Planet
navi homePPSaboutscreenshotsdownloaddevelopmentforum

source: downloads/boost_1_34_1/boost/math/complex/acos.hpp @ 46

Last change on this file since 46 was 29, checked in by landauf, 17 years ago

updated boost from 1_33_1 to 1_34_1

File size: 7.2 KB
Line 
1//  (C) Copyright John Maddock 2005.
2//  Distributed under the Boost Software License, Version 1.0. (See accompanying
3//  file LICENSE_1_0.txt or copy at http://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt)
4
5#ifndef BOOST_MATH_COMPLEX_ACOS_INCLUDED
6#define BOOST_MATH_COMPLEX_ACOS_INCLUDED
7
8#ifndef BOOST_MATH_COMPLEX_DETAILS_INCLUDED
9#  include <boost/math/complex/details.hpp>
10#endif
11#ifndef BOOST_MATH_LOG1P_INCLUDED
12#  include <boost/math/special_functions/log1p.hpp>
13#endif
14#include <boost/assert.hpp>
15
16#ifdef BOOST_NO_STDC_NAMESPACE
17namespace std{ using ::sqrt; using ::fabs; using ::acos; using ::asin; using ::atan; using ::atan2; }
18#endif
19
20namespace boost{ namespace math{
21
22template<class T> 
23std::complex<T> acos(const std::complex<T>& z)
24{
25   //
26   // This implementation is a transcription of the pseudo-code in:
27   //
28   // "Implementing the Complex Arcsine and Arccosine Functions using Exception Handling."
29   // T E Hull, Thomas F Fairgrieve and Ping Tak Peter Tang.
30   // ACM Transactions on Mathematical Software, Vol 23, No 3, Sept 1997.
31   //
32
33   //
34   // These static constants should really be in a maths constants library:
35   //
36   static const T one = static_cast<T>(1);
37   //static const T two = static_cast<T>(2);
38   static const T half = static_cast<T>(0.5L);
39   static const T a_crossover = static_cast<T>(1.5L);
40   static const T b_crossover = static_cast<T>(0.6417L);
41   static const T s_pi = static_cast<T>(3.141592653589793238462643383279502884197L);
42   static const T half_pi = static_cast<T>(1.57079632679489661923132169163975144L);
43   static const T log_two = static_cast<T>(0.69314718055994530941723212145817657L);
44   static const T quarter_pi = static_cast<T>(0.78539816339744830961566084581987572L);
45   
46   //
47   // Get real and imaginary parts, discard the signs as we can
48   // figure out the sign of the result later:
49   //
50   T x = std::fabs(z.real());
51   T y = std::fabs(z.imag());
52
53   T real, imag; // these hold our result
54
55   //
56   // Handle special cases specified by the C99 standard,
57   // many of these special cases aren't really needed here,
58   // but doing it this way prevents overflow/underflow arithmetic
59   // in the main body of the logic, which may trip up some machines:
60   //
61   if(std::numeric_limits<T>::has_infinity && (x == std::numeric_limits<T>::infinity()))
62   {
63      if(y == std::numeric_limits<T>::infinity())
64      {
65         real = quarter_pi;
66         imag = std::numeric_limits<T>::infinity();
67      }
68      else if(detail::test_is_nan(y))
69      {
70         return std::complex<T>(y, -std::numeric_limits<T>::infinity());
71      }
72      else
73      {
74         // y is not infinity or nan:
75         real = 0;
76         imag = std::numeric_limits<T>::infinity();
77      }
78   }
79   else if(detail::test_is_nan(x))
80   {
81      if(y == std::numeric_limits<T>::infinity())
82         return std::complex<T>(x, (z.imag() < 0) ? std::numeric_limits<T>::infinity() :  -std::numeric_limits<T>::infinity());
83      return std::complex<T>(x, x);
84   }
85   else if(std::numeric_limits<T>::has_infinity && (y == std::numeric_limits<T>::infinity()))
86   {
87      real = half_pi;
88      imag = std::numeric_limits<T>::infinity();
89   }
90   else if(detail::test_is_nan(y))
91   {
92      return std::complex<T>((x == 0) ? half_pi : y, y);
93   }
94   else
95   {
96      //
97      // What follows is the regular Hull et al code,
98      // begin with the special case for real numbers:
99      //
100      if((y == 0) && (x <= one))
101         return std::complex<T>((x == 0) ? half_pi : std::acos(z.real()));
102      //
103      // Figure out if our input is within the "safe area" identified by Hull et al.
104      // This would be more efficient with portable floating point exception handling;
105      // fortunately the quantities M and u identified by Hull et al (figure 3),
106      // match with the max and min methods of numeric_limits<T>.
107      //
108      T safe_max = detail::safe_max(static_cast<T>(8));
109      T safe_min = detail::safe_min(static_cast<T>(4));
110
111      T xp1 = one + x;
112      T xm1 = x - one;
113
114      if((x < safe_max) && (x > safe_min) && (y < safe_max) && (y > safe_min))
115      {
116         T yy = y * y;
117         T r = std::sqrt(xp1*xp1 + yy);
118         T s = std::sqrt(xm1*xm1 + yy);
119         T a = half * (r + s);
120         T b = x / a;
121
122         if(b <= b_crossover)
123         {
124            real = std::acos(b);
125         }
126         else
127         {
128            T apx = a + x;
129            if(x <= one)
130            {
131               real = std::atan(std::sqrt(half * apx * (yy /(r + xp1) + (s-xm1)))/x);
132            }
133            else
134            {
135               real = std::atan((y * std::sqrt(half * (apx/(r + xp1) + apx/(s+xm1))))/x);
136            }
137         }
138
139         if(a <= a_crossover)
140         {
141            T am1;
142            if(x < one)
143            {
144               am1 = half * (yy/(r + xp1) + yy/(s - xm1));
145            }
146            else
147            {
148               am1 = half * (yy/(r + xp1) + (s + xm1));
149            }
150            imag = boost::math::log1p(am1 + std::sqrt(am1 * (a + one)));
151         }
152         else
153         {
154            imag = std::log(a + std::sqrt(a*a - one));
155         }
156      }
157      else
158      {
159         //
160         // This is the Hull et al exception handling code from Fig 6 of their paper:
161         //
162         if(y <= (std::numeric_limits<T>::epsilon() * std::fabs(xm1)))
163         {
164            if(x < one)
165            {
166               real = std::acos(x);
167               imag = y / std::sqrt(xp1*(one-x));
168            }
169            else
170            {
171               real = 0;
172               if(((std::numeric_limits<T>::max)() / xp1) > xm1)
173               {
174                  // xp1 * xm1 won't overflow:
175                  imag = boost::math::log1p(xm1 + std::sqrt(xp1*xm1));
176               }
177               else
178               {
179                  imag = log_two + std::log(x);
180               }
181            }
182         }
183         else if(y <= safe_min)
184         {
185            // There is an assumption in Hull et al's analysis that
186            // if we get here then x == 1.  This is true for all "good"
187            // machines where :
188            //
189            // E^2 > 8*sqrt(u); with:
190            //
191            // E =  std::numeric_limits<T>::epsilon()
192            // u = (std::numeric_limits<T>::min)()
193            //
194            // Hull et al provide alternative code for "bad" machines
195            // but we have no way to test that here, so for now just assert
196            // on the assumption:
197            //
198            BOOST_ASSERT(x == 1);
199            real = std::sqrt(y);
200            imag = std::sqrt(y);
201         }
202         else if(std::numeric_limits<T>::epsilon() * y - one >= x)
203         {
204            real = half_pi;
205            imag = log_two + std::log(y);
206         }
207         else if(x > one)
208         {
209            real = std::atan(y/x);
210            T xoy = x/y;
211            imag = log_two + std::log(y) + half * boost::math::log1p(xoy*xoy);
212         }
213         else
214         {
215            real = half_pi;
216            T a = std::sqrt(one + y*y);
217            imag = half * boost::math::log1p(static_cast<T>(2)*y*(y+a));
218         }
219      }
220   }
221
222   //
223   // Finish off by working out the sign of the result:
224   //
225   if(z.real() < 0)
226      real = s_pi - real;
227   if(z.imag() > 0)
228      imag = -imag;
229
230   return std::complex<T>(real, imag);
231}
232
233} } // namespaces
234
235#endif // BOOST_MATH_COMPLEX_ACOS_INCLUDED
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.