PR libstdc++/56216
[official-gcc.git] / libstdc++-v3 / include / tr1 / hypergeometric.tcc
blob14f7258ac4b974326dd81e2aba6954c05e4007a5
1 // Special functions -*- C++ -*-
3 // Copyright (C) 2006-2013 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 namespace tr1
48   // [5.2] Special functions
50   // Implementation-space details.
51   namespace __detail
52   {
53   _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
55     /**
56      *   @brief This routine returns the confluent hypergeometric function
57      *          by series expansion.
58      * 
59      *   @f[
60      *     _1F_1(a;c;x) = \frac{\Gamma(c)}{\Gamma(a)}
61      *                      \sum_{n=0}^{\infty}
62      *                      \frac{\Gamma(a+n)}{\Gamma(c+n)}
63      *                      \frac{x^n}{n!}
64      *   @f]
65      * 
66      *   If a and b are integers and a < 0 and either b > 0 or b < a
67      *   then the series is a polynomial with a finite number of
68      *   terms.  If b is an integer and b <= 0 the confluent
69      *   hypergeometric function is undefined.
70      *
71      *   @param  __a  The "numerator" parameter.
72      *   @param  __c  The "denominator" parameter.
73      *   @param  __x  The argument of the confluent hypergeometric function.
74      *   @return  The confluent hypergeometric function.
75      */
76     template<typename _Tp>
77     _Tp
78     __conf_hyperg_series(_Tp __a, _Tp __c, _Tp __x)
79     {
80       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
82       _Tp __term = _Tp(1);
83       _Tp __Fac = _Tp(1);
84       const unsigned int __max_iter = 100000;
85       unsigned int __i;
86       for (__i = 0; __i < __max_iter; ++__i)
87         {
88           __term *= (__a + _Tp(__i)) * __x
89                   / ((__c + _Tp(__i)) * _Tp(1 + __i));
90           if (std::abs(__term) < __eps)
91             {
92               break;
93             }
94           __Fac += __term;
95         }
96       if (__i == __max_iter)
97         std::__throw_runtime_error(__N("Series failed to converge "
98                                        "in __conf_hyperg_series."));
100       return __Fac;
101     }
104     /**
105      *  @brief  Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$
106      *          by an iterative procedure described in
107      *          Luke, Algorithms for the Computation of Mathematical Functions.
108      *
109      *  Like the case of the 2F1 rational approximations, these are 
110      *  probably guaranteed to converge for x < 0, barring gross    
111      *  numerical instability in the pre-asymptotic regime.         
112      */
113     template<typename _Tp>
114     _Tp
115     __conf_hyperg_luke(_Tp __a, _Tp __c, _Tp __xin)
116     {
117       const _Tp __big = std::pow(std::numeric_limits<_Tp>::max(), _Tp(0.16L));
118       const int __nmax = 20000;
119       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
120       const _Tp __x  = -__xin;
121       const _Tp __x3 = __x * __x * __x;
122       const _Tp __t0 = __a / __c;
123       const _Tp __t1 = (__a + _Tp(1)) / (_Tp(2) * __c);
124       const _Tp __t2 = (__a + _Tp(2)) / (_Tp(2) * (__c + _Tp(1)));
125       _Tp __F = _Tp(1);
126       _Tp __prec;
128       _Tp __Bnm3 = _Tp(1);
129       _Tp __Bnm2 = _Tp(1) + __t1 * __x;
130       _Tp __Bnm1 = _Tp(1) + __t2 * __x * (_Tp(1) + __t1 / _Tp(3) * __x);
132       _Tp __Anm3 = _Tp(1);
133       _Tp __Anm2 = __Bnm2 - __t0 * __x;
134       _Tp __Anm1 = __Bnm1 - __t0 * (_Tp(1) + __t2 * __x) * __x
135                  + __t0 * __t1 * (__c / (__c + _Tp(1))) * __x * __x;
137       int __n = 3;
138       while(1)
139         {
140           _Tp __npam1 = _Tp(__n - 1) + __a;
141           _Tp __npcm1 = _Tp(__n - 1) + __c;
142           _Tp __npam2 = _Tp(__n - 2) + __a;
143           _Tp __npcm2 = _Tp(__n - 2) + __c;
144           _Tp __tnm1  = _Tp(2 * __n - 1);
145           _Tp __tnm3  = _Tp(2 * __n - 3);
146           _Tp __tnm5  = _Tp(2 * __n - 5);
147           _Tp __F1 =  (_Tp(__n - 2) - __a) / (_Tp(2) * __tnm3 * __npcm1);
148           _Tp __F2 =  (_Tp(__n) + __a) * __npam1
149                    / (_Tp(4) * __tnm1 * __tnm3 * __npcm2 * __npcm1);
150           _Tp __F3 = -__npam2 * __npam1 * (_Tp(__n - 2) - __a)
151                    / (_Tp(8) * __tnm3 * __tnm3 * __tnm5
152                    * (_Tp(__n - 3) + __c) * __npcm2 * __npcm1);
153           _Tp __E  = -__npam1 * (_Tp(__n - 1) - __c)
154                    / (_Tp(2) * __tnm3 * __npcm2 * __npcm1);
156           _Tp __An = (_Tp(1) + __F1 * __x) * __Anm1
157                    + (__E + __F2 * __x) * __x * __Anm2 + __F3 * __x3 * __Anm3;
158           _Tp __Bn = (_Tp(1) + __F1 * __x) * __Bnm1
159                    + (__E + __F2 * __x) * __x * __Bnm2 + __F3 * __x3 * __Bnm3;
160           _Tp __r = __An / __Bn;
162           __prec = std::abs((__F - __r) / __F);
163           __F = __r;
165           if (__prec < __eps || __n > __nmax)
166             break;
168           if (std::abs(__An) > __big || std::abs(__Bn) > __big)
169             {
170               __An   /= __big;
171               __Bn   /= __big;
172               __Anm1 /= __big;
173               __Bnm1 /= __big;
174               __Anm2 /= __big;
175               __Bnm2 /= __big;
176               __Anm3 /= __big;
177               __Bnm3 /= __big;
178             }
179           else if (std::abs(__An) < _Tp(1) / __big
180                 || std::abs(__Bn) < _Tp(1) / __big)
181             {
182               __An   *= __big;
183               __Bn   *= __big;
184               __Anm1 *= __big;
185               __Bnm1 *= __big;
186               __Anm2 *= __big;
187               __Bnm2 *= __big;
188               __Anm3 *= __big;
189               __Bnm3 *= __big;
190             }
192           ++__n;
193           __Bnm3 = __Bnm2;
194           __Bnm2 = __Bnm1;
195           __Bnm1 = __Bn;
196           __Anm3 = __Anm2;
197           __Anm2 = __Anm1;
198           __Anm1 = __An;
199         }
201       if (__n >= __nmax)
202         std::__throw_runtime_error(__N("Iteration failed to converge "
203                                        "in __conf_hyperg_luke."));
205       return __F;
206     }
209     /**
210      *   @brief  Return the confluent hypogeometric function
211      *           @f$ _1F_1(a;c;x) @f$.
212      * 
213      *   @todo  Handle b == nonpositive integer blowup - return NaN.
214      *
215      *   @param  __a  The @a numerator parameter.
216      *   @param  __c  The @a denominator parameter.
217      *   @param  __x  The argument of the confluent hypergeometric function.
218      *   @return  The confluent hypergeometric function.
219      */
220     template<typename _Tp>
221     _Tp
222     __conf_hyperg(_Tp __a, _Tp __c, _Tp __x)
223     {
224 #if _GLIBCXX_USE_C99_MATH_TR1
225       const _Tp __c_nint = std::tr1::nearbyint(__c);
226 #else
227       const _Tp __c_nint = static_cast<int>(__c + _Tp(0.5L));
228 #endif
229       if (__isnan(__a) || __isnan(__c) || __isnan(__x))
230         return std::numeric_limits<_Tp>::quiet_NaN();
231       else if (__c_nint == __c && __c_nint <= 0)
232         return std::numeric_limits<_Tp>::infinity();
233       else if (__a == _Tp(0))
234         return _Tp(1);
235       else if (__c == __a)
236         return std::exp(__x);
237       else if (__x < _Tp(0))
238         return __conf_hyperg_luke(__a, __c, __x);
239       else
240         return __conf_hyperg_series(__a, __c, __x);
241     }
244     /**
245      *   @brief Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$
246      *   by series expansion.
247      * 
248      *   The hypogeometric function is defined by
249      *   @f[
250      *     _2F_1(a,b;c;x) = \frac{\Gamma(c)}{\Gamma(a)\Gamma(b)}
251      *                      \sum_{n=0}^{\infty}
252      *                      \frac{\Gamma(a+n)\Gamma(b+n)}{\Gamma(c+n)}
253      *                      \frac{x^n}{n!}
254      *   @f]
255      * 
256      *   This works and it's pretty fast.
257      *
258      *   @param  __a  The first @a numerator parameter.
259      *   @param  __a  The second @a numerator parameter.
260      *   @param  __c  The @a denominator parameter.
261      *   @param  __x  The argument of the confluent hypergeometric function.
262      *   @return  The confluent hypergeometric function.
263      */
264     template<typename _Tp>
265     _Tp
266     __hyperg_series(_Tp __a, _Tp __b, _Tp __c, _Tp __x)
267     {
268       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
270       _Tp __term = _Tp(1);
271       _Tp __Fabc = _Tp(1);
272       const unsigned int __max_iter = 100000;
273       unsigned int __i;
274       for (__i = 0; __i < __max_iter; ++__i)
275         {
276           __term *= (__a + _Tp(__i)) * (__b + _Tp(__i)) * __x
277                   / ((__c + _Tp(__i)) * _Tp(1 + __i));
278           if (std::abs(__term) < __eps)
279             {
280               break;
281             }
282           __Fabc += __term;
283         }
284       if (__i == __max_iter)
285         std::__throw_runtime_error(__N("Series failed to converge "
286                                        "in __hyperg_series."));
288       return __Fabc;
289     }
292     /**
293      *   @brief  Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$
294      *           by an iterative procedure described in
295      *           Luke, Algorithms for the Computation of Mathematical Functions.
296      */
297     template<typename _Tp>
298     _Tp
299     __hyperg_luke(_Tp __a, _Tp __b, _Tp __c, _Tp __xin)
300     {
301       const _Tp __big = std::pow(std::numeric_limits<_Tp>::max(), _Tp(0.16L));
302       const int __nmax = 20000;
303       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
304       const _Tp __x  = -__xin;
305       const _Tp __x3 = __x * __x * __x;
306       const _Tp __t0 = __a * __b / __c;
307       const _Tp __t1 = (__a + _Tp(1)) * (__b + _Tp(1)) / (_Tp(2) * __c);
308       const _Tp __t2 = (__a + _Tp(2)) * (__b + _Tp(2))
309                      / (_Tp(2) * (__c + _Tp(1)));
311       _Tp __F = _Tp(1);
313       _Tp __Bnm3 = _Tp(1);
314       _Tp __Bnm2 = _Tp(1) + __t1 * __x;
315       _Tp __Bnm1 = _Tp(1) + __t2 * __x * (_Tp(1) + __t1 / _Tp(3) * __x);
317       _Tp __Anm3 = _Tp(1);
318       _Tp __Anm2 = __Bnm2 - __t0 * __x;
319       _Tp __Anm1 = __Bnm1 - __t0 * (_Tp(1) + __t2 * __x) * __x
320                  + __t0 * __t1 * (__c / (__c + _Tp(1))) * __x * __x;
322       int __n = 3;
323       while (1)
324         {
325           const _Tp __npam1 = _Tp(__n - 1) + __a;
326           const _Tp __npbm1 = _Tp(__n - 1) + __b;
327           const _Tp __npcm1 = _Tp(__n - 1) + __c;
328           const _Tp __npam2 = _Tp(__n - 2) + __a;
329           const _Tp __npbm2 = _Tp(__n - 2) + __b;
330           const _Tp __npcm2 = _Tp(__n - 2) + __c;
331           const _Tp __tnm1  = _Tp(2 * __n - 1);
332           const _Tp __tnm3  = _Tp(2 * __n - 3);
333           const _Tp __tnm5  = _Tp(2 * __n - 5);
334           const _Tp __n2 = __n * __n;
335           const _Tp __F1 = (_Tp(3) * __n2 + (__a + __b - _Tp(6)) * __n
336                          + _Tp(2) - __a * __b - _Tp(2) * (__a + __b))
337                          / (_Tp(2) * __tnm3 * __npcm1);
338           const _Tp __F2 = -(_Tp(3) * __n2 - (__a + __b + _Tp(6)) * __n
339                          + _Tp(2) - __a * __b) * __npam1 * __npbm1
340                          / (_Tp(4) * __tnm1 * __tnm3 * __npcm2 * __npcm1);
341           const _Tp __F3 = (__npam2 * __npam1 * __npbm2 * __npbm1
342                          * (_Tp(__n - 2) - __a) * (_Tp(__n - 2) - __b))
343                          / (_Tp(8) * __tnm3 * __tnm3 * __tnm5
344                          * (_Tp(__n - 3) + __c) * __npcm2 * __npcm1);
345           const _Tp __E  = -__npam1 * __npbm1 * (_Tp(__n - 1) - __c)
346                          / (_Tp(2) * __tnm3 * __npcm2 * __npcm1);
348           _Tp __An = (_Tp(1) + __F1 * __x) * __Anm1
349                    + (__E + __F2 * __x) * __x * __Anm2 + __F3 * __x3 * __Anm3;
350           _Tp __Bn = (_Tp(1) + __F1 * __x) * __Bnm1
351                    + (__E + __F2 * __x) * __x * __Bnm2 + __F3 * __x3 * __Bnm3;
352           const _Tp __r = __An / __Bn;
354           const _Tp __prec = std::abs((__F - __r) / __F);
355           __F = __r;
357           if (__prec < __eps || __n > __nmax)
358             break;
360           if (std::abs(__An) > __big || std::abs(__Bn) > __big)
361             {
362               __An   /= __big;
363               __Bn   /= __big;
364               __Anm1 /= __big;
365               __Bnm1 /= __big;
366               __Anm2 /= __big;
367               __Bnm2 /= __big;
368               __Anm3 /= __big;
369               __Bnm3 /= __big;
370             }
371           else if (std::abs(__An) < _Tp(1) / __big
372                 || std::abs(__Bn) < _Tp(1) / __big)
373             {
374               __An   *= __big;
375               __Bn   *= __big;
376               __Anm1 *= __big;
377               __Bnm1 *= __big;
378               __Anm2 *= __big;
379               __Bnm2 *= __big;
380               __Anm3 *= __big;
381               __Bnm3 *= __big;
382             }
384           ++__n;
385           __Bnm3 = __Bnm2;
386           __Bnm2 = __Bnm1;
387           __Bnm1 = __Bn;
388           __Anm3 = __Anm2;
389           __Anm2 = __Anm1;
390           __Anm1 = __An;
391         }
393       if (__n >= __nmax)
394         std::__throw_runtime_error(__N("Iteration failed to converge "
395                                        "in __hyperg_luke."));
397       return __F;
398     }
401     /**
402      *  @brief  Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$ 
403      *  by the reflection formulae in Abramowitz & Stegun formula
404      *  15.3.6 for d = c - a - b not integral and formula 15.3.11 for
405      *  d = c - a - b integral.  This assumes a, b, c != negative
406      *  integer.
407      *
408      *   The hypogeometric function is defined by
409      *   @f[
410      *     _2F_1(a,b;c;x) = \frac{\Gamma(c)}{\Gamma(a)\Gamma(b)}
411      *                      \sum_{n=0}^{\infty}
412      *                      \frac{\Gamma(a+n)\Gamma(b+n)}{\Gamma(c+n)}
413      *                      \frac{x^n}{n!}
414      *   @f]
415      *
416      *   The reflection formula for nonintegral @f$ d = c - a - b @f$ is:
417      *   @f[
418      *     _2F_1(a,b;c;x) = \frac{\Gamma(c)\Gamma(d)}{\Gamma(c-a)\Gamma(c-b)}
419      *                            _2F_1(a,b;1-d;1-x)
420      *                    + \frac{\Gamma(c)\Gamma(-d)}{\Gamma(a)\Gamma(b)}
421      *                            _2F_1(c-a,c-b;1+d;1-x)
422      *   @f]
423      *
424      *   The reflection formula for integral @f$ m = c - a - b @f$ is:
425      *   @f[
426      *     _2F_1(a,b;a+b+m;x) = \frac{\Gamma(m)\Gamma(a+b+m)}{\Gamma(a+m)\Gamma(b+m)}
427      *                        \sum_{k=0}^{m-1} \frac{(m+a)_k(m+b)_k}{k!(1-m)_k}
428      *                      - 
429      *   @f]
430      */
431     template<typename _Tp>
432     _Tp
433     __hyperg_reflect(_Tp __a, _Tp __b, _Tp __c, _Tp __x)
434     {
435       const _Tp __d = __c - __a - __b;
436       const int __intd  = std::floor(__d + _Tp(0.5L));
437       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
438       const _Tp __toler = _Tp(1000) * __eps;
439       const _Tp __log_max = std::log(std::numeric_limits<_Tp>::max());
440       const bool __d_integer = (std::abs(__d - __intd) < __toler);
442       if (__d_integer)
443         {
444           const _Tp __ln_omx = std::log(_Tp(1) - __x);
445           const _Tp __ad = std::abs(__d);
446           _Tp __F1, __F2;
448           _Tp __d1, __d2;
449           if (__d >= _Tp(0))
450             {
451               __d1 = __d;
452               __d2 = _Tp(0);
453             }
454           else
455             {
456               __d1 = _Tp(0);
457               __d2 = __d;
458             }
460           const _Tp __lng_c = __log_gamma(__c);
462           //  Evaluate F1.
463           if (__ad < __eps)
464             {
465               //  d = c - a - b = 0.
466               __F1 = _Tp(0);
467             }
468           else
469             {
471               bool __ok_d1 = true;
472               _Tp __lng_ad, __lng_ad1, __lng_bd1;
473               __try
474                 {
475                   __lng_ad = __log_gamma(__ad);
476                   __lng_ad1 = __log_gamma(__a + __d1);
477                   __lng_bd1 = __log_gamma(__b + __d1);
478                 }
479               __catch(...)
480                 {
481                   __ok_d1 = false;
482                 }
484               if (__ok_d1)
485                 {
486                   /* Gamma functions in the denominator are ok.
487                    * Proceed with evaluation.
488                    */
489                   _Tp __sum1 = _Tp(1);
490                   _Tp __term = _Tp(1);
491                   _Tp __ln_pre1 = __lng_ad + __lng_c + __d2 * __ln_omx
492                                 - __lng_ad1 - __lng_bd1;
494                   /* Do F1 sum.
495                    */
496                   for (int __i = 1; __i < __ad; ++__i)
497                     {
498                       const int __j = __i - 1;
499                       __term *= (__a + __d2 + __j) * (__b + __d2 + __j)
500                               / (_Tp(1) + __d2 + __j) / __i * (_Tp(1) - __x);
501                       __sum1 += __term;
502                     }
504                   if (__ln_pre1 > __log_max)
505                     std::__throw_runtime_error(__N("Overflow of gamma functions"
506                                                    " in __hyperg_luke."));
507                   else
508                     __F1 = std::exp(__ln_pre1) * __sum1;
509                 }
510               else
511                 {
512                   //  Gamma functions in the denominator were not ok.
513                   //  So the F1 term is zero.
514                   __F1 = _Tp(0);
515                 }
516             } // end F1 evaluation
518           // Evaluate F2.
519           bool __ok_d2 = true;
520           _Tp __lng_ad2, __lng_bd2;
521           __try
522             {
523               __lng_ad2 = __log_gamma(__a + __d2);
524               __lng_bd2 = __log_gamma(__b + __d2);
525             }
526           __catch(...)
527             {
528               __ok_d2 = false;
529             }
531           if (__ok_d2)
532             {
533               //  Gamma functions in the denominator are ok.
534               //  Proceed with evaluation.
535               const int __maxiter = 2000;
536               const _Tp __psi_1 = -__numeric_constants<_Tp>::__gamma_e();
537               const _Tp __psi_1pd = __psi(_Tp(1) + __ad);
538               const _Tp __psi_apd1 = __psi(__a + __d1);
539               const _Tp __psi_bpd1 = __psi(__b + __d1);
541               _Tp __psi_term = __psi_1 + __psi_1pd - __psi_apd1
542                              - __psi_bpd1 - __ln_omx;
543               _Tp __fact = _Tp(1);
544               _Tp __sum2 = __psi_term;
545               _Tp __ln_pre2 = __lng_c + __d1 * __ln_omx
546                             - __lng_ad2 - __lng_bd2;
548               // Do F2 sum.
549               int __j;
550               for (__j = 1; __j < __maxiter; ++__j)
551                 {
552                   //  Values for psi functions use recurrence;
553                   //  Abramowitz & Stegun 6.3.5
554                   const _Tp __term1 = _Tp(1) / _Tp(__j)
555                                     + _Tp(1) / (__ad + __j);
556                   const _Tp __term2 = _Tp(1) / (__a + __d1 + _Tp(__j - 1))
557                                     + _Tp(1) / (__b + __d1 + _Tp(__j - 1));
558                   __psi_term += __term1 - __term2;
559                   __fact *= (__a + __d1 + _Tp(__j - 1))
560                           * (__b + __d1 + _Tp(__j - 1))
561                           / ((__ad + __j) * __j) * (_Tp(1) - __x);
562                   const _Tp __delta = __fact * __psi_term;
563                   __sum2 += __delta;
564                   if (std::abs(__delta) < __eps * std::abs(__sum2))
565                     break;
566                 }
567               if (__j == __maxiter)
568                 std::__throw_runtime_error(__N("Sum F2 failed to converge "
569                                                "in __hyperg_reflect"));
571               if (__sum2 == _Tp(0))
572                 __F2 = _Tp(0);
573               else
574                 __F2 = std::exp(__ln_pre2) * __sum2;
575             }
576           else
577             {
578               // Gamma functions in the denominator not ok.
579               // So the F2 term is zero.
580               __F2 = _Tp(0);
581             } // end F2 evaluation
583           const _Tp __sgn_2 = (__intd % 2 == 1 ? -_Tp(1) : _Tp(1));
584           const _Tp __F = __F1 + __sgn_2 * __F2;
586           return __F;
587         }
588       else
589         {
590           //  d = c - a - b not an integer.
592           //  These gamma functions appear in the denominator, so we
593           //  catch their harmless domain errors and set the terms to zero.
594           bool __ok1 = true;
595           _Tp __sgn_g1ca = _Tp(0), __ln_g1ca = _Tp(0);
596           _Tp __sgn_g1cb = _Tp(0), __ln_g1cb = _Tp(0);
597           __try
598             {
599               __sgn_g1ca = __log_gamma_sign(__c - __a);
600               __ln_g1ca = __log_gamma(__c - __a);
601               __sgn_g1cb = __log_gamma_sign(__c - __b);
602               __ln_g1cb = __log_gamma(__c - __b);
603             }
604           __catch(...)
605             {
606               __ok1 = false;
607             }
609           bool __ok2 = true;
610           _Tp __sgn_g2a = _Tp(0), __ln_g2a = _Tp(0);
611           _Tp __sgn_g2b = _Tp(0), __ln_g2b = _Tp(0);
612           __try
613             {
614               __sgn_g2a = __log_gamma_sign(__a);
615               __ln_g2a = __log_gamma(__a);
616               __sgn_g2b = __log_gamma_sign(__b);
617               __ln_g2b = __log_gamma(__b);
618             }
619           __catch(...)
620             {
621               __ok2 = false;
622             }
624           const _Tp __sgn_gc = __log_gamma_sign(__c);
625           const _Tp __ln_gc = __log_gamma(__c);
626           const _Tp __sgn_gd = __log_gamma_sign(__d);
627           const _Tp __ln_gd = __log_gamma(__d);
628           const _Tp __sgn_gmd = __log_gamma_sign(-__d);
629           const _Tp __ln_gmd = __log_gamma(-__d);
631           const _Tp __sgn1 = __sgn_gc * __sgn_gd  * __sgn_g1ca * __sgn_g1cb;
632           const _Tp __sgn2 = __sgn_gc * __sgn_gmd * __sgn_g2a  * __sgn_g2b;
634           _Tp __pre1, __pre2;
635           if (__ok1 && __ok2)
636             {
637               _Tp __ln_pre1 = __ln_gc + __ln_gd  - __ln_g1ca - __ln_g1cb;
638               _Tp __ln_pre2 = __ln_gc + __ln_gmd - __ln_g2a  - __ln_g2b
639                             + __d * std::log(_Tp(1) - __x);
640               if (__ln_pre1 < __log_max && __ln_pre2 < __log_max)
641                 {
642                   __pre1 = std::exp(__ln_pre1);
643                   __pre2 = std::exp(__ln_pre2);
644                   __pre1 *= __sgn1;
645                   __pre2 *= __sgn2;
646                 }
647               else
648                 {
649                   std::__throw_runtime_error(__N("Overflow of gamma functions "
650                                                  "in __hyperg_reflect"));
651                 }
652             }
653           else if (__ok1 && !__ok2)
654             {
655               _Tp __ln_pre1 = __ln_gc + __ln_gd - __ln_g1ca - __ln_g1cb;
656               if (__ln_pre1 < __log_max)
657                 {
658                   __pre1 = std::exp(__ln_pre1);
659                   __pre1 *= __sgn1;
660                   __pre2 = _Tp(0);
661                 }
662               else
663                 {
664                   std::__throw_runtime_error(__N("Overflow of gamma functions "
665                                                  "in __hyperg_reflect"));
666                 }
667             }
668           else if (!__ok1 && __ok2)
669             {
670               _Tp __ln_pre2 = __ln_gc + __ln_gmd - __ln_g2a - __ln_g2b
671                             + __d * std::log(_Tp(1) - __x);
672               if (__ln_pre2 < __log_max)
673                 {
674                   __pre1 = _Tp(0);
675                   __pre2 = std::exp(__ln_pre2);
676                   __pre2 *= __sgn2;
677                 }
678               else
679                 {
680                   std::__throw_runtime_error(__N("Overflow of gamma functions "
681                                                  "in __hyperg_reflect"));
682                 }
683             }
684           else
685             {
686               __pre1 = _Tp(0);
687               __pre2 = _Tp(0);
688               std::__throw_runtime_error(__N("Underflow of gamma functions "
689                                              "in __hyperg_reflect"));
690             }
692           const _Tp __F1 = __hyperg_series(__a, __b, _Tp(1) - __d,
693                                            _Tp(1) - __x);
694           const _Tp __F2 = __hyperg_series(__c - __a, __c - __b, _Tp(1) + __d,
695                                            _Tp(1) - __x);
697           const _Tp __F = __pre1 * __F1 + __pre2 * __F2;
699           return __F;
700         }
701     }
704     /**
705      *   @brief Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$.
706      *
707      *   The hypogeometric function is defined by
708      *   @f[
709      *     _2F_1(a,b;c;x) = \frac{\Gamma(c)}{\Gamma(a)\Gamma(b)}
710      *                      \sum_{n=0}^{\infty}
711      *                      \frac{\Gamma(a+n)\Gamma(b+n)}{\Gamma(c+n)}
712      *                      \frac{x^n}{n!}
713      *   @f]
714      *
715      *   @param  __a  The first @a numerator parameter.
716      *   @param  __a  The second @a numerator parameter.
717      *   @param  __c  The @a denominator parameter.
718      *   @param  __x  The argument of the confluent hypergeometric function.
719      *   @return  The confluent hypergeometric function.
720      */
721     template<typename _Tp>
722     _Tp
723     __hyperg(_Tp __a, _Tp __b, _Tp __c, _Tp __x)
724     {
725 #if _GLIBCXX_USE_C99_MATH_TR1
726       const _Tp __a_nint = std::tr1::nearbyint(__a);
727       const _Tp __b_nint = std::tr1::nearbyint(__b);
728       const _Tp __c_nint = std::tr1::nearbyint(__c);
729 #else
730       const _Tp __a_nint = static_cast<int>(__a + _Tp(0.5L));
731       const _Tp __b_nint = static_cast<int>(__b + _Tp(0.5L));
732       const _Tp __c_nint = static_cast<int>(__c + _Tp(0.5L));
733 #endif
734       const _Tp __toler = _Tp(1000) * std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
735       if (std::abs(__x) >= _Tp(1))
736         std::__throw_domain_error(__N("Argument outside unit circle "
737                                       "in __hyperg."));
738       else if (__isnan(__a) || __isnan(__b)
739             || __isnan(__c) || __isnan(__x))
740         return std::numeric_limits<_Tp>::quiet_NaN();
741       else if (__c_nint == __c && __c_nint <= _Tp(0))
742         return std::numeric_limits<_Tp>::infinity();
743       else if (std::abs(__c - __b) < __toler || std::abs(__c - __a) < __toler)
744         return std::pow(_Tp(1) - __x, __c - __a - __b);
745       else if (__a >= _Tp(0) && __b >= _Tp(0) && __c >= _Tp(0)
746             && __x >= _Tp(0) && __x < _Tp(0.995L))
747         return __hyperg_series(__a, __b, __c, __x);
748       else if (std::abs(__a) < _Tp(10) && std::abs(__b) < _Tp(10))
749         {
750           //  For integer a and b the hypergeometric function is a
751           //  finite polynomial.
752           if (__a < _Tp(0)  &&  std::abs(__a - __a_nint) < __toler)
753             return __hyperg_series(__a_nint, __b, __c, __x);
754           else if (__b < _Tp(0)  &&  std::abs(__b - __b_nint) < __toler)
755             return __hyperg_series(__a, __b_nint, __c, __x);
756           else if (__x < -_Tp(0.25L))
757             return __hyperg_luke(__a, __b, __c, __x);
758           else if (__x < _Tp(0.5L))
759             return __hyperg_series(__a, __b, __c, __x);
760           else
761             if (std::abs(__c) > _Tp(10))
762               return __hyperg_series(__a, __b, __c, __x);
763             else
764               return __hyperg_reflect(__a, __b, __c, __x);
765         }
766       else
767         return __hyperg_luke(__a, __b, __c, __x);
768     }
770   _GLIBCXX_END_NAMESPACE_VERSION
771   } // namespace std::tr1::__detail
775 #endif // _GLIBCXX_TR1_HYPERGEOMETRIC_TCC