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fixed typo
[ginac.git] / doc / tutorial / ginac.texi
index b424964578919b672d4f53fec3957fcb8577dc54..f9bd79131451dde72a9477afdce0f0f00613f321 100644 (file)
@@ -4809,8 +4809,17 @@ GiNaC contains the following predefined mathematical functions:
 @item @code{Li2(x)}
 @tab Dilogarithm
 @cindex @code{Li2()}
+@item @code{Li(n, x)}
+@tab classical polylogarithm as well as multiple polylogarithm
+@cindex @code{Li()}
+@item @code{S(n, p, x)}
+@tab Nielsen's generalized polylogarithm
+@cindex @code{S()}
+@item @code{H(n, x)}
+@tab harmonic polylogarithm
+@cindex @code{H()}
 @item @code{zeta(x)}
-@tab Riemann's zeta function
+@tab Riemann's zeta function as well as multiple zeta value
 @cindex @code{zeta()}
 @item @code{zeta(n, x)}
 @tab derivatives of Riemann's zeta function
@@ -4838,21 +4847,6 @@ GiNaC contains the following predefined mathematical functions:
 @item @code{Order(x)}
 @tab order term function in truncated power series
 @cindex @code{Order()}
-@item @code{Li(n, x)}
-@tab polylogarithm
-@cindex @code{Li()}
-@item @code{S(n, p, x)}
-@tab Nielsen's generalized polylogarithm
-@cindex @code{S()}
-@item @code{H(m_lst, x)}
-@tab harmonic polylogarithm
-@cindex @code{H()}
-@item @code{Li(m_lst, x_lst)}
-@tab multiple polylogarithm
-@cindex @code{Li()}
-@item @code{mZeta(m_lst)}
-@tab multiple zeta value
-@cindex @code{mZeta()}
 @end multitable
 @end cartouche
 
@@ -4872,6 +4866,25 @@ serious CAS.  It is to be expected that future revisions of the C++
 standard incorporate these functions in the complex domain in a manner
 compatible with C99.
 
+@cindex nested sums
+The functions @code{Li}, @code{S}, @code{H} and @code{zeta} share certain
+properties and are refered to as nested sums functions, because they all
+have a uniform representation as nested sums (for mathematical details and
+conventions see @emph{S.Moch, P.Uwer, S.Weinzierl hep-ph/0110083}).
+@code{Li} and @code{zeta} can take @code{lst}s as arguments, in which case
+they represent not classical polylogarithms or simple zeta functions but
+multiple polylogarithms or multiple zeta values respectively (note that the two
+@code{lst}s for @code{Li} must have the same length). The first parameter
+of the harmonic polylogarithm can also be a @code{lst}.
+For all these functions the arguments in the @code{lst}s are expected to be
+in the same order as they appear in the nested sums representation
+(note that this convention differs from the one in the aforementioned paper 
+in the cases of @code{Li} and @code{zeta}).
+If you want to numerically evaluate the functions, the parameters @code{n}
+and @code{p} as well as @code{x} in the case of @code{zeta} must all be
+positive integers (or @code{lst}s containing them). The multiple polylogarithm
+has the additional restriction that the second parameter must only
+contain arguments with an absolute value smaller than one.
 
 @node Solving Linear Systems of Equations, Input/Output, Built-in Functions, Methods and Functions
 @c    node-name, next, previous, up
@@ -5438,12 +5451,7 @@ that is not further evaluated:
 @example
 DECLARE_FUNCTION_2P(myfcn)
 
-static ex myfcn_eval(const ex & x, const ex & y)
-@{
-    return myfcn(x, y).hold();
-@}
-
-REGISTER_FUNCTION(myfcn, eval_func(myfcn_eval))
+REGISTER_FUNCTION(myfcn, dummy())
 @end example
 
 Any code that has seen the @code{DECLARE_FUNCTION} line can use @code{myfcn()}
@@ -5453,33 +5461,20 @@ in algebraic expressions:
 @{
     ...
     symbol x("x");
-    ex e = 2*myfcn(42, 3*x+1) - x;
-     // this calls myfcn_eval(42, 3*x+1), and inserts its return value into
-     // the actual expression
+    ex e = 2*myfcn(42, 1+3*x) - x;
     cout << e << endl;
      // prints '2*myfcn(42,1+3*x)-x'
     ...
 @}
 @end example
 
-@cindex @code{hold()}
-@cindex evaluation
-The @code{eval_func()} option specifies the C++ function that implements
-the @code{eval()} method, GiNaC's anonymous evaluator. This function takes
-the same number of arguments as the associated symbolic function (two in this
-case) and returns the (possibly transformed or in some way simplified)
-symbolically evaluated function (@xref{Automatic evaluation}, for a description
-of the automatic evaluation process). If no (further) evaluation is to take
-place, the @code{eval_func()} function must return the original function
-with @code{.hold()}, to avoid a potential infinite recursion. If your
-symbolic functions produce a segmentation fault or stack overflow when
-using them in expressions, you are probably missing a @code{.hold()}
-somewhere.
+The @code{dummy()} option in the @code{REGISTER_FUNCTION} line signifies
+"no options". A function with no options specified merely acts as a kind of
+container for its arguments. It is a pure "dummy" function with no associated
+logic (which is, however, sometimes perfectly sufficient).
 
-There is not much you can do with the @code{myfcn} function. It merely acts
-as a kind of container for its arguments (which is, however, sometimes
-perfectly sufficient). Let's have a look at the implementation of GiNaC's
-cosine function.
+Let's now have a look at the implementation of GiNaC's cosine function for an
+example of how to make an "intelligent" function.
 
 @subsection The cosine function
 
@@ -5493,9 +5488,38 @@ which declares to all programs using GiNaC that there is a function @samp{cos}
 that takes one @code{ex} as an argument. This is all they need to know to use
 this function in expressions.
 
-The implementation of the cosine function is in @file{inifcns_trans.cpp}. The
-@code{eval_func()} function looks something like this (actually, it doesn't
-look like this at all, but it should give you an idea what is going on):
+The implementation of the cosine function is in @file{inifcns_trans.cpp}. Here
+is its @code{REGISTER_FUNCTION} line:
+
+@example
+REGISTER_FUNCTION(cos, eval_func(cos_eval).
+                       evalf_func(cos_evalf).
+                       derivative_func(cos_deriv).
+                       latex_name("\\cos"));
+@end example
+
+There are four options defined for the cosine function. One of them
+(@code{latex_name}) gives the function a proper name for LaTeX output; the
+other three indicate the C++ functions in which the "brains" of the cosine
+function are defined.
+
+@cindex @code{hold()}
+@cindex evaluation
+The @code{eval_func()} option specifies the C++ function that implements
+the @code{eval()} method, GiNaC's anonymous evaluator. This function takes
+the same number of arguments as the associated symbolic function (one in this
+case) and returns the (possibly transformed or in some way simplified)
+symbolically evaluated function (@xref{Automatic evaluation}, for a description
+of the automatic evaluation process). If no (further) evaluation is to take
+place, the @code{eval_func()} function must return the original function
+with @code{.hold()}, to avoid a potential infinite recursion. If your
+symbolic functions produce a segmentation fault or stack overflow when
+using them in expressions, you are probably missing a @code{.hold()}
+somewhere.
+
+The @code{eval_func()} function for the cosine looks something like this
+(actually, it doesn't look like this at all, but it should give you an idea
+what is going on):
 
 @example
 static ex cos_eval(const ex & x)
@@ -5519,6 +5543,20 @@ static ex cos_eval(const ex & x)
 @}
 @end example
 
+This function is called every time the cosine is used in a symbolic expression:
+
+@example
+@{
+    ...
+    e = cos(Pi);
+     // this calls cos_eval(Pi), and inserts its return value into
+     // the actual expression
+    cout << e << endl;
+     // prints '-1'
+    ...
+@}
+@end example
+
 In this way, @code{cos(4*Pi)} automatically becomes @math{1},
 @code{cos(asin(a+b))} becomes @code{sqrt(1-(a+b)^2)}, etc. If no reasonable
 symbolic transformation can be done, the unmodified function is returned
@@ -5585,26 +5623,13 @@ static ex tan_series(const ex & x, const relational & rel,
 The @code{series()} implementation of a function @emph{must} return a
 @code{pseries} object, otherwise your code will crash.
 
-Now that all the ingredients have been set up, the @code{REGISTER_FUNCTION}
-macro is used to tell the system how the @code{cos()} function behaves:
-
-@example
-REGISTER_FUNCTION(cos, eval_func(cos_eval).
-                       evalf_func(cos_evalf).
-                       derivative_func(cos_deriv).
-                       latex_name("\\cos"));
-@end example
-
-This registers the @code{cos_eval()}, @code{cos_evalf()} and
-@code{cos_deriv()} C++ functions with the @code{cos()} function, and also
-gives it a proper LaTeX name.
-
 @subsection Function options
 
 GiNaC functions understand several more options which are always
 specified as @code{.option(params)}. None of them are required, but you
-need to specify at least one option to @code{REGISTER_FUNCTION()} (usually
-the @code{eval()} method).
+need to specify at least one option to @code{REGISTER_FUNCTION()}. There
+is a do-nothing option called @code{dummy()} which you can use to define
+functions without any special options.
 
 @example
 eval_func(<C++ function>)
@@ -5921,6 +5946,89 @@ in non-CLN C source output, but as @code{abs(x)} in all other formats.
 
 There is currently no equivalent of @code{set_print_func()} for functions.
 
+@subsection Adding new output formats
+
+Creating a new output format involves subclassing @code{print_context},
+which is somewhat similar to adding a new algebraic class
+(@pxref{Adding classes}). There is a macro @code{GINAC_DECLARE_PRINT_CONTEXT}
+that needs to go into the class definition, and a corresponding macro
+@code{GINAC_IMPLEMENT_PRINT_CONTEXT} that has to appear at global scope.
+Every @code{print_context} class needs to provide a default constructor
+and a constructor from an @code{std::ostream} and an @code{unsigned}
+options value.
+
+Here is an example for a user-defined @code{print_context} class:
+
+@example
+class print_myformat : public print_dflt
+@{
+    GINAC_DECLARE_PRINT_CONTEXT(print_myformat, print_dflt)
+public:
+    print_myformat(std::ostream & os, unsigned opt = 0)
+     : print_dflt(os, opt) @{@}
+@};
+
+print_myformat::print_myformat() : print_dflt(std::cout) @{@}
+
+GINAC_IMPLEMENT_PRINT_CONTEXT(print_myformat, print_dflt)
+@end example
+
+That's all there is to it. None of the actual expression output logic is
+implemented in this class. It merely serves as a selector for choosing
+a particular format. The algorithms for printing expressions in the new
+format are implemented as print methods, as described above.
+
+@code{print_myformat} is a subclass of @code{print_dflt}, so it behaves
+exactly like GiNaC's default output format:
+
+@example
+@{
+    symbol x("x");
+    ex e = pow(x, 2) + 1;
+
+    // this prints "1+x^2"
+    cout << e << endl;
+    
+    // this also prints "1+x^2"
+    e.print(print_myformat()); cout << endl;
+
+    ...
+@}
+@end example
+
+To fill @code{print_myformat} with life, we need to supply appropriate
+print methods with @code{set_print_func()}, like this:
+
+@example
+// This prints powers with '**' instead of '^'. See the LaTeX output
+// example above for explanations.
+void print_power_as_myformat(const power & p,
+                             const print_myformat & c,
+                             unsigned level)
+@{
+    unsigned power_prec = p.precedence();
+    if (level >= power_prec)
+        c.s << '(';
+    p.op(0).print(c, power_prec);
+    c.s << "**";
+    p.op(1).print(c, power_prec);
+    if (level >= power_prec)
+        c.s << ')';
+@}
+
+@{
+    ...
+    // install a new print method for power objects
+    set_print_func<power, print_myformat>(print_power_as_myformat);
+
+    // now this prints "1+x**2"
+    e.print(print_myformat()); cout << endl;
+
+    // but the default format is still "1+x^2"
+    cout << e << endl;
+@}
+@end example
+
 
 @node Structures, Adding classes, Printing, Extending GiNaC
 @c    node-name, next, previous, up
@@ -7026,7 +7134,7 @@ inserted.  But it may be useful to remember that this is not what
 happens.  Knowing this will enable you to write much more efficient
 code.  If you still have an uncertain feeling with copy-on-write
 semantics, we recommend you have a look at the
-@uref{http://www.cerfnet.com/~mpcline/c++-faq-lite/, C++-FAQ lite} by
+@uref{http://www.parashift.com/c++-faq-lite/, C++-FAQ lite} by
 Marshall Cline.  Chapter 16 covers this issue and presents an
 implementation which is pretty close to the one in GiNaC.
 
@@ -7286,6 +7394,7 @@ The following shows how to build a simple package using automake
 and the @samp{AM_PATH_GINAC} macro. The program used here is @file{simple.cpp}:
 
 @example
+#include <iostream>
 #include <ginac/ginac.h>
 
 int main()