source: XIOS/dev/dev_olga/src/extern/boost/include/boost/numeric/interval/arith2.hpp @ 1022

Last change on this file since 1022 was 1022, checked in by mhnguyen, 7 years ago
File size: 9.8 KB
Line 
1/* Boost interval/arith2.hpp template implementation file
2 *
3 * This header provides some auxiliary arithmetic
4 * functions: fmod, sqrt, square, pov, inverse and
5 * a multi-interval division.
6 *
7 * Copyright 2002-2003 Hervé Brönnimann, Guillaume Melquiond, Sylvain Pion
8 *
9 * Distributed under the Boost Software License, Version 1.0.
10 * (See accompanying file LICENSE_1_0.txt or
11 * copy at http://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt)
12 */
13
14#ifndef BOOST_NUMERIC_INTERVAL_ARITH2_HPP
15#define BOOST_NUMERIC_INTERVAL_ARITH2_HPP
16
17#include <boost/config.hpp>
18#include <boost/numeric/interval/detail/interval_prototype.hpp>
19#include <boost/numeric/interval/detail/test_input.hpp>
20#include <boost/numeric/interval/detail/bugs.hpp>
21#include <boost/numeric/interval/detail/division.hpp>
22#include <boost/numeric/interval/arith.hpp>
23#include <boost/numeric/interval/policies.hpp>
24#include <algorithm>
25#include <cassert>
26#include <boost/config/no_tr1/cmath.hpp>
27
28namespace boost {
29namespace numeric {
30
31template<class T, class Policies> inline
32interval<T, Policies> fmod(const interval<T, Policies>& x,
33                           const interval<T, Policies>& y)
34{
35  if (interval_lib::detail::test_input(x, y))
36    return interval<T, Policies>::empty();
37  typename Policies::rounding rnd;
38  typedef typename interval_lib::unprotect<interval<T, Policies> >::type I;
39  T const &yb = interval_lib::user::is_neg(x.lower()) ? y.lower() : y.upper();
40  T n = rnd.int_down(rnd.div_down(x.lower(), yb));
41  return (const I&)x - n * (const I&)y;
42}
43
44template<class T, class Policies> inline
45interval<T, Policies> fmod(const interval<T, Policies>& x, const T& y)
46{
47  if (interval_lib::detail::test_input(x, y))
48    return interval<T, Policies>::empty();
49  typename Policies::rounding rnd;
50  typedef typename interval_lib::unprotect<interval<T, Policies> >::type I;
51  T n = rnd.int_down(rnd.div_down(x.lower(), y));
52  return (const I&)x - n * I(y);
53}
54
55template<class T, class Policies> inline
56interval<T, Policies> fmod(const T& x, const interval<T, Policies>& y)
57{
58  if (interval_lib::detail::test_input(x, y))
59    return interval<T, Policies>::empty();
60  typename Policies::rounding rnd;
61  typedef typename interval_lib::unprotect<interval<T, Policies> >::type I;
62  T const &yb = interval_lib::user::is_neg(x) ? y.lower() : y.upper();
63  T n = rnd.int_down(rnd.div_down(x, yb));
64  return x - n * (const I&)y;
65}
66
67namespace interval_lib {
68
69template<class T, class Policies> inline
70interval<T, Policies> division_part1(const interval<T, Policies>& x,
71                                     const interval<T, Policies>& y, bool& b)
72{
73  typedef interval<T, Policies> I;
74  b = false;
75  if (detail::test_input(x, y))
76    return I::empty();
77  if (zero_in(y))
78    if (!user::is_zero(y.lower()))
79      if (!user::is_zero(y.upper()))
80        return detail::div_zero_part1(x, y, b);
81      else
82        return detail::div_negative(x, y.lower());
83    else
84      if (!user::is_zero(y.upper()))
85        return detail::div_positive(x, y.upper());
86      else
87        return I::empty();
88  else
89    return detail::div_non_zero(x, y);
90}
91
92template<class T, class Policies> inline
93interval<T, Policies> division_part2(const interval<T, Policies>& x,
94                                     const interval<T, Policies>& y, bool b = true)
95{
96  if (!b) return interval<T, Policies>::empty();
97  return detail::div_zero_part2(x, y);
98}
99
100template<class T, class Policies> inline
101interval<T, Policies> multiplicative_inverse(const interval<T, Policies>& x)
102{
103  typedef interval<T, Policies> I;
104  if (detail::test_input(x))
105    return I::empty();
106  T one = static_cast<T>(1);
107  typename Policies::rounding rnd;
108  if (zero_in(x)) {
109    typedef typename Policies::checking checking;
110    if (!user::is_zero(x.lower()))
111      if (!user::is_zero(x.upper()))
112        return I::whole();
113      else
114        return I(checking::neg_inf(), rnd.div_up(one, x.lower()), true);
115    else
116      if (!user::is_zero(x.upper()))
117        return I(rnd.div_down(one, x.upper()), checking::pos_inf(), true);
118      else
119        return I::empty();
120  } else 
121    return I(rnd.div_down(one, x.upper()), rnd.div_up(one, x.lower()), true);
122}
123
124namespace detail {
125
126template<class T, class Rounding> inline
127T pow_dn(const T& x_, int pwr, Rounding& rnd) // x and pwr are positive
128{
129  T x = x_;
130  T y = (pwr & 1) ? x_ : static_cast<T>(1);
131  pwr >>= 1;
132  while (pwr > 0) {
133    x = rnd.mul_down(x, x);
134    if (pwr & 1) y = rnd.mul_down(x, y);
135    pwr >>= 1;
136  }
137  return y;
138}
139
140template<class T, class Rounding> inline
141T pow_up(const T& x_, int pwr, Rounding& rnd) // x and pwr are positive
142{
143  T x = x_;
144  T y = (pwr & 1) ? x_ : static_cast<T>(1);
145  pwr >>= 1;
146  while (pwr > 0) {
147    x = rnd.mul_up(x, x);
148    if (pwr & 1) y = rnd.mul_up(x, y);
149    pwr >>= 1;
150  }
151  return y;
152}
153
154} // namespace detail
155} // namespace interval_lib
156
157template<class T, class Policies> inline
158interval<T, Policies> pow(const interval<T, Policies>& x, int pwr)
159{
160  BOOST_USING_STD_MAX();
161  using interval_lib::detail::pow_dn;
162  using interval_lib::detail::pow_up;
163  typedef interval<T, Policies> I;
164
165  if (interval_lib::detail::test_input(x))
166    return I::empty();
167
168  if (pwr == 0)
169    if (interval_lib::user::is_zero(x.lower())
170        && interval_lib::user::is_zero(x.upper()))
171      return I::empty();
172    else
173      return I(static_cast<T>(1));
174  else if (pwr < 0)
175    return interval_lib::multiplicative_inverse(pow(x, -pwr));
176
177  typename Policies::rounding rnd;
178 
179  if (interval_lib::user::is_neg(x.upper())) {        // [-2,-1]
180    T yl = pow_dn(static_cast<T>(-x.upper()), pwr, rnd);
181    T yu = pow_up(static_cast<T>(-x.lower()), pwr, rnd);
182    if (pwr & 1)     // [-2,-1]^1
183      return I(-yu, -yl, true);
184    else             // [-2,-1]^2
185      return I(yl, yu, true);
186  } else if (interval_lib::user::is_neg(x.lower())) { // [-1,1]
187    if (pwr & 1) {   // [-1,1]^1
188      return I(-pow_up(-x.lower(), pwr, rnd), pow_up(x.upper(), pwr, rnd), true);
189    } else {         // [-1,1]^2
190      return I(static_cast<T>(0), pow_up(max BOOST_PREVENT_MACRO_SUBSTITUTION(static_cast<T>(-x.lower()), x.upper()), pwr, rnd), true);
191    }
192  } else {                                // [1,2]
193    return I(pow_dn(x.lower(), pwr, rnd), pow_up(x.upper(), pwr, rnd), true);
194  }
195}
196
197template<class T, class Policies> inline
198interval<T, Policies> sqrt(const interval<T, Policies>& x)
199{
200  typedef interval<T, Policies> I;
201  if (interval_lib::detail::test_input(x) || interval_lib::user::is_neg(x.upper()))
202    return I::empty();
203  typename Policies::rounding rnd;
204  T l = !interval_lib::user::is_pos(x.lower()) ? static_cast<T>(0) : rnd.sqrt_down(x.lower());
205  return I(l, rnd.sqrt_up(x.upper()), true);
206}
207
208template<class T, class Policies> inline
209interval<T, Policies> square(const interval<T, Policies>& x)
210{
211  typedef interval<T, Policies> I;
212  if (interval_lib::detail::test_input(x))
213    return I::empty();
214  typename Policies::rounding rnd;
215  const T& xl = x.lower();
216  const T& xu = x.upper();
217  if (interval_lib::user::is_neg(xu))
218    return I(rnd.mul_down(xu, xu), rnd.mul_up(xl, xl), true);
219  else if (interval_lib::user::is_pos(x.lower()))
220    return I(rnd.mul_down(xl, xl), rnd.mul_up(xu, xu), true);
221  else
222    return I(static_cast<T>(0), (-xl > xu ? rnd.mul_up(xl, xl) : rnd.mul_up(xu, xu)), true);
223}
224
225namespace interval_lib {
226namespace detail {
227
228template< class I > inline
229I root_aux(typename I::base_type const &x, int k) // x and k are bigger than one
230{
231  typedef typename I::base_type T;
232  T tk(k);
233  I y(static_cast<T>(1), x, true);
234  for(;;) {
235    T y0 = median(y);
236    I yy = intersect(y, y0 - (pow(I(y0, y0, true), k) - x) / (tk * pow(y, k - 1)));
237    if (equal(y, yy)) return y;
238    y = yy;
239  }
240}
241
242template< class I > inline // x is positive and k bigger than one
243typename I::base_type root_aux_dn(typename I::base_type const &x, int k)
244{
245  typedef typename I::base_type T;
246  typedef typename I::traits_type Policies;
247  typename Policies::rounding rnd;
248  T one(1);
249  if (x > one) return root_aux<I>(x, k).lower();
250  if (x == one) return one;
251  return rnd.div_down(one, root_aux<I>(rnd.div_up(one, x), k).upper());
252}
253
254template< class I > inline // x is positive and k bigger than one
255typename I::base_type root_aux_up(typename I::base_type const &x, int k)
256{
257  typedef typename I::base_type T;
258  typedef typename I::traits_type Policies;
259  typename Policies::rounding rnd;
260  T one(1);
261  if (x > one) return root_aux<I>(x, k).upper();
262  if (x == one) return one;
263  return rnd.div_up(one, root_aux<I>(rnd.div_down(one, x), k).lower());
264}
265
266} // namespace detail
267} // namespace interval_lib
268
269template< class T, class Policies > inline
270interval<T, Policies> nth_root(interval<T, Policies> const &x, int k)
271{
272  typedef interval<T, Policies> I;
273  if (interval_lib::detail::test_input(x)) return I::empty();
274  assert(k > 0);
275  if (k == 1) return x;
276  typename Policies::rounding rnd;
277  typedef typename interval_lib::unprotect<I>::type R;
278  if (!interval_lib::user::is_pos(x.upper())) {
279    if (interval_lib::user::is_zero(x.upper())) {
280      T zero(0);
281      if (!(k & 1) || interval_lib::user::is_zero(x.lower())) // [-1,0]^/2 or [0,0]
282        return I(zero, zero, true);
283      else               // [-1,0]^/3
284        return I(-interval_lib::detail::root_aux_up<R>(-x.lower(), k), zero, true);
285    } else if (!(k & 1)) // [-2,-1]^/2
286      return I::empty();
287    else {               // [-2,-1]^/3
288      return I(-interval_lib::detail::root_aux_up<R>(-x.lower(), k),
289               -interval_lib::detail::root_aux_dn<R>(-x.upper(), k), true);
290    }
291  }
292  T u = interval_lib::detail::root_aux_up<R>(x.upper(), k);
293  if (!interval_lib::user::is_pos(x.lower()))
294    if (!(k & 1) || interval_lib::user::is_zero(x.lower())) // [-1,1]^/2 or [0,1]
295      return I(static_cast<T>(0), u, true);
296    else                 // [-1,1]^/3
297      return I(-interval_lib::detail::root_aux_up<R>(-x.lower(), k), u, true);
298  else                   // [1,2]
299    return I(interval_lib::detail::root_aux_dn<R>(x.lower(), k), u, true);
300}
301
302} // namespace numeric
303} // namespace boost
304
305#endif // BOOST_NUMERIC_INTERVAL_ARITH2_HPP
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.