~ubuntu-branches/ubuntu/karmic/python-scipy/karmic

« back to all changes in this revision

Viewing changes to Lib/special/amos/zbesj.f

  • Committer: Bazaar Package Importer
  • Author(s): Daniel T. Chen (new)
  • Date: 2005-03-16 02:15:29 UTC
  • Revision ID: james.westby@ubuntu.com-20050316021529-xrjlowsejs0cijig
Tags: upstream-0.3.2
ImportĀ upstreamĀ versionĀ 0.3.2

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
 
1
      SUBROUTINE ZBESJ(ZR, ZI, FNU, KODE, N, CYR, CYI, NZ, IERR)
 
2
C***BEGIN PROLOGUE  ZBESJ
 
3
C***DATE WRITTEN   830501   (YYMMDD)
 
4
C***REVISION DATE  890801   (YYMMDD)
 
5
C***CATEGORY NO.  B5K
 
6
C***KEYWORDS  J-BESSEL FUNCTION,BESSEL FUNCTION OF COMPLEX ARGUMENT,
 
7
C             BESSEL FUNCTION OF FIRST KIND
 
8
C***AUTHOR  AMOS, DONALD E., SANDIA NATIONAL LABORATORIES
 
9
C***PURPOSE  TO COMPUTE THE J-BESSEL FUNCTION OF A COMPLEX ARGUMENT
 
10
C***DESCRIPTION
 
11
C
 
12
C                      ***A DOUBLE PRECISION ROUTINE***
 
13
C         ON KODE=1, CBESJ COMPUTES AN N MEMBER  SEQUENCE OF COMPLEX
 
14
C         BESSEL FUNCTIONS CY(I)=J(FNU+I-1,Z) FOR REAL, NONNEGATIVE
 
15
C         ORDERS FNU+I-1, I=1,...,N AND COMPLEX Z IN THE CUT PLANE
 
16
C         -PI.LT.ARG(Z).LE.PI. ON KODE=2, CBESJ RETURNS THE SCALED
 
17
C         FUNCTIONS
 
18
C
 
19
C         CY(I)=EXP(-ABS(Y))*J(FNU+I-1,Z)   I = 1,...,N , Y=AIMAG(Z)
 
20
C
 
21
C         WHICH REMOVE THE EXPONENTIAL GROWTH IN BOTH THE UPPER AND
 
22
C         LOWER HALF PLANES FOR Z TO INFINITY. DEFINITIONS AND NOTATION
 
23
C         ARE FOUND IN THE NBS HANDBOOK OF MATHEMATICAL FUNCTIONS
 
24
C         (REF. 1).
 
25
C
 
26
C         INPUT      ZR,ZI,FNU ARE DOUBLE PRECISION
 
27
C           ZR,ZI  - Z=CMPLX(ZR,ZI),  -PI.LT.ARG(Z).LE.PI
 
28
C           FNU    - ORDER OF INITIAL J FUNCTION, FNU.GE.0.0D0
 
29
C           KODE   - A PARAMETER TO INDICATE THE SCALING OPTION
 
30
C                    KODE= 1  RETURNS
 
31
C                             CY(I)=J(FNU+I-1,Z), I=1,...,N
 
32
C                        = 2  RETURNS
 
33
C                             CY(I)=J(FNU+I-1,Z)EXP(-ABS(Y)), I=1,...,N
 
34
C           N      - NUMBER OF MEMBERS OF THE SEQUENCE, N.GE.1
 
35
C
 
36
C         OUTPUT     CYR,CYI ARE DOUBLE PRECISION
 
37
C           CYR,CYI- DOUBLE PRECISION VECTORS WHOSE FIRST N COMPONENTS
 
38
C                    CONTAIN REAL AND IMAGINARY PARTS FOR THE SEQUENCE
 
39
C                    CY(I)=J(FNU+I-1,Z)  OR
 
40
C                    CY(I)=J(FNU+I-1,Z)EXP(-ABS(Y))  I=1,...,N
 
41
C                    DEPENDING ON KODE, Y=AIMAG(Z).
 
42
C           NZ     - NUMBER OF COMPONENTS SET TO ZERO DUE TO UNDERFLOW,
 
43
C                    NZ= 0   , NORMAL RETURN
 
44
C                    NZ.GT.0 , LAST NZ COMPONENTS OF CY SET  ZERO DUE
 
45
C                              TO UNDERFLOW, CY(I)=CMPLX(0.0D0,0.0D0),
 
46
C                              I = N-NZ+1,...,N
 
47
C           IERR   - ERROR FLAG
 
48
C                    IERR=0, NORMAL RETURN - COMPUTATION COMPLETED
 
49
C                    IERR=1, INPUT ERROR   - NO COMPUTATION
 
50
C                    IERR=2, OVERFLOW      - NO COMPUTATION, AIMAG(Z)
 
51
C                            TOO LARGE ON KODE=1
 
52
C                    IERR=3, CABS(Z) OR FNU+N-1 LARGE - COMPUTATION DONE
 
53
C                            BUT LOSSES OF SIGNIFCANCE BY ARGUMENT
 
54
C                            REDUCTION PRODUCE LESS THAN HALF OF MACHINE
 
55
C                            ACCURACY
 
56
C                    IERR=4, CABS(Z) OR FNU+N-1 TOO LARGE - NO COMPUTA-
 
57
C                            TION BECAUSE OF COMPLETE LOSSES OF SIGNIFI-
 
58
C                            CANCE BY ARGUMENT REDUCTION
 
59
C                    IERR=5, ERROR              - NO COMPUTATION,
 
60
C                            ALGORITHM TERMINATION CONDITION NOT MET
 
61
C
 
62
C***LONG DESCRIPTION
 
63
C
 
64
C         THE COMPUTATION IS CARRIED OUT BY THE FORMULA
 
65
C
 
66
C         J(FNU,Z)=EXP( FNU*PI*I/2)*I(FNU,-I*Z)    AIMAG(Z).GE.0.0
 
67
C
 
68
C         J(FNU,Z)=EXP(-FNU*PI*I/2)*I(FNU, I*Z)    AIMAG(Z).LT.0.0
 
69
C
 
70
C         WHERE I**2 = -1 AND I(FNU,Z) IS THE I BESSEL FUNCTION.
 
71
C
 
72
C         FOR NEGATIVE ORDERS,THE FORMULA
 
73
C
 
74
C              J(-FNU,Z) = J(FNU,Z)*COS(PI*FNU) - Y(FNU,Z)*SIN(PI*FNU)
 
75
C
 
76
C         CAN BE USED. HOWEVER,FOR LARGE ORDERS CLOSE TO INTEGERS, THE
 
77
C         THE FUNCTION CHANGES RADICALLY. WHEN FNU IS A LARGE POSITIVE
 
78
C         INTEGER,THE MAGNITUDE OF J(-FNU,Z)=J(FNU,Z)*COS(PI*FNU) IS A
 
79
C         LARGE NEGATIVE POWER OF TEN. BUT WHEN FNU IS NOT AN INTEGER,
 
80
C         Y(FNU,Z) DOMINATES IN MAGNITUDE WITH A LARGE POSITIVE POWER OF
 
81
C         TEN AND THE MOST THAT THE SECOND TERM CAN BE REDUCED IS BY
 
82
C         UNIT ROUNDOFF FROM THE COEFFICIENT. THUS, WIDE CHANGES CAN
 
83
C         OCCUR WITHIN UNIT ROUNDOFF OF A LARGE INTEGER FOR FNU. HERE,
 
84
C         LARGE MEANS FNU.GT.CABS(Z).
 
85
C
 
86
C         IN MOST COMPLEX VARIABLE COMPUTATION, ONE MUST EVALUATE ELE-
 
87
C         MENTARY FUNCTIONS. WHEN THE MAGNITUDE OF Z OR FNU+N-1 IS
 
88
C         LARGE, LOSSES OF SIGNIFICANCE BY ARGUMENT REDUCTION OCCUR.
 
89
C         CONSEQUENTLY, IF EITHER ONE EXCEEDS U1=SQRT(0.5/UR), THEN
 
90
C         LOSSES EXCEEDING HALF PRECISION ARE LIKELY AND AN ERROR FLAG
 
91
C         IERR=3 IS TRIGGERED WHERE UR=DMAX1(D1MACH(4),1.0D-18) IS
 
92
C         DOUBLE PRECISION UNIT ROUNDOFF LIMITED TO 18 DIGITS PRECISION.
 
93
C         IF EITHER IS LARGER THAN U2=0.5/UR, THEN ALL SIGNIFICANCE IS
 
94
C         LOST AND IERR=4. IN ORDER TO USE THE INT FUNCTION, ARGUMENTS
 
95
C         MUST BE FURTHER RESTRICTED NOT TO EXCEED THE LARGEST MACHINE
 
96
C         INTEGER, U3=I1MACH(9). THUS, THE MAGNITUDE OF Z AND FNU+N-1 IS
 
97
C         RESTRICTED BY MIN(U2,U3). ON 32 BIT MACHINES, U1,U2, AND U3
 
98
C         ARE APPROXIMATELY 2.0E+3, 4.2E+6, 2.1E+9 IN SINGLE PRECISION
 
99
C         ARITHMETIC AND 1.3E+8, 1.8E+16, 2.1E+9 IN DOUBLE PRECISION
 
100
C         ARITHMETIC RESPECTIVELY. THIS MAKES U2 AND U3 LIMITING IN
 
101
C         THEIR RESPECTIVE ARITHMETICS. THIS MEANS THAT ONE CAN EXPECT
 
102
C         TO RETAIN, IN THE WORST CASES ON 32 BIT MACHINES, NO DIGITS
 
103
C         IN SINGLE AND ONLY 7 DIGITS IN DOUBLE PRECISION ARITHMETIC.
 
104
C         SIMILAR CONSIDERATIONS HOLD FOR OTHER MACHINES.
 
105
C
 
106
C         THE APPROXIMATE RELATIVE ERROR IN THE MAGNITUDE OF A COMPLEX
 
107
C         BESSEL FUNCTION CAN BE EXPRESSED BY P*10**S WHERE P=MAX(UNIT
 
108
C         ROUNDOFF,1.0E-18) IS THE NOMINAL PRECISION AND 10**S REPRE-
 
109
C         SENTS THE INCREASE IN ERROR DUE TO ARGUMENT REDUCTION IN THE
 
110
C         ELEMENTARY FUNCTIONS. HERE, S=MAX(1,ABS(LOG10(CABS(Z))),
 
111
C         ABS(LOG10(FNU))) APPROXIMATELY (I.E. S=MAX(1,ABS(EXPONENT OF
 
112
C         CABS(Z),ABS(EXPONENT OF FNU)) ). HOWEVER, THE PHASE ANGLE MAY
 
113
C         HAVE ONLY ABSOLUTE ACCURACY. THIS IS MOST LIKELY TO OCCUR WHEN
 
114
C         ONE COMPONENT (IN ABSOLUTE VALUE) IS LARGER THAN THE OTHER BY
 
115
C         SEVERAL ORDERS OF MAGNITUDE. IF ONE COMPONENT IS 10**K LARGER
 
116
C         THAN THE OTHER, THEN ONE CAN EXPECT ONLY MAX(ABS(LOG10(P))-K,
 
117
C         0) SIGNIFICANT DIGITS; OR, STATED ANOTHER WAY, WHEN K EXCEEDS
 
118
C         THE EXPONENT OF P, NO SIGNIFICANT DIGITS REMAIN IN THE SMALLER
 
119
C         COMPONENT. HOWEVER, THE PHASE ANGLE RETAINS ABSOLUTE ACCURACY
 
120
C         BECAUSE, IN COMPLEX ARITHMETIC WITH PRECISION P, THE SMALLER
 
121
C         COMPONENT WILL NOT (AS A RULE) DECREASE BELOW P TIMES THE
 
122
C         MAGNITUDE OF THE LARGER COMPONENT. IN THESE EXTREME CASES,
 
123
C         THE PRINCIPAL PHASE ANGLE IS ON THE ORDER OF +P, -P, PI/2-P,
 
124
C         OR -PI/2+P.
 
125
C
 
126
C***REFERENCES  HANDBOOK OF MATHEMATICAL FUNCTIONS BY M. ABRAMOWITZ
 
127
C                 AND I. A. STEGUN, NBS AMS SERIES 55, U.S. DEPT. OF
 
128
C                 COMMERCE, 1955.
 
129
C
 
130
C               COMPUTATION OF BESSEL FUNCTIONS OF COMPLEX ARGUMENT
 
131
C                 BY D. E. AMOS, SAND83-0083, MAY, 1983.
 
132
C
 
133
C               COMPUTATION OF BESSEL FUNCTIONS OF COMPLEX ARGUMENT
 
134
C                 AND LARGE ORDER BY D. E. AMOS, SAND83-0643, MAY, 1983
 
135
C
 
136
C               A SUBROUTINE PACKAGE FOR BESSEL FUNCTIONS OF A COMPLEX
 
137
C                 ARGUMENT AND NONNEGATIVE ORDER BY D. E. AMOS, SAND85-
 
138
C                 1018, MAY, 1985
 
139
C
 
140
C               A PORTABLE PACKAGE FOR BESSEL FUNCTIONS OF A COMPLEX
 
141
C                 ARGUMENT AND NONNEGATIVE ORDER BY D. E. AMOS, TRANS.
 
142
C                 MATH. SOFTWARE, 1986
 
143
C
 
144
C***ROUTINES CALLED  ZBINU,I1MACH,D1MACH
 
145
C***END PROLOGUE  ZBESJ
 
146
C
 
147
C     COMPLEX CI,CSGN,CY,Z,ZN
 
148
      DOUBLE PRECISION AA, ALIM, ARG, CII, CSGNI, CSGNR, CYI, CYR, DIG,
 
149
     * ELIM, FNU, FNUL, HPI, RL, R1M5, STR, TOL, ZI, ZNI, ZNR, ZR,
 
150
     * D1MACH, BB, FN, AZ, AZABS, ASCLE, RTOL, ATOL, STI
 
151
      INTEGER I, IERR, INU, INUH, IR, K, KODE, K1, K2, N, NL, NZ, I1MACH
 
152
      DIMENSION CYR(N), CYI(N)
 
153
      DATA HPI /1.57079632679489662D0/
 
154
C
 
155
C***FIRST EXECUTABLE STATEMENT  ZBESJ
 
156
      IERR = 0
 
157
      NZ=0
 
158
      IF (FNU.LT.0.0D0) IERR=1
 
159
      IF (KODE.LT.1 .OR. KODE.GT.2) IERR=1
 
160
      IF (N.LT.1) IERR=1
 
161
      IF (IERR.NE.0) RETURN
 
162
C-----------------------------------------------------------------------
 
163
C     SET PARAMETERS RELATED TO MACHINE CONSTANTS.
 
164
C     TOL IS THE APPROXIMATE UNIT ROUNDOFF LIMITED TO 1.0E-18.
 
165
C     ELIM IS THE APPROXIMATE EXPONENTIAL OVER- AND UNDERFLOW LIMIT.
 
166
C     EXP(-ELIM).LT.EXP(-ALIM)=EXP(-ELIM)/TOL    AND
 
167
C     EXP(ELIM).GT.EXP(ALIM)=EXP(ELIM)*TOL       ARE INTERVALS NEAR
 
168
C     UNDERFLOW AND OVERFLOW LIMITS WHERE SCALED ARITHMETIC IS DONE.
 
169
C     RL IS THE LOWER BOUNDARY OF THE ASYMPTOTIC EXPANSION FOR LARGE Z.
 
170
C     DIG = NUMBER OF BASE 10 DIGITS IN TOL = 10**(-DIG).
 
171
C     FNUL IS THE LOWER BOUNDARY OF THE ASYMPTOTIC SERIES FOR LARGE FNU.
 
172
C-----------------------------------------------------------------------
 
173
      TOL = DMAX1(D1MACH(4),1.0D-18)
 
174
      K1 = I1MACH(15)
 
175
      K2 = I1MACH(16)
 
176
      R1M5 = D1MACH(5)
 
177
      K = MIN0(IABS(K1),IABS(K2))
 
178
      ELIM = 2.303D0*(DBLE(FLOAT(K))*R1M5-3.0D0)
 
179
      K1 = I1MACH(14) - 1
 
180
      AA = R1M5*DBLE(FLOAT(K1))
 
181
      DIG = DMIN1(AA,18.0D0)
 
182
      AA = AA*2.303D0
 
183
      ALIM = ELIM + DMAX1(-AA,-41.45D0)
 
184
      RL = 1.2D0*DIG + 3.0D0
 
185
      FNUL = 10.0D0 + 6.0D0*(DIG-3.0D0)
 
186
C-----------------------------------------------------------------------
 
187
C     TEST FOR PROPER RANGE
 
188
C-----------------------------------------------------------------------
 
189
      AZ = AZABS(ZR,ZI)
 
190
      FN = FNU+DBLE(FLOAT(N-1))
 
191
      AA = 0.5D0/TOL
 
192
      BB=DBLE(FLOAT(I1MACH(9)))*0.5D0
 
193
      AA = DMIN1(AA,BB)
 
194
      IF (AZ.GT.AA) GO TO 260
 
195
      IF (FN.GT.AA) GO TO 260
 
196
      AA = DSQRT(AA)
 
197
      IF (AZ.GT.AA) IERR=3
 
198
      IF (FN.GT.AA) IERR=3
 
199
C-----------------------------------------------------------------------
 
200
C     CALCULATE CSGN=EXP(FNU*HPI*I) TO MINIMIZE LOSSES OF SIGNIFICANCE
 
201
C     WHEN FNU IS LARGE
 
202
C-----------------------------------------------------------------------
 
203
      CII = 1.0D0
 
204
      INU = INT(SNGL(FNU))
 
205
      INUH = INU/2
 
206
      IR = INU - 2*INUH
 
207
      ARG = (FNU-DBLE(FLOAT(INU-IR)))*HPI
 
208
      CSGNR = DCOS(ARG)
 
209
      CSGNI = DSIN(ARG)
 
210
      IF (MOD(INUH,2).EQ.0) GO TO 40
 
211
      CSGNR = -CSGNR
 
212
      CSGNI = -CSGNI
 
213
   40 CONTINUE
 
214
C-----------------------------------------------------------------------
 
215
C     ZN IS IN THE RIGHT HALF PLANE
 
216
C-----------------------------------------------------------------------
 
217
      ZNR = ZI
 
218
      ZNI = -ZR
 
219
      IF (ZI.GE.0.0D0) GO TO 50
 
220
      ZNR = -ZNR
 
221
      ZNI = -ZNI
 
222
      CSGNI = -CSGNI
 
223
      CII = -CII
 
224
   50 CONTINUE
 
225
      CALL ZBINU(ZNR, ZNI, FNU, KODE, N, CYR, CYI, NZ, RL, FNUL, TOL,
 
226
     * ELIM, ALIM)
 
227
      IF (NZ.LT.0) GO TO 130
 
228
      NL = N - NZ
 
229
      IF (NL.EQ.0) RETURN
 
230
      RTOL = 1.0D0/TOL
 
231
      ASCLE = D1MACH(1)*RTOL*1.0D+3
 
232
      DO 60 I=1,NL
 
233
C       STR = CYR(I)*CSGNR - CYI(I)*CSGNI
 
234
C       CYI(I) = CYR(I)*CSGNI + CYI(I)*CSGNR
 
235
C       CYR(I) = STR
 
236
        AA = CYR(I)
 
237
        BB = CYI(I)
 
238
        ATOL = 1.0D0
 
239
        IF (DMAX1(DABS(AA),DABS(BB)).GT.ASCLE) GO TO 55
 
240
          AA = AA*RTOL
 
241
          BB = BB*RTOL
 
242
          ATOL = TOL
 
243
   55   CONTINUE
 
244
        STR = AA*CSGNR - BB*CSGNI
 
245
        STI = AA*CSGNI + BB*CSGNR
 
246
        CYR(I) = STR*ATOL
 
247
        CYI(I) = STI*ATOL
 
248
        STR = -CSGNI*CII
 
249
        CSGNI = CSGNR*CII
 
250
        CSGNR = STR
 
251
   60 CONTINUE
 
252
      RETURN
 
253
  130 CONTINUE
 
254
      IF(NZ.EQ.(-2)) GO TO 140
 
255
      NZ = 0
 
256
      IERR = 2
 
257
      RETURN
 
258
  140 CONTINUE
 
259
      NZ=0
 
260
      IERR=5
 
261
      RETURN
 
262
  260 CONTINUE
 
263
      NZ=0
 
264
      IERR=4
 
265
      RETURN
 
266
      END