Advertisement
NaZaRa

Untitled

Jan 20th, 2019
206
0
Never
Not a member of Pastebin yet? Sign Up, it unlocks many cool features!
C 13.03 KB | None | 0 0
  1. /* @(#)s_erf.c 5.1 93/09/24 */
  2. /*
  3.  * ====================================================
  4.  * Copyright (C) 1993 by Sun Microsystems, Inc. All rights reserved.
  5.  *
  6.  * Developed at SunPro, a Sun Microsystems, Inc. business.
  7.  * Permission to use, copy, modify, and distribute this
  8.  * software is freely granted, provided that this notice
  9.  * is preserved.
  10.  * ====================================================
  11.  */
  12.  
  13. /* double erf(double x)
  14.  * double erfc(double x)
  15.  *                             x
  16.  *                      2      |\
  17.  *     erf(x)  =  ---------  | exp(-t*t)dt
  18.  *                    sqrt(pi) \|
  19.  *                             0
  20.  *
  21.  *     erfc(x) =  1-erf(x)
  22.  *  Note that
  23.  *                erf(-x) = -erf(x)
  24.  *                erfc(-x) = 2 - erfc(x)
  25.  *
  26.  * Method:
  27.  *        1. For |x| in [0, 0.84375]
  28.  *            erf(x)  = x + x*R(x^2)
  29.  *          erfc(x) = 1 - erf(x)           if x in [-.84375,0.25]
  30.  *                  = 0.5 + ((0.5-x)-x*R)  if x in [0.25,0.84375]
  31.  *           where R = P/Q where P is an odd poly of degree 8 and
  32.  *           Q is an odd poly of degree 10.
  33.  *                                                 -57.90
  34.  *                        | R - (erf(x)-x)/x | <= 2
  35.  *        
  36.  *
  37.  *           Remark. The formula is derived by noting
  38.  *          erf(x) = (2/sqrt(pi))*(x - x^3/3 + x^5/10 - x^7/42 + ....)
  39.  *           and that
  40.  *          2/sqrt(pi) = 1.128379167095512573896158903121545171688
  41.  *           is close to one. The interval is chosen because the fix
  42.  *           point of erf(x) is near 0.6174 (i.e., erf(x)=x when x is
  43.  *           near 0.6174), and by some experiment, 0.84375 is chosen to
  44.  *            guarantee the error is less than one ulp for erf.
  45.  *
  46.  *      2. For |x| in [0.84375,1.25], let s = |x| - 1, and
  47.  *         c = 0.84506291151 rounded to single (24 bits)
  48.  *                 erf(x)  = sign(x) * (c  + P1(s)/Q1(s))
  49.  *                 erfc(x) = (1-c)  - P1(s)/Q1(s) if x > 0
  50.  *                          1+(c+P1(s)/Q1(s))    if x < 0
  51.  *                 |P1/Q1 - (erf(|x|)-c)| <= 2**-59.06
  52.  *           Remark: here we use the taylor series expansion at x=1.
  53.  *                erf(1+s) = erf(1) + s*Poly(s)
  54.  *                         = 0.845.. + P1(s)/Q1(s)
  55.  *           That is, we use rational approximation to approximate
  56.  *                        erf(1+s) - (c = (single)0.84506291151)
  57.  *           Note that |P1/Q1|< 0.078 for x in [0.84375,1.25]
  58.  *           where
  59.  *                P1(s) = degree 6 poly in s
  60.  *                Q1(s) = degree 6 poly in s
  61.  *
  62.  *      3. For x in [1.25,1/0.35(~2.857143)],
  63.  *                 erfc(x) = (1/x)*exp(-x*x-0.5625+R1/S1)
  64.  *                 erf(x)  = 1 - erfc(x)
  65.  *           where
  66.  *                R1(z) = degree 7 poly in z, (z=1/x^2)
  67.  *                S1(z) = degree 8 poly in z
  68.  *
  69.  *      4. For x in [1/0.35,28]
  70.  *                 erfc(x) = (1/x)*exp(-x*x-0.5625+R2/S2) if x > 0
  71.  *                        = 2.0 - (1/x)*exp(-x*x-0.5625+R2/S2) if -6<x<0
  72.  *                        = 2.0 - tiny                (if x <= -6)
  73.  *                 erf(x)  = sign(x)*(1.0 - erfc(x)) if x < 6, else
  74.  *                 erf(x)  = sign(x)*(1.0 - tiny)
  75.  *           where
  76.  *                R2(z) = degree 6 poly in z, (z=1/x^2)
  77.  *                S2(z) = degree 7 poly in z
  78.  *
  79.  *      Note1:
  80.  *           To compute exp(-x*x-0.5625+R/S), let s be a single
  81.  *           precision number and s := x; then
  82.  *                -x*x = -s*s + (s-x)*(s+x)
  83.  *                exp(-x*x-0.5626+R/S) =
  84.  *                        exp(-s*s-0.5625)*exp((s-x)*(s+x)+R/S);
  85.  *      Note2:
  86.  *           Here 4 and 5 make use of the asymptotic series
  87.  *                          exp(-x*x)
  88.  *                erfc(x) ~ ---------- * ( 1 + Poly(1/x^2) )
  89.  *                          x*sqrt(pi)
  90.  *           We use rational approximation to approximate
  91.  *              g(s)=f(1/x^2) = log(erfc(x)*x) - x*x + 0.5625
  92.  *           Here is the error bound for R1/S1 and R2/S2
  93.  *              |R1/S1 - f(x)|  < 2**(-62.57)
  94.  *              |R2/S2 - f(x)|  < 2**(-61.52)
  95.  *
  96.  *      5. For inf > x >= 28
  97.  *                 erf(x)  = sign(x) *(1 - tiny)  (raise inexact)
  98.  *                 erfc(x) = tiny*tiny (raise underflow) if x > 0
  99.  *                        = 2 - tiny if x<0
  100.  *
  101.  *      7. Special case:
  102.  *                 erf(0)  = 0, erf(inf)  = 1, erf(-inf) = -1,
  103.  *                 erfc(0) = 1, erfc(inf) = 0, erfc(-inf) = 2,
  104.  *                   erfc/erf(NaN) is NaN
  105.  */
  106.  
  107. #include <float.h>
  108. #include <math.h>
  109.  
  110. #include "math_private.h"
  111.  
  112. static const double
  113. tiny            = 1e-300,
  114. half=  5.00000000000000000000e-01, /* 0x3FE00000, 0x00000000 */
  115. one =  1.00000000000000000000e+00, /* 0x3FF00000, 0x00000000 */
  116. two =  2.00000000000000000000e+00, /* 0x40000000, 0x00000000 */
  117.         /* c = (float)0.84506291151 */
  118. erx =  8.45062911510467529297e-01, /* 0x3FEB0AC1, 0x60000000 */
  119. /*
  120.  * Coefficients for approximation to  erf on [0,0.84375]
  121.  */
  122. efx =  1.28379167095512586316e-01, /* 0x3FC06EBA, 0x8214DB69 */
  123. efx8=  1.02703333676410069053e+00, /* 0x3FF06EBA, 0x8214DB69 */
  124. pp0  =  1.28379167095512558561e-01, /* 0x3FC06EBA, 0x8214DB68 */
  125. pp1  = -3.25042107247001499370e-01, /* 0xBFD4CD7D, 0x691CB913 */
  126. pp2  = -2.84817495755985104766e-02, /* 0xBF9D2A51, 0xDBD7194F */
  127. pp3  = -5.77027029648944159157e-03, /* 0xBF77A291, 0x236668E4 */
  128. pp4  = -2.37630166566501626084e-05, /* 0xBEF8EAD6, 0x120016AC */
  129. qq1  =  3.97917223959155352819e-01, /* 0x3FD97779, 0xCDDADC09 */
  130. qq2  =  6.50222499887672944485e-02, /* 0x3FB0A54C, 0x5536CEBA */
  131. qq3  =  5.08130628187576562776e-03, /* 0x3F74D022, 0xC4D36B0F */
  132. qq4  =  1.32494738004321644526e-04, /* 0x3F215DC9, 0x221C1A10 */
  133. qq5  = -3.96022827877536812320e-06, /* 0xBED09C43, 0x42A26120 */
  134. /*
  135.  * Coefficients for approximation to  erf  in [0.84375,1.25]
  136.  */
  137. pa0  = -2.36211856075265944077e-03, /* 0xBF6359B8, 0xBEF77538 */
  138. pa1  =  4.14856118683748331666e-01, /* 0x3FDA8D00, 0xAD92B34D */
  139. pa2  = -3.72207876035701323847e-01, /* 0xBFD7D240, 0xFBB8C3F1 */
  140. pa3  =  3.18346619901161753674e-01, /* 0x3FD45FCA, 0x805120E4 */
  141. pa4  = -1.10894694282396677476e-01, /* 0xBFBC6398, 0x3D3E28EC */
  142. pa5  =  3.54783043256182359371e-02, /* 0x3FA22A36, 0x599795EB */
  143. pa6  = -2.16637559486879084300e-03, /* 0xBF61BF38, 0x0A96073F */
  144. qa1  =  1.06420880400844228286e-01, /* 0x3FBB3E66, 0x18EEE323 */
  145. qa2  =  5.40397917702171048937e-01, /* 0x3FE14AF0, 0x92EB6F33 */
  146. qa3  =  7.18286544141962662868e-02, /* 0x3FB2635C, 0xD99FE9A7 */
  147. qa4  =  1.26171219808761642112e-01, /* 0x3FC02660, 0xE763351F */
  148. qa5  =  1.36370839120290507362e-02, /* 0x3F8BEDC2, 0x6B51DD1C */
  149. qa6  =  1.19844998467991074170e-02, /* 0x3F888B54, 0x5735151D */
  150. /*
  151.  * Coefficients for approximation to  erfc in [1.25,1/0.35]
  152.  */
  153. ra0  = -9.86494403484714822705e-03, /* 0xBF843412, 0x600D6435 */
  154. ra1  = -6.93858572707181764372e-01, /* 0xBFE63416, 0xE4BA7360 */
  155. ra2  = -1.05586262253232909814e+01, /* 0xC0251E04, 0x41B0E726 */
  156. ra3  = -6.23753324503260060396e+01, /* 0xC04F300A, 0xE4CBA38D */
  157. ra4  = -1.62396669462573470355e+02, /* 0xC0644CB1, 0x84282266 */
  158. ra5  = -1.84605092906711035994e+02, /* 0xC067135C, 0xEBCCABB2 */
  159. ra6  = -8.12874355063065934246e+01, /* 0xC0545265, 0x57E4D2F2 */
  160. ra7  = -9.81432934416914548592e+00, /* 0xC023A0EF, 0xC69AC25C */
  161. sa1  =  1.96512716674392571292e+01, /* 0x4033A6B9, 0xBD707687 */
  162. sa2  =  1.37657754143519042600e+02, /* 0x4061350C, 0x526AE721 */
  163. sa3  =  4.34565877475229228821e+02, /* 0x407B290D, 0xD58A1A71 */
  164. sa4  =  6.45387271733267880336e+02, /* 0x40842B19, 0x21EC2868 */
  165. sa5  =  4.29008140027567833386e+02, /* 0x407AD021, 0x57700314 */
  166. sa6  =  1.08635005541779435134e+02, /* 0x405B28A3, 0xEE48AE2C */
  167. sa7  =  6.57024977031928170135e+00, /* 0x401A47EF, 0x8E484A93 */
  168. sa8  = -6.04244152148580987438e-02, /* 0xBFAEEFF2, 0xEE749A62 */
  169. /*
  170.  * Coefficients for approximation to  erfc in [1/.35,28]
  171.  */
  172. rb0  = -9.86494292470009928597e-03, /* 0xBF843412, 0x39E86F4A */
  173. rb1  = -7.99283237680523006574e-01, /* 0xBFE993BA, 0x70C285DE */
  174. rb2  = -1.77579549177547519889e+01, /* 0xC031C209, 0x555F995A */
  175. rb3  = -1.60636384855821916062e+02, /* 0xC064145D, 0x43C5ED98 */
  176. rb4  = -6.37566443368389627722e+02, /* 0xC083EC88, 0x1375F228 */
  177. rb5  = -1.02509513161107724954e+03, /* 0xC0900461, 0x6A2E5992 */
  178. rb6  = -4.83519191608651397019e+02, /* 0xC07E384E, 0x9BDC383F */
  179. sb1  =  3.03380607434824582924e+01, /* 0x403E568B, 0x261D5190 */
  180. sb2  =  3.25792512996573918826e+02, /* 0x40745CAE, 0x221B9F0A */
  181. sb3  =  1.53672958608443695994e+03, /* 0x409802EB, 0x189D5118 */
  182. sb4  =  3.19985821950859553908e+03, /* 0x40A8FFB7, 0x688C246A */
  183. sb5  =  2.55305040643316442583e+03, /* 0x40A3F219, 0xCEDF3BE6 */
  184. sb6  =  4.74528541206955367215e+02, /* 0x407DA874, 0xE79FE763 */
  185. sb7  = -2.24409524465858183362e+01; /* 0xC03670E2, 0x42712D62 */
  186.  
  187. double
  188. erf(double x)
  189. {
  190.         int32_t hx,ix,i;
  191.         double R,S,P,Q,s,y,z,r;
  192.         GET_HIGH_WORD(hx,x);
  193.         ix = hx&0x7fffffff;
  194.         if(ix>=0x7ff00000) {                /* erf(nan)=nan */
  195.             i = ((u_int32_t)hx>>31)<<1;
  196.             return (double)(1-i)+one/x;        /* erf(+-inf)=+-1 */
  197.         }
  198.  
  199.         if(ix < 0x3feb0000) {                /* |x|<0.84375 */
  200.             if(ix < 0x3e300000) {         /* |x|<2**-28 */
  201.                 if (ix < 0x00800000)
  202.                     return 0.125*(8.0*x+efx8*x);  /*avoid underflow */
  203.                 return x + efx*x;
  204.             }
  205.             z = x*x;
  206.             r = pp0+z*(pp1+z*(pp2+z*(pp3+z*pp4)));
  207.             s = one+z*(qq1+z*(qq2+z*(qq3+z*(qq4+z*qq5))));
  208.             y = r/s;
  209.             return x + x*y;
  210.         }
  211.         if(ix < 0x3ff40000) {                /* 0.84375 <= |x| < 1.25 */
  212.             s = fabs(x)-one;
  213.             P = pa0+s*(pa1+s*(pa2+s*(pa3+s*(pa4+s*(pa5+s*pa6)))));
  214.             Q = one+s*(qa1+s*(qa2+s*(qa3+s*(qa4+s*(qa5+s*qa6)))));
  215.             if(hx>=0) return erx + P/Q; else return -erx - P/Q;
  216.         }
  217.         if (ix >= 0x40180000) {                /* inf>|x|>=6 */
  218.             if(hx>=0) return one-tiny; else return tiny-one;
  219.         }
  220.         x = fabs(x);
  221.          s = one/(x*x);
  222.         if(ix< 0x4006DB6E) {        /* |x| < 1/0.35 */
  223.             R=ra0+s*(ra1+s*(ra2+s*(ra3+s*(ra4+s*(
  224.                                 ra5+s*(ra6+s*ra7))))));
  225.             S=one+s*(sa1+s*(sa2+s*(sa3+s*(sa4+s*(
  226.                                 sa5+s*(sa6+s*(sa7+s*sa8)))))));
  227.         } else {        /* |x| >= 1/0.35 */
  228.             R=rb0+s*(rb1+s*(rb2+s*(rb3+s*(rb4+s*(
  229.                                 rb5+s*rb6)))));
  230.             S=one+s*(sb1+s*(sb2+s*(sb3+s*(sb4+s*(
  231.                                 sb5+s*(sb6+s*sb7))))));
  232.         }
  233.         z  = x;  
  234.         SET_LOW_WORD(z,0);
  235.         r  =  exp(-z*z-0.5625)*exp((z-x)*(z+x)+R/S);
  236.         if(hx>=0) return one-r/x; else return  r/x-one;
  237. }
  238. DEF_STD(erf);
  239. LDBL_MAYBE_CLONE(erf);
  240.  
  241. double
  242. erfc(double x)
  243. {
  244.         int32_t hx,ix;
  245.         double R,S,P,Q,s,y,z,r;
  246.         GET_HIGH_WORD(hx,x);
  247.         ix = hx&0x7fffffff;
  248.         if(ix>=0x7ff00000) {                        /* erfc(nan)=nan */
  249.                                                 /* erfc(+-inf)=0,2 */
  250.             return (double)(((u_int32_t)hx>>31)<<1)+one/x;
  251.         }
  252.  
  253.         if(ix < 0x3feb0000) {                /* |x|<0.84375 */
  254.             if(ix < 0x3c700000)          /* |x|<2**-56 */
  255.                 return one-x;
  256.             z = x*x;
  257.             r = pp0+z*(pp1+z*(pp2+z*(pp3+z*pp4)));
  258.             s = one+z*(qq1+z*(qq2+z*(qq3+z*(qq4+z*qq5))));
  259.             y = r/s;
  260.             if(hx < 0x3fd00000) {          /* x<1/4 */
  261.                 return one-(x+x*y);
  262.             } else {
  263.                 r = x*y;
  264.                 r += (x-half);
  265.                 return half - r ;
  266.             }
  267.         }
  268.         if(ix < 0x3ff40000) {                /* 0.84375 <= |x| < 1.25 */
  269.             s = fabs(x)-one;
  270.             P = pa0+s*(pa1+s*(pa2+s*(pa3+s*(pa4+s*(pa5+s*pa6)))));
  271.             Q = one+s*(qa1+s*(qa2+s*(qa3+s*(qa4+s*(qa5+s*qa6)))));
  272.             if(hx>=0) {
  273.                 z  = one-erx; return z - P/Q;
  274.             } else {
  275.                 z = erx+P/Q; return one+z;
  276.             }
  277.         }
  278.         if (ix < 0x403c0000) {                /* |x|<28 */
  279.             x = fabs(x);
  280.              s = one/(x*x);
  281.             if(ix< 0x4006DB6D) {        /* |x| < 1/.35 ~ 2.857143*/
  282.                 R=ra0+s*(ra1+s*(ra2+s*(ra3+s*(ra4+s*(
  283.                                 ra5+s*(ra6+s*ra7))))));
  284.                 S=one+s*(sa1+s*(sa2+s*(sa3+s*(sa4+s*(
  285.                                 sa5+s*(sa6+s*(sa7+s*sa8)))))));
  286.             } else {                        /* |x| >= 1/.35 ~ 2.857143 */
  287.                 if(hx<0&&ix>=0x40180000) return two-tiny;/* x < -6 */
  288.                 R=rb0+s*(rb1+s*(rb2+s*(rb3+s*(rb4+s*(
  289.                                 rb5+s*rb6)))));
  290.                 S=one+s*(sb1+s*(sb2+s*(sb3+s*(sb4+s*(
  291.                                 sb5+s*(sb6+s*sb7))))));
  292.             }
  293.             z  = x;
  294.             SET_LOW_WORD(z,0);
  295.             r  =  exp(-z*z-0.5625) * exp((z-x)*(z+x)+R/S);
  296.             if(hx>0) return r/x; else return two-r/x;
  297.         } else {
  298.             if(hx>0) return tiny*tiny; else return two-tiny;
  299.         }
  300. }
  301. DEF_STD(erfc);
  302. LDBL_MAYBE_CLONE(erfc);
Advertisement
Add Comment
Please, Sign In to add comment
Advertisement