1 //  (C) Copyright John Maddock 2006.
2 //  Use, modification and distribution are subject to the
3 //  Boost Software License, Version 1.0. (See accompanying file
4 //  LICENSE_1_0.txt or copy at http://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt)
5 
6 #ifndef BOOST_MATH_SPECIAL_ERF_HPP
7 #define BOOST_MATH_SPECIAL_ERF_HPP
8 
9 #ifdef _MSC_VER
10 #pragma once
11 #endif
12 
13 #include <boost/math/special_functions/math_fwd.hpp>
14 #include <boost/math/tools/config.hpp>
15 #include <boost/math/special_functions/gamma.hpp>
16 #include <boost/math/tools/roots.hpp>
17 #include <boost/math/policies/error_handling.hpp>
18 
19 namespace boost{ namespace math{
20 
21 namespace detail
22 {
23 
24 //
25 // Asymptotic series for large z:
26 //
27 template <class T>
28 struct erf_asympt_series_t
29 {
erf_asympt_series_tboost::math::detail::erf_asympt_series_t30    erf_asympt_series_t(T z) : xx(2 * -z * z), tk(1)
31    {
32       BOOST_MATH_STD_USING
33       result = -exp(-z * z) / sqrt(boost::math::constants::pi<T>());
34       result /= z;
35    }
36 
37    typedef T result_type;
38 
operator ()boost::math::detail::erf_asympt_series_t39    T operator()()
40    {
41       BOOST_MATH_STD_USING
42       T r = result;
43       result *= tk / xx;
44       tk += 2;
45       if( fabs(r) < fabs(result))
46          result = 0;
47       return r;
48    }
49 private:
50    T result;
51    T xx;
52    int tk;
53 };
54 //
55 // How large z has to be in order to ensure that the series converges:
56 //
57 template <class T>
erf_asymptotic_limit_N(const T &)58 inline float erf_asymptotic_limit_N(const T&)
59 {
60    return (std::numeric_limits<float>::max)();
61 }
erf_asymptotic_limit_N(const mpl::int_<24> &)62 inline float erf_asymptotic_limit_N(const mpl::int_<24>&)
63 {
64    return 2.8F;
65 }
erf_asymptotic_limit_N(const mpl::int_<53> &)66 inline float erf_asymptotic_limit_N(const mpl::int_<53>&)
67 {
68    return 4.3F;
69 }
erf_asymptotic_limit_N(const mpl::int_<64> &)70 inline float erf_asymptotic_limit_N(const mpl::int_<64>&)
71 {
72    return 4.8F;
73 }
erf_asymptotic_limit_N(const mpl::int_<106> &)74 inline float erf_asymptotic_limit_N(const mpl::int_<106>&)
75 {
76    return 6.5F;
77 }
erf_asymptotic_limit_N(const mpl::int_<113> &)78 inline float erf_asymptotic_limit_N(const mpl::int_<113>&)
79 {
80    return 6.8F;
81 }
82 
83 template <class T, class Policy>
erf_asymptotic_limit()84 inline T erf_asymptotic_limit()
85 {
86    typedef typename policies::precision<T, Policy>::type precision_type;
87    typedef typename mpl::if_<
88       mpl::less_equal<precision_type, mpl::int_<24> >,
89       typename mpl::if_<
90          mpl::less_equal<precision_type, mpl::int_<0> >,
91          mpl::int_<0>,
92          mpl::int_<24>
93       >::type,
94       typename mpl::if_<
95          mpl::less_equal<precision_type, mpl::int_<53> >,
96          mpl::int_<53>,
97          typename mpl::if_<
98             mpl::less_equal<precision_type, mpl::int_<64> >,
99             mpl::int_<64>,
100             typename mpl::if_<
101                mpl::less_equal<precision_type, mpl::int_<106> >,
102                mpl::int_<106>,
103                typename mpl::if_<
104                   mpl::less_equal<precision_type, mpl::int_<113> >,
105                   mpl::int_<113>,
106                   mpl::int_<0>
107                >::type
108             >::type
109          >::type
110       >::type
111    >::type tag_type;
112    return erf_asymptotic_limit_N(tag_type());
113 }
114 
115 template <class T, class Policy, class Tag>
116 T erf_imp(T z, bool invert, const Policy& pol, const Tag& t)
117 {
118    BOOST_MATH_STD_USING
119 
120    BOOST_MATH_INSTRUMENT_CODE("Generic erf_imp called");
121 
122    if(z < 0)
123    {
124       if(!invert)
125          return -erf_imp(T(-z), invert, pol, t);
126       else
127          return 1 + erf_imp(T(-z), false, pol, t);
128    }
129 
130    T result;
131 
132    if(!invert && (z > detail::erf_asymptotic_limit<T, Policy>()))
133    {
134       detail::erf_asympt_series_t<T> s(z);
135       boost::uintmax_t max_iter = policies::get_max_series_iterations<Policy>();
136       result = boost::math::tools::sum_series(s, policies::get_epsilon<T, Policy>(), max_iter, 1);
137       policies::check_series_iterations("boost::math::erf<%1%>(%1%, %1%)", max_iter, pol);
138    }
139    else
140    {
141       T x = z * z;
142       if(x < 0.6)
143       {
144          // Compute P:
145          result = z * exp(-x);
146          result /= sqrt(boost::math::constants::pi<T>());
147          if(result != 0)
148             result *= 2 * detail::lower_gamma_series(T(0.5f), x, pol);
149       }
150       else if(x < 1.1f)
151       {
152          // Compute Q:
153          invert = !invert;
154          result = tgamma_small_upper_part(T(0.5f), x, pol);
155          result /= sqrt(boost::math::constants::pi<T>());
156       }
157       else
158       {
159          // Compute Q:
160          invert = !invert;
161          result = z * exp(-x);
162          result /= sqrt(boost::math::constants::pi<T>());
163          result *= upper_gamma_fraction(T(0.5f), x, policies::get_epsilon<T, Policy>());
164       }
165    }
166    if(invert)
167       result = 1 - result;
168    return result;
169 }
170 
171 template <class T, class Policy>
172 T erf_imp(T z, bool invert, const Policy& pol, const mpl::int_<53>& t)
173 {
174    BOOST_MATH_STD_USING
175 
176    BOOST_MATH_INSTRUMENT_CODE("53-bit precision erf_imp called");
177 
178    if(z < 0)
179    {
180       if(!invert)
181          return -erf_imp(-z, invert, pol, t);
182       else if(z < -0.5)
183          return 2 - erf_imp(-z, invert, pol, t);
184       else
185          return 1 + erf_imp(-z, false, pol, t);
186    }
187 
188    T result;
189 
190    //
191    // Big bunch of selection statements now to pick
192    // which implementation to use,
193    // try to put most likely options first:
194    //
195    if(z < 0.5)
196    {
197       //
198       // We're going to calculate erf:
199       //
200       if(z < 1e-10)
201       {
202          if(z == 0)
203          {
204             result = T(0);
205          }
206          else
207          {
208             result = static_cast<T>(z * 1.125f + z * 0.003379167095512573896158903121545171688L);
209          }
210       }
211       else
212       {
213          // Maximum Deviation Found:                     1.561e-17
214          // Expected Error Term:                         1.561e-17
215          // Maximum Relative Change in Control Points:   1.155e-04
216          // Max Error found at double precision =        2.961182e-17
217 
218          static const T Y = 1.044948577880859375f;
219          static const T P[] = {
220             0.0834305892146531832907L,
221             -0.338165134459360935041L,
222             -0.0509990735146777432841L,
223             -0.00772758345802133288487L,
224             -0.000322780120964605683831L,
225          };
226          static const T Q[] = {
227             1L,
228             0.455004033050794024546L,
229             0.0875222600142252549554L,
230             0.00858571925074406212772L,
231             0.000370900071787748000569L,
232          };
233          T zz = z * z;
234          result = z * (Y + tools::evaluate_polynomial(P, zz) / tools::evaluate_polynomial(Q, zz));
235       }
236    }
237    else if(invert ? (z < 28) : (z < 5.8f))
238    {
239       //
240       // We'll be calculating erfc:
241       //
242       invert = !invert;
243       if(z < 1.5f)
244       {
245          // Maximum Deviation Found:                     3.702e-17
246          // Expected Error Term:                         3.702e-17
247          // Maximum Relative Change in Control Points:   2.845e-04
248          // Max Error found at double precision =        4.841816e-17
249          static const T Y = 0.405935764312744140625f;
250          static const T P[] = {
251             -0.098090592216281240205L,
252             0.178114665841120341155L,
253             0.191003695796775433986L,
254             0.0888900368967884466578L,
255             0.0195049001251218801359L,
256             0.00180424538297014223957L,
257          };
258          static const T Q[] = {
259             1L,
260             1.84759070983002217845L,
261             1.42628004845511324508L,
262             0.578052804889902404909L,
263             0.12385097467900864233L,
264             0.0113385233577001411017L,
265             0.337511472483094676155e-5L,
266          };
267          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, z - 0.5) / tools::evaluate_polynomial(Q, z - 0.5);
268          result *= exp(-z * z) / z;
269       }
270       else if(z < 2.5f)
271       {
272          // Max Error found at double precision =        6.599585e-18
273          // Maximum Deviation Found:                     3.909e-18
274          // Expected Error Term:                         3.909e-18
275          // Maximum Relative Change in Control Points:   9.886e-05
276          static const T Y = 0.50672817230224609375f;
277          static const T P[] = {
278             -0.0243500476207698441272L,
279             0.0386540375035707201728L,
280             0.04394818964209516296L,
281             0.0175679436311802092299L,
282             0.00323962406290842133584L,
283             0.000235839115596880717416L,
284          };
285          static const T Q[] = {
286             1L,
287             1.53991494948552447182L,
288             0.982403709157920235114L,
289             0.325732924782444448493L,
290             0.0563921837420478160373L,
291             0.00410369723978904575884L,
292          };
293          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, z - 1.5) / tools::evaluate_polynomial(Q, z - 1.5);
294          result *= exp(-z * z) / z;
295       }
296       else if(z < 4.5f)
297       {
298          // Maximum Deviation Found:                     1.512e-17
299          // Expected Error Term:                         1.512e-17
300          // Maximum Relative Change in Control Points:   2.222e-04
301          // Max Error found at double precision =        2.062515e-17
302          static const T Y = 0.5405750274658203125f;
303          static const T P[] = {
304             0.00295276716530971662634L,
305             0.0137384425896355332126L,
306             0.00840807615555585383007L,
307             0.00212825620914618649141L,
308             0.000250269961544794627958L,
309             0.113212406648847561139e-4L,
310          };
311          static const T Q[] = {
312             1L,
313             1.04217814166938418171L,
314             0.442597659481563127003L,
315             0.0958492726301061423444L,
316             0.0105982906484876531489L,
317             0.000479411269521714493907L,
318          };
319          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, z - 3.5) / tools::evaluate_polynomial(Q, z - 3.5);
320          result *= exp(-z * z) / z;
321       }
322       else
323       {
324          // Max Error found at double precision =        2.997958e-17
325          // Maximum Deviation Found:                     2.860e-17
326          // Expected Error Term:                         2.859e-17
327          // Maximum Relative Change in Control Points:   1.357e-05
328          static const T Y = 0.5579090118408203125f;
329          static const T P[] = {
330             0.00628057170626964891937L,
331             0.0175389834052493308818L,
332             -0.212652252872804219852L,
333             -0.687717681153649930619L,
334             -2.5518551727311523996L,
335             -3.22729451764143718517L,
336             -2.8175401114513378771L,
337          };
338          static const T Q[] = {
339             1L,
340             2.79257750980575282228L,
341             11.0567237927800161565L,
342             15.930646027911794143L,
343             22.9367376522880577224L,
344             13.5064170191802889145L,
345             5.48409182238641741584L,
346          };
347          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, 1 / z) / tools::evaluate_polynomial(Q, 1 / z);
348          result *= exp(-z * z) / z;
349       }
350    }
351    else
352    {
353       //
354       // Any value of z larger than 28 will underflow to zero:
355       //
356       result = 0;
357       invert = !invert;
358    }
359 
360    if(invert)
361    {
362       result = 1 - result;
363    }
364 
365    return result;
366 } // template <class T, class L>T erf_imp(T z, bool invert, const L& l, const mpl::int_<53>& t)
367 
368 
369 template <class T, class Policy>
370 T erf_imp(T z, bool invert, const Policy& pol, const mpl::int_<64>& t)
371 {
372    BOOST_MATH_STD_USING
373 
374    BOOST_MATH_INSTRUMENT_CODE("64-bit precision erf_imp called");
375 
376    if(z < 0)
377    {
378       if(!invert)
379          return -erf_imp(-z, invert, pol, t);
380       else if(z < -0.5)
381          return 2 - erf_imp(-z, invert, pol, t);
382       else
383          return 1 + erf_imp(-z, false, pol, t);
384    }
385 
386    T result;
387 
388    //
389    // Big bunch of selection statements now to pick which
390    // implementation to use, try to put most likely options
391    // first:
392    //
393    if(z < 0.5)
394    {
395       //
396       // We're going to calculate erf:
397       //
398       if(z == 0)
399       {
400          result = 0;
401       }
402       else if(z < 1e-10)
403       {
404          result = z * 1.125 + z * 0.003379167095512573896158903121545171688L;
405       }
406       else
407       {
408          // Max Error found at long double precision =   1.623299e-20
409          // Maximum Deviation Found:                     4.326e-22
410          // Expected Error Term:                         -4.326e-22
411          // Maximum Relative Change in Control Points:   1.474e-04
412          static const T Y = 1.044948577880859375f;
413          static const T P[] = {
414             0.0834305892146531988966L,
415             -0.338097283075565413695L,
416             -0.0509602734406067204596L,
417             -0.00904906346158537794396L,
418             -0.000489468651464798669181L,
419             -0.200305626366151877759e-4L,
420          };
421          static const T Q[] = {
422             1L,
423             0.455817300515875172439L,
424             0.0916537354356241792007L,
425             0.0102722652675910031202L,
426             0.000650511752687851548735L,
427             0.189532519105655496778e-4L,
428          };
429          result = z * (Y + tools::evaluate_polynomial(P, z * z) / tools::evaluate_polynomial(Q, z * z));
430       }
431    }
432    else if(invert ? (z < 110) : (z < 6.4f))
433    {
434       //
435       // We'll be calculating erfc:
436       //
437       invert = !invert;
438       if(z < 1.5)
439       {
440          // Max Error found at long double precision =   3.239590e-20
441          // Maximum Deviation Found:                     2.241e-20
442          // Expected Error Term:                         -2.241e-20
443          // Maximum Relative Change in Control Points:   5.110e-03
444          static const T Y = 0.405935764312744140625f;
445          static const T P[] = {
446             -0.0980905922162812031672L,
447             0.159989089922969141329L,
448             0.222359821619935712378L,
449             0.127303921703577362312L,
450             0.0384057530342762400273L,
451             0.00628431160851156719325L,
452             0.000441266654514391746428L,
453             0.266689068336295642561e-7L,
454          };
455          static const T Q[] = {
456             1L,
457             2.03237474985469469291L,
458             1.78355454954969405222L,
459             0.867940326293760578231L,
460             0.248025606990021698392L,
461             0.0396649631833002269861L,
462             0.00279220237309449026796L,
463          };
464          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, z - 0.5f) / tools::evaluate_polynomial(Q, z - 0.5f);
465          result *= exp(-z * z) / z;
466       }
467       else if(z < 2.5)
468       {
469          // Max Error found at long double precision =   3.686211e-21
470          // Maximum Deviation Found:                     1.495e-21
471          // Expected Error Term:                         -1.494e-21
472          // Maximum Relative Change in Control Points:   1.793e-04
473          static const T Y = 0.50672817230224609375f;
474          static const T P[] = {
475             -0.024350047620769840217L,
476             0.0343522687935671451309L,
477             0.0505420824305544949541L,
478             0.0257479325917757388209L,
479             0.00669349844190354356118L,
480             0.00090807914416099524444L,
481             0.515917266698050027934e-4L,
482          };
483          static const T Q[] = {
484             1L,
485             1.71657861671930336344L,
486             1.26409634824280366218L,
487             0.512371437838969015941L,
488             0.120902623051120950935L,
489             0.0158027197831887485261L,
490             0.000897871370778031611439L,
491          };
492          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, z - 1.5f) / tools::evaluate_polynomial(Q, z - 1.5f);
493          result *= exp(-z * z) / z;
494       }
495       else if(z < 4.5)
496       {
497          // Maximum Deviation Found:                     1.107e-20
498          // Expected Error Term:                         -1.106e-20
499          // Maximum Relative Change in Control Points:   1.709e-04
500          // Max Error found at long double precision =   1.446908e-20
501          static const T Y  = 0.5405750274658203125f;
502          static const T P[] = {
503             0.0029527671653097284033L,
504             0.0141853245895495604051L,
505             0.0104959584626432293901L,
506             0.00343963795976100077626L,
507             0.00059065441194877637899L,
508             0.523435380636174008685e-4L,
509             0.189896043050331257262e-5L,
510          };
511          static const T Q[] = {
512             1L,
513             1.19352160185285642574L,
514             0.603256964363454392857L,
515             0.165411142458540585835L,
516             0.0259729870946203166468L,
517             0.00221657568292893699158L,
518             0.804149464190309799804e-4L,
519          };
520          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, z - 3.5f) / tools::evaluate_polynomial(Q, z - 3.5f);
521          result *= exp(-z * z) / z;
522       }
523       else
524       {
525          // Max Error found at long double precision =   7.961166e-21
526          // Maximum Deviation Found:                     6.677e-21
527          // Expected Error Term:                         6.676e-21
528          // Maximum Relative Change in Control Points:   2.319e-05
529          static const T Y = 0.55825519561767578125f;
530          static const T P[] = {
531             0.00593438793008050214106L,
532             0.0280666231009089713937L,
533             -0.141597835204583050043L,
534             -0.978088201154300548842L,
535             -5.47351527796012049443L,
536             -13.8677304660245326627L,
537             -27.1274948720539821722L,
538             -29.2545152747009461519L,
539             -16.8865774499799676937L,
540          };
541          static const T Q[] = {
542             1L,
543             4.72948911186645394541L,
544             23.6750543147695749212L,
545             60.0021517335693186785L,
546             131.766251645149522868L,
547             178.167924971283482513L,
548             182.499390505915222699L,
549             104.365251479578577989L,
550             30.8365511891224291717L,
551          };
552          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, 1 / z) / tools::evaluate_polynomial(Q, 1 / z);
553          result *= exp(-z * z) / z;
554       }
555    }
556    else
557    {
558       //
559       // Any value of z larger than 110 will underflow to zero:
560       //
561       result = 0;
562       invert = !invert;
563    }
564 
565    if(invert)
566    {
567       result = 1 - result;
568    }
569 
570    return result;
571 } // template <class T, class L>T erf_imp(T z, bool invert, const L& l, const mpl::int_<64>& t)
572 
573 
574 template <class T, class Policy>
575 T erf_imp(T z, bool invert, const Policy& pol, const mpl::int_<113>& t)
576 {
577    BOOST_MATH_STD_USING
578 
579    BOOST_MATH_INSTRUMENT_CODE("113-bit precision erf_imp called");
580 
581    if(z < 0)
582    {
583       if(!invert)
584          return -erf_imp(-z, invert, pol, t);
585       else if(z < -0.5)
586          return 2 - erf_imp(-z, invert, pol, t);
587       else
588          return 1 + erf_imp(-z, false, pol, t);
589    }
590 
591    T result;
592 
593    //
594    // Big bunch of selection statements now to pick which
595    // implementation to use, try to put most likely options
596    // first:
597    //
598    if(z < 0.5)
599    {
600       //
601       // We're going to calculate erf:
602       //
603       if(z == 0)
604       {
605          result = 0;
606       }
607       else if(z < 1e-20)
608       {
609          result = z * 1.125 + z * 0.003379167095512573896158903121545171688L;
610       }
611       else
612       {
613          // Max Error found at long double precision =   2.342380e-35
614          // Maximum Deviation Found:                     6.124e-36
615          // Expected Error Term:                         -6.124e-36
616          // Maximum Relative Change in Control Points:   3.492e-10
617          static const T Y = 1.0841522216796875f;
618          static const T P[] = {
619             0.0442269454158250738961589031215451778L,
620             -0.35549265736002144875335323556961233L,
621             -0.0582179564566667896225454670863270393L,
622             -0.0112694696904802304229950538453123925L,
623             -0.000805730648981801146251825329609079099L,
624             -0.566304966591936566229702842075966273e-4L,
625             -0.169655010425186987820201021510002265e-5L,
626             -0.344448249920445916714548295433198544e-7L,
627          };
628          static const T Q[] = {
629             1L,
630             0.466542092785657604666906909196052522L,
631             0.100005087012526447295176964142107611L,
632             0.0128341535890117646540050072234142603L,
633             0.00107150448466867929159660677016658186L,
634             0.586168368028999183607733369248338474e-4L,
635             0.196230608502104324965623171516808796e-5L,
636             0.313388521582925207734229967907890146e-7L,
637          };
638          result = z * (Y + tools::evaluate_polynomial(P, z * z) / tools::evaluate_polynomial(Q, z * z));
639       }
640    }
641    else if(invert ? (z < 110) : (z < 8.65f))
642    {
643       //
644       // We'll be calculating erfc:
645       //
646       invert = !invert;
647       if(z < 1)
648       {
649          // Max Error found at long double precision =   3.246278e-35
650          // Maximum Deviation Found:                     1.388e-35
651          // Expected Error Term:                         1.387e-35
652          // Maximum Relative Change in Control Points:   6.127e-05
653          static const T Y = 0.371877193450927734375f;
654          static const T P[] = {
655             -0.0640320213544647969396032886581290455L,
656             0.200769874440155895637857443946706731L,
657             0.378447199873537170666487408805779826L,
658             0.30521399466465939450398642044975127L,
659             0.146890026406815277906781824723458196L,
660             0.0464837937749539978247589252732769567L,
661             0.00987895759019540115099100165904822903L,
662             0.00137507575429025512038051025154301132L,
663             0.0001144764551085935580772512359680516L,
664             0.436544865032836914773944382339900079e-5L,
665          };
666          static const T Q[] = {
667             1L,
668             2.47651182872457465043733800302427977L,
669             2.78706486002517996428836400245547955L,
670             1.87295924621659627926365005293130693L,
671             0.829375825174365625428280908787261065L,
672             0.251334771307848291593780143950311514L,
673             0.0522110268876176186719436765734722473L,
674             0.00718332151250963182233267040106902368L,
675             0.000595279058621482041084986219276392459L,
676             0.226988669466501655990637599399326874e-4L,
677             0.270666232259029102353426738909226413e-10L,
678          };
679          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, z - 0.5f) / tools::evaluate_polynomial(Q, z - 0.5f);
680          result *= exp(-z * z) / z;
681       }
682       else if(z < 1.5)
683       {
684          // Max Error found at long double precision =   2.215785e-35
685          // Maximum Deviation Found:                     1.539e-35
686          // Expected Error Term:                         1.538e-35
687          // Maximum Relative Change in Control Points:   6.104e-05
688          static const T Y = 0.45658016204833984375f;
689          static const T P[] = {
690             -0.0289965858925328393392496555094848345L,
691             0.0868181194868601184627743162571779226L,
692             0.169373435121178901746317404936356745L,
693             0.13350446515949251201104889028133486L,
694             0.0617447837290183627136837688446313313L,
695             0.0185618495228251406703152962489700468L,
696             0.00371949406491883508764162050169531013L,
697             0.000485121708792921297742105775823900772L,
698             0.376494706741453489892108068231400061e-4L,
699             0.133166058052466262415271732172490045e-5L,
700          };
701          static const T Q[] = {
702             1L,
703             2.32970330146503867261275580968135126L,
704             2.46325715420422771961250513514928746L,
705             1.55307882560757679068505047390857842L,
706             0.644274289865972449441174485441409076L,
707             0.182609091063258208068606847453955649L,
708             0.0354171651271241474946129665801606795L,
709             0.00454060370165285246451879969534083997L,
710             0.000349871943711566546821198612518656486L,
711             0.123749319840299552925421880481085392e-4L,
712          };
713          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, z - 1.0f) / tools::evaluate_polynomial(Q, z - 1.0f);
714          result *= exp(-z * z) / z;
715       }
716       else if(z < 2.25)
717       {
718          // Maximum Deviation Found:                     1.418e-35
719          // Expected Error Term:                         1.418e-35
720          // Maximum Relative Change in Control Points:   1.316e-04
721          // Max Error found at long double precision =   1.998462e-35
722          static const T Y = 0.50250148773193359375f;
723          static const T P[] = {
724             -0.0201233630504573402185161184151016606L,
725             0.0331864357574860196516686996302305002L,
726             0.0716562720864787193337475444413405461L,
727             0.0545835322082103985114927569724880658L,
728             0.0236692635189696678976549720784989593L,
729             0.00656970902163248872837262539337601845L,
730             0.00120282643299089441390490459256235021L,
731             0.000142123229065182650020762792081622986L,
732             0.991531438367015135346716277792989347e-5L,
733             0.312857043762117596999398067153076051e-6L,
734          };
735          static const T Q[] = {
736             1L,
737             2.13506082409097783827103424943508554L,
738             2.06399257267556230937723190496806215L,
739             1.18678481279932541314830499880691109L,
740             0.447733186643051752513538142316799562L,
741             0.11505680005657879437196953047542148L,
742             0.020163993632192726170219663831914034L,
743             0.00232708971840141388847728782209730585L,
744             0.000160733201627963528519726484608224112L,
745             0.507158721790721802724402992033269266e-5L,
746             0.18647774409821470950544212696270639e-12L,
747          };
748          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, z - 1.5f) / tools::evaluate_polynomial(Q, z - 1.5f);
749          result *= exp(-z * z) / z;
750       }
751       else if (z < 3)
752       {
753          // Maximum Deviation Found:                     3.575e-36
754          // Expected Error Term:                         3.575e-36
755          // Maximum Relative Change in Control Points:   7.103e-05
756          // Max Error found at long double precision =   5.794737e-36
757          static const T Y = 0.52896785736083984375f;
758          static const T P[] = {
759             -0.00902152521745813634562524098263360074L,
760             0.0145207142776691539346923710537580927L,
761             0.0301681239582193983824211995978678571L,
762             0.0215548540823305814379020678660434461L,
763             0.00864683476267958365678294164340749949L,
764             0.00219693096885585491739823283511049902L,
765             0.000364961639163319762492184502159894371L,
766             0.388174251026723752769264051548703059e-4L,
767             0.241918026931789436000532513553594321e-5L,
768             0.676586625472423508158937481943649258e-7L,
769          };
770          static const T Q[] = {
771             1L,
772             1.93669171363907292305550231764920001L,
773             1.69468476144051356810672506101377494L,
774             0.880023580986436640372794392579985511L,
775             0.299099106711315090710836273697708402L,
776             0.0690593962363545715997445583603382337L,
777             0.0108427016361318921960863149875360222L,
778             0.00111747247208044534520499324234317695L,
779             0.686843205749767250666787987163701209e-4L,
780             0.192093541425429248675532015101904262e-5L,
781          };
782          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, z - 2.25f) / tools::evaluate_polynomial(Q, z - 2.25f);
783          result *= exp(-z * z) / z;
784       }
785       else if(z < 3.5)
786       {
787          // Maximum Deviation Found:                     8.126e-37
788          // Expected Error Term:                         -8.126e-37
789          // Maximum Relative Change in Control Points:   1.363e-04
790          // Max Error found at long double precision =   1.747062e-36
791          static const T Y = 0.54037380218505859375f;
792          static const T P[] = {
793             -0.0033703486408887424921155540591370375L,
794             0.0104948043110005245215286678898115811L,
795             0.0148530118504000311502310457390417795L,
796             0.00816693029245443090102738825536188916L,
797             0.00249716579989140882491939681805594585L,
798             0.0004655591010047353023978045800916647L,
799             0.531129557920045295895085236636025323e-4L,
800             0.343526765122727069515775194111741049e-5L,
801             0.971120407556888763695313774578711839e-7L,
802          };
803          static const T Q[] = {
804             1L,
805             1.59911256167540354915906501335919317L,
806             1.136006830764025173864831382946934L,
807             0.468565867990030871678574840738423023L,
808             0.122821824954470343413956476900662236L,
809             0.0209670914950115943338996513330141633L,
810             0.00227845718243186165620199012883547257L,
811             0.000144243326443913171313947613547085553L,
812             0.407763415954267700941230249989140046e-5L,
813          };
814          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, z - 3.0f) / tools::evaluate_polynomial(Q, z - 3.0f);
815          result *= exp(-z * z) / z;
816       }
817       else if(z < 5.5)
818       {
819          // Maximum Deviation Found:                     5.804e-36
820          // Expected Error Term:                         -5.803e-36
821          // Maximum Relative Change in Control Points:   2.475e-05
822          // Max Error found at long double precision =   1.349545e-35
823          static const T Y = 0.55000019073486328125f;
824          static const T P[] = {
825             0.00118142849742309772151454518093813615L,
826             0.0072201822885703318172366893469382745L,
827             0.0078782276276860110721875733778481505L,
828             0.00418229166204362376187593976656261146L,
829             0.00134198400587769200074194304298642705L,
830             0.000283210387078004063264777611497435572L,
831             0.405687064094911866569295610914844928e-4L,
832             0.39348283801568113807887364414008292e-5L,
833             0.248798540917787001526976889284624449e-6L,
834             0.929502490223452372919607105387474751e-8L,
835             0.156161469668275442569286723236274457e-9L,
836          };
837          static const T Q[] = {
838             1L,
839             1.52955245103668419479878456656709381L,
840             1.06263944820093830054635017117417064L,
841             0.441684612681607364321013134378316463L,
842             0.121665258426166960049773715928906382L,
843             0.0232134512374747691424978642874321434L,
844             0.00310778180686296328582860464875562636L,
845             0.000288361770756174705123674838640161693L,
846             0.177529187194133944622193191942300132e-4L,
847             0.655068544833064069223029299070876623e-6L,
848             0.11005507545746069573608988651927452e-7L,
849          };
850          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, z - 4.5f) / tools::evaluate_polynomial(Q, z - 4.5f);
851          result *= exp(-z * z) / z;
852       }
853       else if(z < 7.5)
854       {
855          // Maximum Deviation Found:                     1.007e-36
856          // Expected Error Term:                         1.007e-36
857          // Maximum Relative Change in Control Points:   1.027e-03
858          // Max Error found at long double precision =   2.646420e-36
859          static const T Y = 0.5574436187744140625f;
860          static const T P[] = {
861             0.000293236907400849056269309713064107674L,
862             0.00225110719535060642692275221961480162L,
863             0.00190984458121502831421717207849429799L,
864             0.000747757733460111743833929141001680706L,
865             0.000170663175280949889583158597373928096L,
866             0.246441188958013822253071608197514058e-4L,
867             0.229818000860544644974205957895688106e-5L,
868             0.134886977703388748488480980637704864e-6L,
869             0.454764611880548962757125070106650958e-8L,
870             0.673002744115866600294723141176820155e-10L,
871          };
872          static const T Q[] = {
873             1L,
874             1.12843690320861239631195353379313367L,
875             0.569900657061622955362493442186537259L,
876             0.169094404206844928112348730277514273L,
877             0.0324887449084220415058158657252147063L,
878             0.00419252877436825753042680842608219552L,
879             0.00036344133176118603523976748563178578L,
880             0.204123895931375107397698245752850347e-4L,
881             0.674128352521481412232785122943508729e-6L,
882             0.997637501418963696542159244436245077e-8L,
883          };
884          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, z - 6.5f) / tools::evaluate_polynomial(Q, z - 6.5f);
885          result *= exp(-z * z) / z;
886       }
887       else if(z < 11.5)
888       {
889          // Maximum Deviation Found:                     8.380e-36
890          // Expected Error Term:                         8.380e-36
891          // Maximum Relative Change in Control Points:   2.632e-06
892          // Max Error found at long double precision =   9.849522e-36
893          static const T Y = 0.56083202362060546875f;
894          static const T P[] = {
895             0.000282420728751494363613829834891390121L,
896             0.00175387065018002823433704079355125161L,
897             0.0021344978564889819420775336322920375L,
898             0.00124151356560137532655039683963075661L,
899             0.000423600733566948018555157026862139644L,
900             0.914030340865175237133613697319509698e-4L,
901             0.126999927156823363353809747017945494e-4L,
902             0.110610959842869849776179749369376402e-5L,
903             0.55075079477173482096725348704634529e-7L,
904             0.119735694018906705225870691331543806e-8L,
905          };
906          static const T Q[] = {
907             1L,
908             1.69889613396167354566098060039549882L,
909             1.28824647372749624464956031163282674L,
910             0.572297795434934493541628008224078717L,
911             0.164157697425571712377043857240773164L,
912             0.0315311145224594430281219516531649562L,
913             0.00405588922155632380812945849777127458L,
914             0.000336929033691445666232029762868642417L,
915             0.164033049810404773469413526427932109e-4L,
916             0.356615210500531410114914617294694857e-6L,
917          };
918          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, z / 2 - 4.75f) / tools::evaluate_polynomial(Q, z / 2 - 4.75f);
919          result *= exp(-z * z) / z;
920       }
921       else
922       {
923          // Maximum Deviation Found:                     1.132e-35
924          // Expected Error Term:                         -1.132e-35
925          // Maximum Relative Change in Control Points:   4.674e-04
926          // Max Error found at long double precision =   1.162590e-35
927          static const T Y = 0.5632686614990234375f;
928          static const T P[] = {
929             0.000920922048732849448079451574171836943L,
930             0.00321439044532288750501700028748922439L,
931             -0.250455263029390118657884864261823431L,
932             -0.906807635364090342031792404764598142L,
933             -8.92233572835991735876688745989985565L,
934             -21.7797433494422564811782116907878495L,
935             -91.1451915251976354349734589601171659L,
936             -144.1279109655993927069052125017673L,
937             -313.845076581796338665519022313775589L,
938             -273.11378811923343424081101235736475L,
939             -271.651566205951067025696102600443452L,
940             -60.0530577077238079968843307523245547L,
941          };
942          static const T Q[] = {
943             1L,
944             3.49040448075464744191022350947892036L,
945             34.3563592467165971295915749548313227L,
946             84.4993232033879023178285731843850461L,
947             376.005865281206894120659401340373818L,
948             629.95369438888946233003926191755125L,
949             1568.35771983533158591604513304269098L,
950             1646.02452040831961063640827116581021L,
951             2299.96860633240298708910425594484895L,
952             1222.73204392037452750381340219906374L,
953             799.359797306084372350264298361110448L,
954             72.7415265778588087243442792401576737L,
955          };
956          result = Y + tools::evaluate_polynomial(P, 1 / z) / tools::evaluate_polynomial(Q, 1 / z);
957          result *= exp(-z * z) / z;
958       }
959    }
960    else
961    {
962       //
963       // Any value of z larger than 110 will underflow to zero:
964       //
965       result = 0;
966       invert = !invert;
967    }
968 
969    if(invert)
970    {
971       result = 1 - result;
972    }
973 
974    return result;
975 } // template <class T, class L>T erf_imp(T z, bool invert, const L& l, const mpl::int_<113>& t)
976 
977 } // namespace detail
978 
979 template <class T, class Policy>
erf(T z,const Policy &)980 inline typename tools::promote_args<T>::type erf(T z, const Policy& /* pol */)
981 {
982    typedef typename tools::promote_args<T>::type result_type;
983    typedef typename policies::evaluation<result_type, Policy>::type value_type;
984    typedef typename policies::precision<result_type, Policy>::type precision_type;
985    typedef typename policies::normalise<
986       Policy,
987       policies::promote_float<false>,
988       policies::promote_double<false>,
989       policies::discrete_quantile<>,
990       policies::assert_undefined<> >::type forwarding_policy;
991 
992    BOOST_MATH_INSTRUMENT_CODE("result_type = " << typeid(result_type).name());
993    BOOST_MATH_INSTRUMENT_CODE("value_type = " << typeid(value_type).name());
994    BOOST_MATH_INSTRUMENT_CODE("precision_type = " << typeid(precision_type).name());
995 
996    typedef typename mpl::if_<
997       mpl::less_equal<precision_type, mpl::int_<0> >,
998       mpl::int_<0>,
999       typename mpl::if_<
1000          mpl::less_equal<precision_type, mpl::int_<53> >,
1001          mpl::int_<53>,  // double
1002          typename mpl::if_<
1003             mpl::less_equal<precision_type, mpl::int_<64> >,
1004             mpl::int_<64>, // 80-bit long double
1005             typename mpl::if_<
1006                mpl::less_equal<precision_type, mpl::int_<113> >,
1007                mpl::int_<113>, // 128-bit long double
1008                mpl::int_<0> // too many bits, use generic version.
1009             >::type
1010          >::type
1011       >::type
1012    >::type tag_type;
1013 
1014    BOOST_MATH_INSTRUMENT_CODE("tag_type = " << typeid(tag_type).name());
1015 
1016    return policies::checked_narrowing_cast<result_type, forwarding_policy>(detail::erf_imp(
1017       static_cast<value_type>(z),
1018       false,
1019       forwarding_policy(),
1020       tag_type()), "boost::math::erf<%1%>(%1%, %1%)");
1021 }
1022 
1023 template <class T, class Policy>
erfc(T z,const Policy &)1024 inline typename tools::promote_args<T>::type erfc(T z, const Policy& /* pol */)
1025 {
1026    typedef typename tools::promote_args<T>::type result_type;
1027    typedef typename policies::evaluation<result_type, Policy>::type value_type;
1028    typedef typename policies::precision<result_type, Policy>::type precision_type;
1029    typedef typename policies::normalise<
1030       Policy,
1031       policies::promote_float<false>,
1032       policies::promote_double<false>,
1033       policies::discrete_quantile<>,
1034       policies::assert_undefined<> >::type forwarding_policy;
1035 
1036    BOOST_MATH_INSTRUMENT_CODE("result_type = " << typeid(result_type).name());
1037    BOOST_MATH_INSTRUMENT_CODE("value_type = " << typeid(value_type).name());
1038    BOOST_MATH_INSTRUMENT_CODE("precision_type = " << typeid(precision_type).name());
1039 
1040    typedef typename mpl::if_<
1041       mpl::less_equal<precision_type, mpl::int_<0> >,
1042       mpl::int_<0>,
1043       typename mpl::if_<
1044          mpl::less_equal<precision_type, mpl::int_<53> >,
1045          mpl::int_<53>,  // double
1046          typename mpl::if_<
1047             mpl::less_equal<precision_type, mpl::int_<64> >,
1048             mpl::int_<64>, // 80-bit long double
1049             typename mpl::if_<
1050                mpl::less_equal<precision_type, mpl::int_<113> >,
1051                mpl::int_<113>, // 128-bit long double
1052                mpl::int_<0> // too many bits, use generic version.
1053             >::type
1054          >::type
1055       >::type
1056    >::type tag_type;
1057 
1058    BOOST_MATH_INSTRUMENT_CODE("tag_type = " << typeid(tag_type).name());
1059 
1060    return policies::checked_narrowing_cast<result_type, forwarding_policy>(detail::erf_imp(
1061       static_cast<value_type>(z),
1062       true,
1063       forwarding_policy(),
1064       tag_type()), "boost::math::erfc<%1%>(%1%, %1%)");
1065 }
1066 
1067 template <class T>
erf(T z)1068 inline typename tools::promote_args<T>::type erf(T z)
1069 {
1070    return boost::math::erf(z, policies::policy<>());
1071 }
1072 
1073 template <class T>
erfc(T z)1074 inline typename tools::promote_args<T>::type erfc(T z)
1075 {
1076    return boost::math::erfc(z, policies::policy<>());
1077 }
1078 
1079 } // namespace math
1080 } // namespace boost
1081 
1082 #include <boost/math/special_functions/detail/erf_inv.hpp>
1083 
1084 #endif // BOOST_MATH_SPECIAL_ERF_HPP
1085 
1086 
1087 
1088 
1089