]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - ginac/numeric.cpp
- changed function::diff() to be more tolerant by checking first if the
[ginac.git] / ginac / numeric.cpp
index 165ce594c106e6fd66d69415202c9fb7339c9673..1cc1fa69592e37195ca013cf38c295f98bec4ae9 100644 (file)
@@ -326,7 +326,7 @@ ex numeric::evalf(int level) const
 
 int numeric::compare_same_type(basic const & other) const
 {
-    ASSERT(is_exactly_of_type(other, numeric));
+    GINAC_ASSERT(is_exactly_of_type(other, numeric));
     numeric const & o = static_cast<numeric &>(const_cast<basic &>(other));
 
     if (*value == *o.value) {
@@ -338,7 +338,7 @@ int numeric::compare_same_type(basic const & other) const
 
 bool numeric::is_equal_same_type(basic const & other) const
 {
-    ASSERT(is_exactly_of_type(other,numeric));
+    GINAC_ASSERT(is_exactly_of_type(other,numeric));
     numeric const *o = static_cast<numeric const *>(&other);
     
     return is_equal(*o);
@@ -714,7 +714,7 @@ bool numeric::operator>=(numeric const & other) const
  *  if the number is really an integer before calling this method. */
 int numeric::to_int(void) const
 {
-    ASSERT(is_integer());
+    GINAC_ASSERT(is_integer());
     return cl_I_to_int(The(cl_I)(*value));
 }
 
@@ -722,7 +722,7 @@ int numeric::to_int(void) const
  *  if the number is really not complex before calling this method. */
 double numeric::to_double(void) const
 {
-    ASSERT(is_real());
+    GINAC_ASSERT(is_real());
     return cl_double_approx(realpart(*value));
 }
 
@@ -753,7 +753,8 @@ inline cl_heap_ratio* TheRatio (const cl_N& obj)
 
 /** Numerator.  Computes the numerator of rational numbers, rationalized
  *  numerator of complex if real and imaginary part are both rational numbers
- *  (i.e numer(4/3+5/6*I) == 8+5*I), the number itself in all other cases. */
+ *  (i.e numer(4/3+5/6*I) == 8+5*I), the number carrying the sign in all other
+ *  cases. */
 numeric numeric::numer(void) const
 {
     if (is_integer()) {
@@ -1062,11 +1063,38 @@ numeric atanh(numeric const & x)
     return ::atanh(*x.value);  // -> CLN
 }
 
+/** Numeric evaluation of Riemann's Zeta function.  Currently works only for
+ *  integer arguments. */
+numeric zeta(numeric const & x)
+{
+    if (x.is_integer())
+        return ::cl_zeta(x.to_int());  // -> CLN
+    else
+        clog << "zeta(): Does anybody know good way to calculate this numerically?" << endl;
+    return numeric(0);
+}
+
 /** The gamma function.
- *  stub stub stub stub stub stub! */
+ *  This is only a stub! */
 numeric gamma(numeric const & x)
 {
-    clog << "gamma(): Nobody expects the Spanish inquisition" << endl;
+    clog << "gamma(): Does anybody know good way to calculate this numerically?" << endl;
+    return numeric(0);
+}
+
+/** The psi function (aka polygamma function).
+ *  This is only a stub! */
+numeric psi(numeric const & x)
+{
+    clog << "psi(): Does anybody know good way to calculate this numerically?" << endl;
+    return numeric(0);
+}
+
+/** The psi functions (aka polygamma functions).
+ *  This is only a stub! */
+numeric psi(numeric const & n, numeric const & x)
+{
+    clog << "psi(): Does anybody know good way to calculate this numerically?" << endl;
     return numeric(0);
 }
 
@@ -1092,7 +1120,7 @@ numeric doublefactorial(numeric const & nn)
 {
     // META-NOTE:  The whole shit here will become obsolete and may be moved
     // out once CLN learns about double factorial, which should be as soon as
-    // 1.0.3 rolls out.
+    // 1.0.3 rolls out!
     
     // We store the results separately for even and odd arguments.  This has
     // the advantage that we don't have to compute any even result at all if
@@ -1105,21 +1133,21 @@ numeric doublefactorial(numeric const & nn)
     static vector<numeric> oddresults;
     static int highest_oddresult = -1;
     
-    if ( nn == numeric(-1) ) {
+    if (nn == numeric(-1)) {
         return numONE();
     }
-    if ( !nn.is_nonneg_integer() ) {
+    if (!nn.is_nonneg_integer()) {
         throw (std::range_error("numeric::doublefactorial(): argument must be integer >= -1"));
     }
-    if ( nn.is_even() ) {
+    if (nn.is_even()) {
         int n = nn.div(numTWO()).to_int();
-        if ( n <= highest_evenresult ) {
+        if (n <= highest_evenresult) {
             return evenresults[n];
         }
-        if ( evenresults.capacity() < (unsigned)(n+1) ) {
+        if (evenresults.capacity() < (unsigned)(n+1)) {
             evenresults.reserve(n+1);
         }
-        if ( highest_evenresult < 0 ) {
+        if (highest_evenresult < 0) {
             evenresults.push_back(numONE());
             highest_evenresult=0;
         }
@@ -1130,13 +1158,13 @@ numeric doublefactorial(numeric const & nn)
         return evenresults[n];
     } else {
         int n = nn.sub(numONE()).div(numTWO()).to_int();
-        if ( n <= highest_oddresult ) {
+        if (n <= highest_oddresult) {
             return oddresults[n];
         }
-        if ( oddresults.capacity() < (unsigned)n ) {
+        if (oddresults.capacity() < (unsigned)n) {
             oddresults.reserve(n+1);
         }
-        if ( highest_oddresult < 0 ) {
+        if (highest_oddresult < 0) {
             oddresults.push_back(numONE());
             highest_oddresult=0;
         }
@@ -1148,19 +1176,67 @@ numeric doublefactorial(numeric const & nn)
     }
 }
 
-/** The Binomial function. It computes the binomial coefficients. If the
- *  arguments are both nonnegative integers and 0 <= k <= n, then
- *  binomial(n, k) = n!/k!/(n-k)! which is the number of ways of choosing k
- *  objects from n distinct objects. If k > n, then binomial(n,k) returns 0. */
+/** The Binomial coefficients.  It computes the binomial coefficients.  For
+ *  integer n and k and positive n this is the number of ways of choosing k
+ *  objects from n distinct objects.  If n is negative, the formula
+ *  binomial(n,k) == (-1)^k*binomial(k-n-1,k) is used to compute the result. */
 numeric binomial(numeric const & n, numeric const & k)
 {
-    if (n.is_nonneg_integer() && k.is_nonneg_integer()) {
-        return numeric(::binomial(n.to_int(),k.to_int()));  // -> CLN
-    } else {
-        // should really be gamma(n+1)/(gamma(r+1)/gamma(n-r+1)
-        return numeric(0);
+    if (n.is_integer() && k.is_integer()) {
+        if (n.is_nonneg_integer()) {
+            if (k.compare(n)!=1 && k.compare(numZERO())!=-1)
+                return numeric(::binomial(n.to_int(),k.to_int()));  // -> CLN
+            else
+                return numZERO();
+        } else {
+            return numMINUSONE().power(k)*binomial(k-n-numONE(),k);
+        }        
+    }
+    
+    // should really be gamma(n+1)/(gamma(r+1)/gamma(n-r+1) or a suitable limit
+    throw (std::range_error("numeric::binomial(): donĀ“t know how to evaluate that."));
+}
+
+/** Bernoulli number.  The nth Bernoulli number is the coefficient of x^n/n!
+ *  in the expansion of the function x/(e^x-1).
+ *
+ *  @return the nth Bernoulli number (a rational number).
+ *  @exception range_error (argument must be integer >= 0) */
+numeric bernoulli(numeric const & nn)
+{
+    if (!nn.is_integer() || nn.is_negative())
+        throw (std::range_error("numeric::bernoulli(): argument must be integer >= 0"));
+    if (nn.is_zero())
+        return numONE();
+    if (!nn.compare(numONE()))
+        return numeric(-1,2);
+    if (nn.is_odd())
+        return numZERO();
+    // Until somebody has the Blues and comes up with a much better idea and
+    // codes it (preferably in CLN) we make this a remembering function which
+    // computes its results using the formula
+    // B(nn) == - 1/(nn+1) * sum_{k=0}^{nn-1}(binomial(nn+1,k)*B(k))
+    // whith B(0) == 1.
+    static vector<numeric> results;
+    static int highest_result = -1;
+    int n = nn.sub(numTWO()).div(numTWO()).to_int();
+    if (n <= highest_result)
+        return results[n];
+    if (results.capacity() < (unsigned)(n+1))
+        results.reserve(n+1);
+    
+    numeric tmp;  // used to store the sum
+    for (int i=highest_result+1; i<=n; ++i) {
+        // the first two elements:
+        tmp = numeric(-2*i-1,2);
+        // accumulate the remaining elements:
+        for (int j=0; j<i; ++j)
+            tmp += binomial(numeric(2*i+3),numeric(j*2+2))*results[j];
+        // divide by -(nn+1) and store result:
+        results.push_back(-tmp/numeric(2*i+3));
     }
-    // return factorial(n).div(factorial(k).mul(factorial(n.sub(k))));
+    highest_result=n;
+    return results[n];
 }
 
 /** Absolute value. */