1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22 package org.hipparchus.special;
23
24 import org.hipparchus.CalculusFieldElement;
25 import org.hipparchus.Field;
26 import org.hipparchus.util.FastMath;
27
28
29
30
31
32
33 public class Erf {
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45 private static final double X_CRIT = 0.4769362762044697;
46
47
48
49
50 private Erf() {}
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74 public static double erf(double x) {
75 if (FastMath.abs(x) > 40) {
76 return x > 0 ? 1 : -1;
77 }
78 final double ret = Gamma.regularizedGammaP(0.5, x * x, 1.0e-15, 10000);
79 return x < 0 ? -ret : ret;
80 }
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105 public static <T extends CalculusFieldElement<T>> T erf(T x) {
106 final Field<T> field = x.getField();
107 final T one = field.getOne();
108
109 if (FastMath.abs(x.getReal()) > 40) {
110 return x.getReal() > 0 ? one : one.negate();
111 }
112 final T ret = Gamma.regularizedGammaP(one.newInstance(0.5), x.square(), 1.0e-15, 10000);
113 return x.getReal() < 0 ? ret.negate() : ret;
114 }
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138 public static double erfc(double x) {
139 if (FastMath.abs(x) > 40) {
140 return x > 0 ? 0 : 2;
141 }
142 final double ret = Gamma.regularizedGammaQ(0.5, x * x, 1.0e-15, 10000);
143 return x < 0 ? 2 - ret : ret;
144 }
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171 public static <T extends CalculusFieldElement<T>> T erfc(T x) {
172 final Field<T> field = x.getField();
173 final T zero = field.getZero();
174 final T one = field.getOne();
175
176 if (FastMath.abs(x.getReal()) > 40) {
177 return x.getReal() > 0 ? zero : one.newInstance(2.);
178 }
179 final T ret = Gamma.regularizedGammaQ(one.newInstance(0.5), x.square(), 1.0e-15, 10000);
180 return x.getReal() < 0 ? ret.negate().add(2.) : ret;
181 }
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193 public static double erf(double x1, double x2) {
194 if(x1 > x2) {
195 return -erf(x2, x1);
196 }
197
198 return
199 x1 < -X_CRIT ?
200 x2 < 0.0 ?
201 erfc(-x2) - erfc(-x1) :
202 erf(x2) - erf(x1) :
203 x2 > X_CRIT && x1 > 0.0 ?
204 erfc(x1) - erfc(x2) :
205 erf(x2) - erf(x1);
206 }
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220 public static <T extends CalculusFieldElement<T>> T erf(T x1, T x2) {
221
222 if (x1.getReal() > x2.getReal()) {
223 return erf(x2, x1).negate();
224 }
225
226 return
227 x1.getReal() < -X_CRIT ?
228 x2.getReal() < 0.0 ?
229 erfc(x2.negate()).subtract(erfc(x1.negate())) :
230 erf(x2).subtract(erf(x1)) :
231 x2.getReal() > X_CRIT && x1.getReal() > 0.0 ?
232 erfc(x1).subtract(erfc(x2)) :
233 erf(x2).subtract(erf(x1));
234 }
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248 public static double erfInv(final double x) {
249
250
251
252
253
254 double w = - FastMath.log((1.0 - x) * (1.0 + x));
255 double p;
256
257 if (w < 6.25) {
258 w -= 3.125;
259 p = -3.6444120640178196996e-21;
260 p = -1.685059138182016589e-19 + p * w;
261 p = 1.2858480715256400167e-18 + p * w;
262 p = 1.115787767802518096e-17 + p * w;
263 p = -1.333171662854620906e-16 + p * w;
264 p = 2.0972767875968561637e-17 + p * w;
265 p = 6.6376381343583238325e-15 + p * w;
266 p = -4.0545662729752068639e-14 + p * w;
267 p = -8.1519341976054721522e-14 + p * w;
268 p = 2.6335093153082322977e-12 + p * w;
269 p = -1.2975133253453532498e-11 + p * w;
270 p = -5.4154120542946279317e-11 + p * w;
271 p = 1.051212273321532285e-09 + p * w;
272 p = -4.1126339803469836976e-09 + p * w;
273 p = -2.9070369957882005086e-08 + p * w;
274 p = 4.2347877827932403518e-07 + p * w;
275 p = -1.3654692000834678645e-06 + p * w;
276 p = -1.3882523362786468719e-05 + p * w;
277 p = 0.0001867342080340571352 + p * w;
278 p = -0.00074070253416626697512 + p * w;
279 p = -0.0060336708714301490533 + p * w;
280 p = 0.24015818242558961693 + p * w;
281 p = 1.6536545626831027356 + p * w;
282 } else if (w < 16.0) {
283 w = FastMath.sqrt(w) - 3.25;
284 p = 2.2137376921775787049e-09;
285 p = 9.0756561938885390979e-08 + p * w;
286 p = -2.7517406297064545428e-07 + p * w;
287 p = 1.8239629214389227755e-08 + p * w;
288 p = 1.5027403968909827627e-06 + p * w;
289 p = -4.013867526981545969e-06 + p * w;
290 p = 2.9234449089955446044e-06 + p * w;
291 p = 1.2475304481671778723e-05 + p * w;
292 p = -4.7318229009055733981e-05 + p * w;
293 p = 6.8284851459573175448e-05 + p * w;
294 p = 2.4031110387097893999e-05 + p * w;
295 p = -0.0003550375203628474796 + p * w;
296 p = 0.00095328937973738049703 + p * w;
297 p = -0.0016882755560235047313 + p * w;
298 p = 0.0024914420961078508066 + p * w;
299 p = -0.0037512085075692412107 + p * w;
300 p = 0.005370914553590063617 + p * w;
301 p = 1.0052589676941592334 + p * w;
302 p = 3.0838856104922207635 + p * w;
303 } else if (!Double.isInfinite(w)) {
304 w = FastMath.sqrt(w) - 5.0;
305 p = -2.7109920616438573243e-11;
306 p = -2.5556418169965252055e-10 + p * w;
307 p = 1.5076572693500548083e-09 + p * w;
308 p = -3.7894654401267369937e-09 + p * w;
309 p = 7.6157012080783393804e-09 + p * w;
310 p = -1.4960026627149240478e-08 + p * w;
311 p = 2.9147953450901080826e-08 + p * w;
312 p = -6.7711997758452339498e-08 + p * w;
313 p = 2.2900482228026654717e-07 + p * w;
314 p = -9.9298272942317002539e-07 + p * w;
315 p = 4.5260625972231537039e-06 + p * w;
316 p = -1.9681778105531670567e-05 + p * w;
317 p = 7.5995277030017761139e-05 + p * w;
318 p = -0.00021503011930044477347 + p * w;
319 p = -0.00013871931833623122026 + p * w;
320 p = 1.0103004648645343977 + p * w;
321 p = 4.8499064014085844221 + p * w;
322 } else {
323
324
325
326
327
328
329
330
331 p = Double.POSITIVE_INFINITY;
332 }
333
334 return p * x;
335
336 }
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351 public static <T extends CalculusFieldElement<T>> T erfInv(final T x) {
352 final T one = x.getField().getOne();
353
354
355
356
357
358 T w = one.subtract(x).multiply(one.add(x)).log().negate();
359 T p;
360
361 if (w.getReal() < 6.25) {
362 w = w.subtract(3.125);
363 p = one.newInstance(-3.6444120640178196996e-21);
364 p = p.multiply(w).add(-1.685059138182016589e-19);
365 p = p.multiply(w).add(1.2858480715256400167e-18);
366 p = p.multiply(w).add(1.115787767802518096e-17);
367 p = p.multiply(w).add(-1.333171662854620906e-16);
368 p = p.multiply(w).add(2.0972767875968561637e-17);
369 p = p.multiply(w).add(6.6376381343583238325e-15);
370 p = p.multiply(w).add(-4.0545662729752068639e-14);
371 p = p.multiply(w).add(-8.1519341976054721522e-14);
372 p = p.multiply(w).add(2.6335093153082322977e-12);
373 p = p.multiply(w).add(-1.2975133253453532498e-11);
374 p = p.multiply(w).add(-5.4154120542946279317e-11);
375 p = p.multiply(w).add(1.051212273321532285e-09);
376 p = p.multiply(w).add(-4.1126339803469836976e-09);
377 p = p.multiply(w).add(-2.9070369957882005086e-08);
378 p = p.multiply(w).add(4.2347877827932403518e-07);
379 p = p.multiply(w).add(-1.3654692000834678645e-06);
380 p = p.multiply(w).add(-1.3882523362786468719e-05);
381 p = p.multiply(w).add(0.0001867342080340571352);
382 p = p.multiply(w).add(-0.00074070253416626697512);
383 p = p.multiply(w).add(-0.0060336708714301490533);
384 p = p.multiply(w).add(0.24015818242558961693);
385 p = p.multiply(w).add(1.6536545626831027356);
386 }
387 else if (w.getReal() < 16.0) {
388 w = w.sqrt().subtract(3.25);
389 p = one.newInstance(2.2137376921775787049e-09);
390 p = p.multiply(w).add(9.0756561938885390979e-08);
391 p = p.multiply(w).add(-2.7517406297064545428e-07);
392 p = p.multiply(w).add(1.8239629214389227755e-08);
393 p = p.multiply(w).add(1.5027403968909827627e-06);
394 p = p.multiply(w).add(-4.013867526981545969e-06);
395 p = p.multiply(w).add(2.9234449089955446044e-06);
396 p = p.multiply(w).add(1.2475304481671778723e-05);
397 p = p.multiply(w).add(-4.7318229009055733981e-05);
398 p = p.multiply(w).add(6.8284851459573175448e-05);
399 p = p.multiply(w).add(2.4031110387097893999e-05);
400 p = p.multiply(w).add(-0.0003550375203628474796);
401 p = p.multiply(w).add(0.00095328937973738049703);
402 p = p.multiply(w).add(-0.0016882755560235047313);
403 p = p.multiply(w).add(0.0024914420961078508066);
404 p = p.multiply(w).add(-0.0037512085075692412107);
405 p = p.multiply(w).add(0.005370914553590063617);
406 p = p.multiply(w).add(1.0052589676941592334);
407 p = p.multiply(w).add(3.0838856104922207635);
408 }
409 else if (!w.isInfinite()) {
410 w = w.sqrt().subtract(5.0);
411 p = one.newInstance(-2.7109920616438573243e-11);
412 p = p.multiply(w).add(-2.5556418169965252055e-10);
413 p = p.multiply(w).add(1.5076572693500548083e-09);
414 p = p.multiply(w).add(-3.7894654401267369937e-09);
415 p = p.multiply(w).add(7.6157012080783393804e-09);
416 p = p.multiply(w).add(-1.4960026627149240478e-08);
417 p = p.multiply(w).add(2.9147953450901080826e-08);
418 p = p.multiply(w).add(-6.7711997758452339498e-08);
419 p = p.multiply(w).add(2.2900482228026654717e-07);
420 p = p.multiply(w).add(-9.9298272942317002539e-07);
421 p = p.multiply(w).add(4.5260625972231537039e-06);
422 p = p.multiply(w).add(-1.9681778105531670567e-05);
423 p = p.multiply(w).add(7.5995277030017761139e-05);
424 p = p.multiply(w).add(-0.00021503011930044477347);
425 p = p.multiply(w).add(-0.00013871931833623122026);
426 p = p.multiply(w).add(1.0103004648645343977);
427 p = p.multiply(w).add(4.8499064014085844221);
428 }
429 else {
430
431
432
433
434
435
436
437
438 p = one.multiply(Double.POSITIVE_INFINITY);
439 }
440
441 return p.multiply(x);
442
443 }
444
445
446
447
448
449
450 public static double erfcInv(final double x) {
451 return erfInv(1 - x);
452 }
453
454
455
456
457
458
459
460 public static <T extends CalculusFieldElement<T>> T erfcInv(final T x) {
461 return erfInv(x.negate().add(1));
462 }
463
464 }
465