home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ OS/2 Shareware BBS: 10 Tools / 10-Tools.zip / perl501m.zip / lib / Math / BigFloat.pm next >
Text File  |  1994-10-18  |  8KB  |  298 lines
  1. package Math::BigFloat;
  2.  
  3. use Math::BigInt;
  4.  
  5. use Exporter;  # just for use to be happy
  6. @ISA = (Exporter);
  7.  
  8. %OVERLOAD = ( 
  9.                 # Anonymous subroutines:
  10. '+'    =>    sub {new BigFloat &fadd},
  11. '-'    =>    sub {new BigFloat
  12.                $_[2]? fsub($_[1],${$_[0]}) : fsub(${$_[0]},$_[1])},
  13. '<=>'    =>    sub {new BigFloat
  14.                $_[2]? fcmp($_[1],${$_[0]}) : fcmp(${$_[0]},$_[1])},
  15. 'cmp'    =>    sub {new BigFloat
  16.                $_[2]? ($_[1] cmp ${$_[0]}) : (${$_[0]} cmp $_[1])},
  17. '*'    =>    sub {new BigFloat &fmul},
  18. '/'    =>    sub {new BigFloat 
  19.                $_[2]? scalar fdiv($_[1],${$_[0]}) :
  20.              scalar fdiv(${$_[0]},$_[1])},
  21. 'neg'    =>    sub {new BigFloat &fneg},
  22. 'abs'    =>    sub {new BigFloat &fabs},
  23.  
  24. qw(
  25. ""    stringify
  26. 0+    numify)            # Order of arguments unsignificant
  27. );
  28.  
  29. sub new {
  30.   my $foo = fnorm($_[1]);
  31.   panic("Not a number initialized to BigFloat") if $foo eq "NaN";
  32.   bless \$foo;
  33. }
  34. sub numify { 0 + "${$_[0]}" }    # Not needed, additional overhead
  35.                 # comparing to direct compilation based on
  36.                 # stringify
  37. sub stringify {
  38.     my $n = ${$_[0]};
  39.  
  40.     $n =~ s/^\+//;
  41.     $n =~ s/E//;
  42.  
  43.     $n =~ s/([-+]\d+)$//;
  44.  
  45.     my $e = $1;
  46.     my $ln = length($n);
  47.  
  48.     if ($e > 0) {
  49.     $n .= "0" x $e . '.';
  50.     } elsif (abs($e) < $ln) {
  51.     substr($n, $ln + $e, 0) = '.';
  52.     } else {
  53.     $n = '.' . ("0" x (abs($e) - $ln)) . $n;
  54.     }
  55.  
  56.     # 1 while $n =~ s/(.*\d)(\d\d\d)/$1,$2/;
  57.  
  58.     return $n;
  59. }
  60.  
  61. # Arbitrary length float math package
  62. #
  63. # by Mark Biggar
  64. #
  65. # number format
  66. #   canonical strings have the form /[+-]\d+E[+-]\d+/
  67. #   Input values can have inbedded whitespace
  68. # Error returns
  69. #   'NaN'           An input parameter was "Not a Number" or 
  70. #                       divide by zero or sqrt of negative number
  71. # Division is computed to 
  72. #   max($div_scale,length(dividend)+length(divisor)) 
  73. #   digits by default.
  74. # Also used for default sqrt scale
  75.  
  76. $div_scale = 40;
  77.  
  78. # Rounding modes one of 'even', 'odd', '+inf', '-inf', 'zero' or 'trunc'.
  79.  
  80. $rnd_mode = 'even';
  81.  
  82. sub fadd; sub fsub; sub fmul; sub fdiv;
  83. sub fneg; sub fabs; sub fcmp;
  84. sub fround; sub ffround;
  85. sub fnorm; sub fsqrt;
  86.  
  87. #   bigfloat routines
  88. #
  89. #   fadd(NSTR, NSTR) return NSTR            addition
  90. #   fsub(NSTR, NSTR) return NSTR            subtraction
  91. #   fmul(NSTR, NSTR) return NSTR            multiplication
  92. #   fdiv(NSTR, NSTR[,SCALE]) returns NSTR   division to SCALE places
  93. #   fneg(NSTR) return NSTR                  negation
  94. #   fabs(NSTR) return NSTR                  absolute value
  95. #   fcmp(NSTR,NSTR) return CODE             compare undef,<0,=0,>0
  96. #   fround(NSTR, SCALE) return NSTR         round to SCALE digits
  97. #   ffround(NSTR, SCALE) return NSTR        round at SCALEth place
  98. #   fnorm(NSTR) return (NSTR)               normalize
  99. #   fsqrt(NSTR[, SCALE]) return NSTR        sqrt to SCALE places
  100.  
  101.  
  102. # Convert a number to canonical string form.
  103. #   Takes something that looks like a number and converts it to
  104. #   the form /^[+-]\d+E[+-]\d+$/.
  105. sub fnorm { #(string) return fnum_str
  106.     local($_) = @_;
  107.     s/\s+//g;                               # strip white space
  108.     if (/^([+-]?)(\d*)(\.(\d*))?([Ee]([+-]?\d+))?$/ && "$2$4" ne '') {
  109.     &norm(($1 ? "$1$2$4" : "+$2$4"),(($4 ne '') ? $6-length($4) : $6));
  110.     } else {
  111.     'NaN';
  112.     }
  113. }
  114.  
  115. # normalize number -- for internal use
  116. sub norm { #(mantissa, exponent) return fnum_str
  117.     local($_, $exp) = @_;
  118.     if ($_ eq 'NaN') {
  119.     'NaN';
  120.     } else {
  121.     s/^([+-])0+/$1/;                        # strip leading zeros
  122.     if (length($_) == 1) {
  123.         '+0E+0';
  124.     } else {
  125.         $exp += length($1) if (s/(0+)$//);  # strip trailing zeros
  126.         sprintf("%sE%+ld", $_, $exp);
  127.     }
  128.     }
  129. }
  130.  
  131. # negation
  132. sub fneg { #(fnum_str) return fnum_str
  133.     local($_) = fnorm($_[$[]);
  134.     vec($_,0,8) ^= ord('+') ^ ord('-') unless $_ eq '+0E+0'; # flip sign
  135.     s/^H/N/;
  136.     $_;
  137. }
  138.  
  139. # absolute value
  140. sub fabs { #(fnum_str) return fnum_str
  141.     local($_) = fnorm($_[$[]);
  142.     s/^-/+/;                               # mash sign
  143.     $_;
  144. }
  145.  
  146. # multiplication
  147. sub fmul { #(fnum_str, fnum_str) return fnum_str
  148.     local($x,$y) = (fnorm($_[$[]),fnorm($_[$[+1]));
  149.     if ($x eq 'NaN' || $y eq 'NaN') {
  150.     'NaN';
  151.     } else {
  152.     local($xm,$xe) = split('E',$x);
  153.     local($ym,$ye) = split('E',$y);
  154.     &norm(Math::BigInt::bmul($xm,$ym),$xe+$ye);
  155.     }
  156. }
  157.  
  158. # addition
  159. sub fadd { #(fnum_str, fnum_str) return fnum_str
  160.     local($x,$y) = (fnorm($_[$[]),fnorm($_[$[+1]));
  161.     if ($x eq 'NaN' || $y eq 'NaN') {
  162.     'NaN';
  163.     } else {
  164.     local($xm,$xe) = split('E',$x);
  165.     local($ym,$ye) = split('E',$y);
  166.     ($xm,$xe,$ym,$ye) = ($ym,$ye,$xm,$xe) if ($xe < $ye);
  167.     &norm(Math::BigInt::badd($ym,$xm.('0' x ($xe-$ye))),$ye);
  168.     }
  169. }
  170.  
  171. # subtraction
  172. sub fsub { #(fnum_str, fnum_str) return fnum_str
  173.     fadd($_[$[],fneg($_[$[+1]));    
  174. }
  175.  
  176. # division
  177. #   args are dividend, divisor, scale (optional)
  178. #   result has at most max(scale, length(dividend), length(divisor)) digits
  179. sub fdiv #(fnum_str, fnum_str[,scale]) return fnum_str
  180. {
  181.     local($x,$y,$scale) = (fnorm($_[$[]),fnorm($_[$[+1]),$_[$[+2]);
  182.     if ($x eq 'NaN' || $y eq 'NaN' || $y eq '+0E+0') {
  183.     'NaN';
  184.     } else {
  185.     local($xm,$xe) = split('E',$x);
  186.     local($ym,$ye) = split('E',$y);
  187.     $scale = $div_scale if (!$scale);
  188.     $scale = length($xm)-1 if (length($xm)-1 > $scale);
  189.     $scale = length($ym)-1 if (length($ym)-1 > $scale);
  190.     $scale = $scale + length($ym) - length($xm);
  191.     &norm(&round(Math::BigInt::bdiv($xm.('0' x $scale),$ym),$ym),
  192.         $xe-$ye-$scale);
  193.     }
  194. }
  195.  
  196. # round int $q based on fraction $r/$base using $rnd_mode
  197. sub round { #(int_str, int_str, int_str) return int_str
  198.     local($q,$r,$base) = @_;
  199.     if ($q eq 'NaN' || $r eq 'NaN') {
  200.     'NaN';
  201.     } elsif ($rnd_mode eq 'trunc') {
  202.     $q;                         # just truncate
  203.     } else {
  204.     local($cmp) = Math::BigInt::bcmp(Math::BigInt::bmul($r,'+2'),$base);
  205.     if ( $cmp < 0 ||
  206.          ($cmp == 0 &&
  207.           ( $rnd_mode eq 'zero'                             ||
  208.            ($rnd_mode eq '-inf' && (substr($q,$[,1) eq '+')) ||
  209.            ($rnd_mode eq '+inf' && (substr($q,$[,1) eq '-')) ||
  210.            ($rnd_mode eq 'even' && $q =~ /[24680]$/)        ||
  211.            ($rnd_mode eq 'odd'  && $q =~ /[13579]$/)        )) ) {
  212.         $q;                     # round down
  213.     } else {
  214.         Math::BigInt::badd($q, ((substr($q,$[,1) eq '-') ? '-1' : '+1'));
  215.                     # round up
  216.     }
  217.     }
  218. }
  219.  
  220. # round the mantissa of $x to $scale digits
  221. sub fround { #(fnum_str, scale) return fnum_str
  222.     local($x,$scale) = (fnorm($_[$[]),$_[$[+1]);
  223.     if ($x eq 'NaN' || $scale <= 0) {
  224.     $x;
  225.     } else {
  226.     local($xm,$xe) = split('E',$x);
  227.     if (length($xm)-1 <= $scale) {
  228.         $x;
  229.     } else {
  230.         &norm(&round(substr($xm,$[,$scale+1),
  231.              "+0".substr($xm,$[+$scale+1,1),"+10"),
  232.           $xe+length($xm)-$scale-1);
  233.     }
  234.     }
  235. }
  236.  
  237. # round $x at the 10 to the $scale digit place
  238. sub ffround { #(fnum_str, scale) return fnum_str
  239.     local($x,$scale) = (fnorm($_[$[]),$_[$[+1]);
  240.     if ($x eq 'NaN') {
  241.     'NaN';
  242.     } else {
  243.     local($xm,$xe) = split('E',$x);
  244.     if ($xe >= $scale) {
  245.         $x;
  246.     } else {
  247.         $xe = length($xm)+$xe-$scale;
  248.         if ($xe < 1) {
  249.         '+0E+0';
  250.         } elsif ($xe == 1) {
  251.         &norm(&round('+0',"+0".substr($xm,$[+1,1),"+10"), $scale);
  252.         } else {
  253.         &norm(&round(substr($xm,$[,$xe),
  254.               "+0".substr($xm,$[+$xe,1),"+10"), $scale);
  255.         }
  256.     }
  257.     }
  258. }
  259.     
  260. # compare 2 values returns one of undef, <0, =0, >0
  261. #   returns undef if either or both input value are not numbers
  262. sub fcmp #(fnum_str, fnum_str) return cond_code
  263. {
  264.     local($x, $y) = (fnorm($_[$[]),fnorm($_[$[+1]));
  265.     if ($x eq "NaN" || $y eq "NaN") {
  266.     undef;
  267.     } else {
  268.     ord($y) <=> ord($x)
  269.     ||
  270.     (  local($xm,$xe,$ym,$ye) = split('E', $x."E$y"),
  271.          (($xe <=> $ye) * (substr($x,$[,1).'1')
  272.              || Math::BigInt::cmp($xm,$ym))
  273.     );
  274.     }
  275. }
  276.  
  277. # square root by Newtons method.
  278. sub fsqrt { #(fnum_str[, scale]) return fnum_str
  279.     local($x, $scale) = (fnorm($_[$[]), $_[$[+1]);
  280.     if ($x eq 'NaN' || $x =~ /^-/) {
  281.     'NaN';
  282.     } elsif ($x eq '+0E+0') {
  283.     '+0E+0';
  284.     } else {
  285.     local($xm, $xe) = split('E',$x);
  286.     $scale = $div_scale if (!$scale);
  287.     $scale = length($xm)-1 if ($scale < length($xm)-1);
  288.     local($gs, $guess) = (1, sprintf("1E%+d", (length($xm)+$xe-1)/2));
  289.     while ($gs < 2*$scale) {
  290.         $guess = fmul(fadd($guess,fdiv($x,$guess,$gs*2)),".5");
  291.         $gs *= 2;
  292.     }
  293.     new BigFloat &fround($guess, $scale);
  294.     }
  295. }
  296.  
  297. 1;
  298.