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研究论文

严格计算超几何函数

出版:2019年8月8日出版历史
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摘要

我们提出了一种在任意精度区间算法中高效实现超几何函数的方法。功能0F类1,1F类1,2F类1、和2F类0(或KummerU型-函数)支持不受限制的复杂参数和自变量,并且,通过扩展,我们涵盖了指数积分和三角积分、误差函数、菲涅耳积分、不完全伽马函数和β函数、贝塞尔函数、艾里函数、勒让德函数、雅可比多项式、完全椭圆积分以及其他特殊函数。该输出可直接用于区间计算或以任何格式生成可证明正确的浮点近似值。性能与早期的任意决策软件相比具有竞争力,有时甚至更快几个数量级。我们还部分覆盖了广义超几何函数第页F类q个以及高阶参数导数的计算。

工具书类

  1. M.Abramowitz和I.A.Stegun。1964年,《数学函数与公式、图表和数学表格手册》。纽约州纽约州多佛市。谷歌学者谷歌学者
  2. D.H.Bailey。2015.MPFUN2015:线程安全的任意精度计算包。手稿。https://www.davidhbailey.com/dhbpapers/mpfun2015.pdf。谷歌学者谷歌学者
  3. D.H.Bailey和J.M.Borwein。2015.数学物理中的高精度算法。数学3,2(2015),337--367。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  4. D.H.Bailey、J.M.Borwein和R.E.Crandall。2006.伊辛类积分。《物理学杂志》。A: 数学。Gen.39,40(2006),12271-12302。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  5. W.Becken和P.Schmelcher。2000.高斯超几何函数的解析延拓F类<sub>1</sub>(,b条c(c)z(z))对于任意参数。J.计算。申请。数学。126, 1--2 (2000), 449--478.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  6. D.J.伯恩斯坦。2008.快速乘法及其应用。算法数论。《格、数域、曲线和密码学》,J.P.Buhler和P.Stevenhagen(编辑),第44卷。http://www.cambridge.org/catalogy/catalog.asp?isbn&等于9780521808545谷歌学者谷歌学者
  7. R.Bloemen先生。2009年,速度更快&zeta;(2n个)计算!检索自https://web.archive.org/web/2014110113659/http://xn--2-umb.com/09/11/even-faster-zeta-calculation。谷歌学者谷歌学者
  8. A.I.Bogolubsky和S.L.Skorokhodov。2006.超几何函数的快速评估第页</sub>F类<子>第页&负;1</sub>(b条z(z))在奇点z(z)&相等;1通过Hurwitz zeta函数&zeta;(阿尔法(&A)) . 程序。计算。柔和。32,3(2006),145--153。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  9. A.R.Booker、A.Strömbergsson和A.Venkatesh。2006.Maass尖点形状的有效计算。国际数学研究通告。谷歌学者谷歌学者
  10. J.M.Borwein、D.M.Bradley和R.E.Crandall。Riemann zeta函数的计算策略。J.计算。申请。数学。121, 1--2 (2000), 247--296.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  11. J.M.Borwein和I.J.Zucker。1992.使用第一类完全椭圆积分快速评估小有理分式的伽马函数。IMA J.数字。分析。12, 4 (1992), 519--526.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  12. P.博文。Riemann zeta函数的有效算法。可以。数学。Soc.Conf.程序。27 (2000), 29--34.谷歌学者谷歌学者
  13. P.B.博文。1987.超几何函数的简化复杂性评估。J.近似理论50,3(1987年7月)。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  14. A.Bostan、P.Gaudry和E。斯科斯特。2007.多项式系数线性递归及其在整数因式分解和Cartier-Manin算子中的应用。SIAM J.计算。36, 6 (2007), 1777--1806.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  15. R.P.布伦特。1976年,多决策算法的复杂性。计算问题解决的复杂性,R.P.Brent和R.S.Anderssen(编辑)。昆士兰大学出版社。谷歌学者谷歌学者
  16. R.P.布伦特。2016.关于log-Gamma和Riemann-Siegelθ函数的渐近逼近。arXiv预印本arXiv:1609.03682(2016)。谷歌学者谷歌学者
  17. R.P.Brent和D.Harvey。2013年,快速计算伯努利数、正切数和割线数。计算和分析数学。施普林格,127--142。谷歌学者谷歌学者
  18. R.P.Brent和F.Johansson。2015年,Brent-McMillan算法中误差项的界。数学。压缩机。84295(2015年9月),2351--2359。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  19. R.P.Brent和P.Zimmermann。2011年,现代计算机算术。剑桥大学出版社,英国剑桥。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  20. S.Chevillard和M.Mezzarobba。2013.减少对消的Airy Ai函数的多精度评估。第21届IEEE计算机算术研讨会(ARITH21)论文集。175--182.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  21. D.V.Chudnovsky和G.V.Chundnovsky。1988.根据Ramanujan的近似和复数乘法。在拉马努扬重游。学术出版社,纽约州纽约市,375--472。谷歌学者谷歌学者
  22. D.V.Chudnovsky和G.V.Chundnovsky。1990年。为数学物理和数论服务的计算机代数。计算。数学。125 (1990), 109.谷歌学者谷歌学者
  23. M.Colman、A.Cuyt和J.Van Deun。2011.某些超几何函数的验证计算。ACM变速器。数学。柔和。38, 2 (2011).谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  24. Z.Du先生。2006.超越和代数计算的保证精度变得简单。博士论文。纽约大学,纽约州纽约市。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  25. Z.Du、M.Eleftheriou、J.E.Moreira和C.Yap。2002.精确几何计算中的超几何函数。选举人。不是。西奥。计算。科学。66, 1 (2002), 53--64.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  26. A.Enge、P.Théveny和P.Zimmermann。2011年MPC:具有精确舍入功能的多精度复数运算库。检索自网址:http://multiprecision.org/。谷歌学者谷歌学者
  27. R.法特曼。2006.RW Gosper的2F1}的{Maxima}数值评估。检索自http://www.math.utexas.edu/pipermail/maxima/2006/000126.html。谷歌学者谷歌学者
  28. S.Fillebrown公司。1992.伯努利数的快速计算。J.阿尔戈。13, 3 (1992), 431--445.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  29. P.Flajolet和I.Vardi。1996.经典常数的Zeta函数展开式。检索自http://algo.inria.fr/flajolet/Publications/FlVa96.pdf。谷歌学者谷歌学者
  30. R.C.Forrey。1997.计算超几何函数。J.计算。物理学。137, 1 (1997), 79--100.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  31. L.Fousse、G.Hanrot、V.Lefèvre、P.Pélissier和P.Zimmermann。2007。MPFR:一个具有正确舍入的多精度二进制浮点库。ACM变速器。数学。柔和。33,2(2007年6月),13:1--13:15。http://mpfr.org。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  32. D.加斯帕德。2018.库仑波函数之间的连接公式。arXiv预印arXiv:1804.10976(2018)。谷歌学者谷歌学者
  33. A.Gil、J.Segura和N.M.Temme。2007.特殊函数的数值方法。宾夕法尼亚州费城SIAM。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  34. B.Haible和T.Papanikolaou。有理数序列的快速多精度评估。第三届算法数论国际研讨会(ANTS-III)论文集,J.P.Buhler(Ed.)。柏林施普林格,338-350。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  35. D.E.G.兔子。1997年,计算log-Gamma的主分支。J.阿尔戈。25, 2 (1997), 221--236.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  36. U.D.Jentschura和E.Lötstedt。2012.贝塞尔、汉克尔和艾里函数的数值计算。计算。物理学。Commun公司。183, 3 (2012), 506--519.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  37. F.约翰逊。2013.Arb:一个用于球运算的C库。ACM通信。计算。阿尔盖布。47,4(2013),166-169。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  38. F.约翰逊。2014年a。使用矩形分裂评估参数完整序列。第39届符号与代数计算国际研讨会(ISSAC’14)会议记录。ACM,纽约州纽约市,256-263。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  39. F.约翰逊。2014年b。特殊函数的快速严格计算达到高精度。博士论文。林茨约翰内斯·开普勒大学RISC。谷歌学者谷歌学者
  40. F.约翰逊。2015年a。在中等精度范围内有效实现基本函数。第22届IEEE计算机算术研讨会(ARITH22)论文集。83--89.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  41. F.约翰逊。2015年b。mpmath:用于任意精度浮点运算的Python库。检索自http://mpmath.org。谷歌学者谷歌学者
  42. F.约翰逊。2015年c。Hurwitzζ函数及其导数的严格高精度计算。数字。阿尔戈。69,2(2015年6月),253--270。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  43. F.约翰逊。2017.Arb:高效的任意决策中点-半径区间算法。IEEE传输。计算。66, 8 (2017), 1281--1292.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  44. F.Johansson和M.Mezzarobba。2018.Gauss-Legendre求积节点和权重的快速且严格的任意精度计算。SIAM科学杂志。计算。40、6(2018年),C726--C747。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  45. E.Jones、T.Oliphant、P.Peterson等人,2001年。SciPy:Python开源科学工具。检索自http://www.scipy.org/。谷歌学者谷歌学者
  46. E.A.卡拉通巴。1998.快速评估Hurwitz zeta函数和DirichletL(左)-系列。探针。信息传输。34, 4 (1998).谷歌学者谷歌学者
  47. M.Kodama先生。2011.算法912:一个用于计算复数阶和复数元圆柱函数的模块。ACM变速器。数学。软件37,4(2011年2月),1-25。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  48. S.Köhler和M.Ziegler。2008.关于快速多项式算术的稳定性。第八届实数与计算机会议论文集。圣地亚哥-德孔波斯特拉,西班牙。谷歌学者谷歌学者
  49. K.Kuhlman。2015年,无侧限:司令部平行无侧限含水层测试模拟器。检索自https://github.com/klkuhlm/unconfined。谷歌学者谷歌学者
  50. C.兰索斯。1964.伽玛函数的精确近似。SIAM J.数字。分析。1, 1 (1964), 86--96.谷歌学者谷歌学者
  51. Maplesoft。2016年,枫叶。检索自http://www.maplesoft.com/documentation_center/。谷歌学者谷歌学者
  52. Maxima作者。2015年,Maxima,计算机代数系统。检索自http://maxima.sourceforge.net/。谷歌学者谷歌学者
  53. M.Mezzarobba先生。2010年,NumGfun:一个使用D有限函数进行数值和分析计算的软件包。在符号与代数计算国际研讨会论文集(ISSAC'10)上。139--146.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  54. M.Mezzarobba先生。2011年,德国财务评估协会(Autour de l’évaluation numérique des functions D finies)。博士学位。理工学院。谷歌学者谷歌学者
  55. M.Mezzarobba先生。2016年,SageMath中D-有限函数的严格多精度评估。检索自https://arxiv.org/abs/1607.01967。谷歌学者谷歌学者
  56. M.Mezzarobba和B.Salvy。2010.P-递归序列的有效界限。J.符号。计算。45, 10 (2010), 1075--1096.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  57. N.Michel和M.V.Stoitsov。2008.高斯超几何函数及其所有参数的快速计算,并应用于Pöschl--Teller-Ginocchio势波函数。计算。物理学。Commun公司。178, 7 (2008), 535--551.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  58. K·E·穆勒。2001.计算合流超几何函数,M(M)(,b条,x个) . 数字。数学。90, 1 (2001), 179--196.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  59. M.Nardin、W.F.Perger和A.Bhalla。1992年.大数值复变元合流超几何函数的数值评估。J.计算。申请。数学39,2(1992),193--200。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  60. NIST。2016.数学函数数字图书馆。2016-06-08版本1.0.11。检索自http://dlmf.nist.gov/。Olver等人的在线同伴。(2010).谷歌学者谷歌学者
  61. F.W.J.奥尔弗。1997.渐近与特殊函数。A K Peters,马萨诸塞州韦尔斯利。谷歌学者谷歌学者
  62. F.W.J.Olver、D.W.Lozier、R.F.Boisvert和C.W.Clark,2010年。NIST数学函数手册。剑桥大学出版社,纽约州纽约市。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  63. J.皮尔逊。2009.超几何函数的计算。硕士论文。牛津大学。谷歌学者谷歌学者
  64. J.W.Pearson、S.Olver和M.A.Porter。2014.计算合流函数和高斯超几何函数的数值方法。arXiv:1407.7786,http://arxiv.org/abs/1407.7786 (2014).谷歌学者谷歌学者
  65. J.Reignier。1999.常线性微分方程的奇异性和可积性。在Painlevé地产。柏林施普林格,1-33。谷歌学者谷歌学者
  66. N.Revol和F.Rouillier。2005.任意精度区间算术库和MPFI库的动机。可靠的计算。11, 4 (2005), 275--290.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  67. 优秀的开发人员。2016年,SageMath,Sage数学软件系统(7.2.0版)。检索自http://www.sagemath.org。谷歌学者谷歌学者
  68. T.Schmelzer和L.N.Trefethen。2007.使用轮廓积分和有理逼近计算Gamma函数。SIAM J.数字。分析。45, 2 (2007), 558--571.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  69. S.L.斯科罗霍多夫。2005.计算广义超几何函数的方法第页</sub>F类<子>第页&减号;1</sub>(<sub>1</sub>,<sub>p</sub>;b条<sub>1</sub>,b条<子>第页-1</sub>;1) 根据黎曼-泽塔函数。计算。数学。数学。物理学。45, 4 (2005), 574--586.谷歌学者谷歌学者
  70. D.M.史密斯。1989.初等函数的有效多精度评估。数学。压缩机。52, 185 (1989), 131--134.谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  71. D.M.史密斯。2001.算法:Fortran 90软件,用于浮点多精度算术、gamma和相关函数。变速器。数学。柔和。27 (2001), 377--387.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  72. M.Sofroniou和G.Spaletta。2005.精确数值计算。J.逻辑代数。程序。64,1(2005),113-134。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  73. J.L.斯普格。1994年。伽马、地高玛和三角函数的计算。SIAM J.数字。分析。31, 3 (1994), 931--944.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  74. T.P.斯特凡斯基。2013.需要高精度计算的电磁问题。IEEE Antenn。传播。Mag.55,2(2013年4月),344--353。谷歌学者谷歌学者交叉引用交叉引用
  75. N.M.Temme公司。1983.合流超几何函数的数值计算U型(,b条,z(z)). 数字。数学。41, 1 (1983), 63--82.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  76. MPFR团队。2016.MPFR库:算法和证明。检索自http://www.mpfr.org/algo.html。谷歌学者谷歌学者
  77. PARI组。2016年PARI/GP波尔多。检索自http://pari.math.u-bordeaux.fr。谷歌学者谷歌学者
  78. W.塔克。2011.验证数值:严格计算简介。普林斯顿大学出版社,新泽西州普林斯顿。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  79. 范德霍芬。1999.完整函数的快速评估。西奥。计算。科学。210,1(1999),199-215。谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  80. J.van der Hoeven。2001.规则奇点附近和中完整函数的快速评估。J.符号。计算。31, 6 (2001), 717--743.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  81. J.van der Hoeven。2007.完整函数的高效加速累加。J.符号。计算。42, 4 (2007), 389--428.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  82. J.van der Hoeven。2009年,Ball算术。技术报告。哈尔。检索自http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00432152/fr/。谷歌学者谷歌学者
  83. A.沃格特。2007.使用Gosper公式计算超几何函数2F1。检索自http://www.axelvogt.de/axalom/hyp2F1/hypergeometric_2F1_using_a_recipe_of_Gosper.mws.pdf。谷歌学者谷歌学者
  84. E.W.魏斯坦。2016年,钻孔规范化金额。检索自http://mathworld.wolfram.com/Borel-RegularizedSum.html。谷歌学者谷歌学者
  85. J.L.威利斯。2012.通过精确余数渐近加速广义超几何函数。数字。阿尔戈。59, 3 (2012), 447--485.谷歌学者谷歌学者数字图书馆数字图书馆
  86. Wolfram研究。2016年,Mathematica。检索自http://wolfram.com。谷歌学者谷歌学者
  87. Wolfram研究。2016年,Wolfram功能网站。检索自http://functions.wolfram.com/。谷歌学者谷歌学者
  88. N.Yamamoto和N.Matsuda。{未注明日期}。贝塞尔函数的验证计算。2005年非线性理论及其应用国际研讨会论文集(NOLTA'05)。谷歌学者谷歌学者
  89. M.齐格勒。线性递归序列的快速(多)评估:改进和应用。(2005). 检索自http://arxiv.org/abs/cs/0511033。谷歌学者谷歌学者

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      数学软件上的封面图像ACM事务
      ACM数学软件汇刊 第45卷第3期
      2019年9月
      357页
      国际标准编号:0098-3500
      EISSN公司:1557-7295
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      出版商

      计算机协会

      美国纽约州纽约市

      出版历史

      • 出版:2019年8月8日
      • 认可的:2019年4月1日
      • 修订过的:2019年1月1日
      • 收到:2016年10月1日
      发布于汤姆斯第45卷第3期

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