               for (__j = 1; __j < __maxiter; ++__j)
558                 {
559                   //  Values for psi functions use recurrence;
560                   //  Abramowitz & Stegun 6.3.5
561                   const _Tp __term1 = _Tp(1) / _Tp(__j)
562                                     + _Tp(1) / (__ad + __j);
563                   const _Tp __term2 = _Tp(1) / (__a + __d1 + _Tp(__j - 1))
564                                     + _Tp(1) / (__b + __d1 + _Tp(__j - 1));
565                   __psi_term += __term1 - __term2;
566                   __fact *= (__a + __d1 + _Tp(__j - 1))
567                           * (__b + __d1 + _Tp(__j - 1))
568                           / ((__ad + __j) * __j) * (_Tp(1) - __x);
569                   const _Tp __delta = __fact * __psi_term;
570                   __sum2 += __delta;
571                   if (std::abs(__delta) < __eps * std::abs(__sum2))
572                     break;
573                 }
574               if (__j == __maxiter)
575                 std::__throw_runtime_error(__N("Sum F2 failed to converge "
576                                                "in __hyperg_reflect"));
578               if (__sum2 == _Tp(0))
579                 __F2 = _Tp(0);
580               else
581                 __F2 = std::exp(__ln_pre2) * __sum2;
582             }
583           else
584             {
585               // Gamma functions in the denominator not ok.
586               // So the F2 term is zero.
587               __F2 = _Tp(0);
588             } // end F2 evaluation
590           const _Tp __sgn_2 = (__intd % 2 == 1 ? -_Tp(1) : _Tp(1));
591           const _Tp __F = __F1 + __sgn_2 * __F2;
593           return __F;
594         }
595       else
596         {
597           //  d = c - a - b not an integer.
599           //  These gamma functions appear in the denominator, so we
600           //  catch their harmless domain errors and set the terms to zero.
601           bool __ok1 = true;
602           _Tp __sgn_g1ca = _Tp(0), __ln_g1ca = _Tp(0);
603           _Tp __sgn_g1cb = _Tp(0), __ln_g1cb = _Tp(0);
604           __try
605             {
606               __sgn_g1ca = __log_gamma_sign(__c - __a);
607               __ln_g1ca = __log_gamma(__c - __a);
608               __sgn_g1cb = __log_gamma_sign(__c - __b);
609               __ln_g1cb = __log_gamma(__c - __b);
610             }
611           __catch(...)
612             {
613               __ok1 = false;
614             }
616           bool __ok2 = true;
617           _Tp __sgn_g2a = _Tp(0), __ln_g2a = _Tp(0);
618           _Tp __sgn_g2b = _Tp(0), __ln_g2b = _Tp(0);
619           __try
620             {
621               __sgn_g2a = __log_gamma_sign(__a);
622               __ln_g2a = __log_gamma(__a);
623               __sgn_g2b = __log_gamma_sign(__b);
624               __ln_g2b = __log_gamma(__b);
625             }
626           __catch(...)
627             {
628               __ok2 = false;
629             }
631           const _Tp __sgn_gc = __log_gamma_sign(__c);
632           const _Tp __ln_gc = __log_gamma(__c);
633           const _Tp __sgn_gd = __log_gamma_sign(__d);
634           const _Tp __ln_gd = __log_gamma(__d);
635           const _Tp __sgn_gmd = __log_gamma_sign(-__d);
636           const _Tp __ln_gmd = __log_gamma(-__d);
638           const _Tp __sgn1 = __sgn_gc * __sgn_gd  * __sgn_g1ca * __sgn_g1cb;
639           const _Tp __sgn2 = __sgn_gc * __sgn_gmd * __sgn_g2a  * __sgn_g2b;
641           _Tp __pre1, __pre2;
642           if (__ok1 && __ok2)
643             {
644               _Tp __ln_pre1 = __ln_gc + __ln_gd  - __ln_g1ca - __ln_g1cb;
645               _Tp __ln_pre2 = __ln_gc + __ln_gmd - __ln_g2a  - __ln_g2b
646                             + __d * std::log(_Tp(1) - __x);
647               if (__ln_pre1 < __log_max && __ln_pre2 < __log_max)
648                 {
649                   __pre1 = std::exp(__ln_pre1);
650                   __pre2 = std::exp(__ln_pre2);
651                   __pre1 *= __sgn1;
652                   __pre2 *= __sgn2;
653                 }
654               else
655                 {
656                   std::__throw_runtime_error(__N("Overflow of gamma functions "
657                                                  "in __hyperg_reflect"));
658                 }
659             }
660           else if (__ok1 && !__ok2)
661             {
662               _Tp __ln_pre1 = __ln_gc + __ln_gd - __ln_g1ca - __ln_g1cb;
663               if (__ln_pre1 < __log_max)
664                 {
665                   __pre1 = std::exp(__ln_pre1);
666                   __pre1 *= __sgn1;
667                   __pre2 = _Tp(0);
668                 }
669               else
670                 {
671                   std::__throw_runtime_error(__N("Overflow of gamma functions "
672                                                  "in __hyperg_reflect"));
673                 }
674             }
675           else if (!__ok1 && __ok2)
676             {
677               _Tp __ln_pre2 = __ln_gc + __ln_gmd - __ln_g2a - __ln_g2b
678                             + __d * std::log(_Tp(1) - __x);
679               if (__ln_pre2 < __log_max)
680                 {
681                   __pre1 = _Tp(0);
682                   __pre2 = std::exp(__ln_pre2);
683                   __pre2 *= __sgn2;
684                 }
685               else
686                 {
687                   std::__throw_runtime_error(__N("Overflow of gamma functions "
688                                                  "in __hyperg_reflect"));
689                 }
690             }
691           else
692             {
693               __pre1 = _Tp(0);
694               __pre2 = _Tp(0);
695               std::__throw_runtime_error(__N("Underflow of gamma functions "
696                                              "in __hyperg_reflect"));
697             }
699           const _Tp __F1 = __hyperg_series(__a, __b, _Tp(1) - __d,
700                                            _Tp(1) - __x);
701           const _Tp __F2 = __hyperg_series(__c - __a, __c - __b, _Tp(1) + __d,
702                                            _Tp(1) - __x);
704           const _Tp __F = __pre1 * __F1 + __pre2 * __F2;
706           return __F;
707         }
708     }
711     /**
712      *   @brief Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$.
713      *
714      *   The hypogeometric function is defined by
715      *   @f[
716      *     _2F_1(a,b;c;x) = \frac{\Gamma(c)}{\Gamma(a)\Gamma(b)}
717      *                      \sum_{n=0}^{\infty}
718      *                      \frac{\Gamma(a+n)\Gamma(b+n)}{\Gamma(c+n)}
719      *                      \frac{x^n}{n!}
720      *   @f]
721      *
722      *   @param  __a  The first @a numerator parameter.
723      *   @param  __a  The second @a numerator parameter.
724      *   @param  __c  The @a denominator parameter.
725      *   @param  __x  The argument of the confluent hypergeometric function.
726      *   @return  The confluent hypergeometric function.
727      */
728     template<typename _Tp>
729     _Tp
730     __hyperg(_Tp __a, _Tp __b, _Tp __c, _Tp __x)
731     {
732 #if _GLIBCXX_USE_C99_MATH_TR1
733       const _Tp __a_nint = _GLIBCXX_MATH_NS::nearbyint(__a);
734       const _Tp __b_nint = _GLIBCXX_MATH_NS::nearbyint(__b);
735       const _Tp __c_nint = _GLIBCXX_MATH_NS::nearbyint(__c);
736 #else
737       const _Tp __a_nint = static_cast<int>(__a + _Tp(0.5L));
738       const _Tp __b_nint = static_cast<int>(__b + _Tp(0.5L));
739       const _Tp __c_nint = static_cast<int>(__c + _Tp(0.5L));
740 #endif
741       const _Tp __toler = _Tp(1000) * std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
742       if (std::abs(__x) >= _Tp(1))
743         std::__throw_domain_error(__N("Argument outside unit circle "
744                                       "in __hyperg."));
745       else if (__isnan(__a) || __isnan(__b)
746             || __isnan(__c) || __isnan(__x))
747         return std::numeric_limits<_Tp>::quiet_NaN();
748       else if (__c_nint == __c && __c_nint <= _Tp(0))
749         return std::numeric_limits<_Tp>::infinity();
750       else if (std::abs(__c - __b) < __toler || std::abs(__c - __a) < __toler)
751         return std::pow(_Tp(1) - __x, __c - __a - __b);
752       else if (__a >= _Tp(0) && __b >= _Tp(0) && __c >= _Tp(0)
753             && __x >= _Tp(0) && __x < _Tp(0.995L))
754         return __hyperg_series(__a, __b, __c, __x);
755       else if (std::abs(__a) < _Tp(10) && std::abs(__b) < _Tp(10))
756         {
757           //  For integer a and b the hypergeometric function is a
758           //  finite polynomial.
759           if (__a < _Tp(0)  &&  std::abs(__a - __a_nint) < __toler)
760             return __hyperg_series(__a_nint, __b, __c, __x);
761           else if (__b < _Tp(0)  &&  std::abs(__b - __b_nint) < __toler)
762             return __hyperg_series(__a, __b_nint, __c, __x);
763           else if (__x < -_Tp(0.25L))
764             return __hyperg_luke(__a, __b, __c, __x);
765           else if (__x < _Tp(0.5L))
766             return __hyperg_series(__a, __b, __c, __x);
767           else
768             if (std::abs(__c) > _Tp(10))
769               return __hyperg_series(__a, __b, __c, __x);
770             else
771               return __hyperg_reflect(__a, __b, __c, __x);
772         }
773       else
774         return __hyperg_luke(__a, __b, __c, __x);
775     }
776   } // namespace __detail
777 #undef _GLIBCXX_MATH_NS
778 #if ! _GLIBCXX_USE_STD_SPEC_FUNCS && defined(_GLIBCXX_TR1_CMATH)
779 } // namespace tr1
780 #endif
782 _GLIBCXX_END_NAMESPACE_VERSION
785 #endif // _GLIBCXX_TR1_HYPERGEOMETRIC_TCC