Sys::Syslog patch to allow unix domain sockets
[p5sagit/p5-mst-13.2.git] / lib / Math / Complex.pm
index 30194eb..7a4617c 100644 (file)
@@ -2,29 +2,44 @@
 #
 # Complex numbers and associated mathematical functions
 # -- Raphael Manfredi, September 1996
-# -- Jarkko Hietaniemi, March 1997
+# -- Jarkko Hietaniemi, March-April 1997
 
 require Exporter;
-package Math::Complex; @ISA = qw(Exporter);
+package Math::Complex;
 
 use strict;
 
-use vars qw(@EXPORT $package $display
-           $pi $i $ilog10 $logn %logn);
-
-@EXPORT = qw(
-       pi i Re Im arg
-       sqrt exp log ln
-       log10 logn cbrt root
-       tan
-       cosec csc sec cotan cot
-       asin acos atan
-       acosec acsc asec acotan acot
-       sinh cosh tanh
-       cosech csch sech cotanh coth
-       asinh acosh atanh
-       acosech acsch asech acotanh acoth
-       cplx cplxe
+use vars qw($VERSION @ISA
+           @EXPORT %EXPORT_TAGS
+           $package $display
+           $i $logn %logn);
+
+@ISA = qw(Exporter);
+
+$VERSION = 1.01;
+
+my @trig = qw(
+             pi
+             sin cos tan
+             csc cosec sec cot cotan
+             asin acos atan
+             acsc acosec asec acot acotan
+             sinh cosh tanh
+             csch cosech sech coth cotanh
+             asinh acosh atanh
+             acsch acosech asech acoth acotanh
+            );
+
+@EXPORT = (qw(
+            i Re Im arg
+            sqrt exp log ln
+            log10 logn cbrt root
+            cplx cplxe
+            ),
+          @trig);
+
+%EXPORT_TAGS = (
+    'trig' => [@trig],
 );
 
 use overload
@@ -120,10 +135,16 @@ sub cplxe {
 #
 # The number defined as 2 * pi = 360 degrees
 #
-sub pi () {
-       $pi = 4 * atan2(1, 1) unless $pi;
-       return $pi;
-}
+
+use constant pi => 4 * atan2(1, 1);
+
+#
+# log2inv
+#
+# Used in log10().
+#
+
+use constant log10inv => 1 / log(10);
 
 #
 # i
@@ -131,9 +152,10 @@ sub pi () {
 # The number defined as i*i = -1;
 #
 sub i () {
-       $i = bless {} unless $i;                # There can be only one i
+        return $i if ($i);
+       $i = bless {};
        $i->{'cartesian'} = [0, 1];
-       $i->{'polar'} = [1, pi/2];
+       $i->{'polar'}     = [1, pi/2];
        $i->{c_dirty} = 0;
        $i->{p_dirty} = 0;
        return $i;
@@ -184,9 +206,9 @@ sub update_polar {
 #
 sub plus {
        my ($z1, $z2, $regular) = @_;
-       $z2 = cplx($z2, 0) unless ref $z2;
        my ($re1, $im1) = @{$z1->cartesian};
-       my ($re2, $im2) = @{$z2->cartesian};
+       $z2 = cplx($z2) unless ref $z2;
+       my ($re2, $im2) = ref $z2 ? @{$z2->cartesian} : ($z2, 0);
        unless (defined $regular) {
                $z1->set_cartesian([$re1 + $re2, $im1 + $im2]);
                return $z1;
@@ -201,8 +223,8 @@ sub plus {
 #
 sub minus {
        my ($z1, $z2, $inverted) = @_;
-       $z2 = cplx($z2, 0) unless ref $z2;
        my ($re1, $im1) = @{$z1->cartesian};
+       $z2 = cplx($z2) unless ref $z2;
        my ($re2, $im2) = @{$z2->cartesian};
        unless (defined $inverted) {
                $z1->set_cartesian([$re1 - $re2, $im1 - $im2]);
@@ -211,6 +233,7 @@ sub minus {
        return $inverted ?
                (ref $z1)->make($re2 - $re1, $im2 - $im1) :
                (ref $z1)->make($re1 - $re2, $im1 - $im2);
+
 }
 
 #
@@ -221,8 +244,8 @@ sub minus {
 sub multiply {
        my ($z1, $z2, $regular) = @_;
        my ($r1, $t1) = @{$z1->polar};
-       my ($r2, $t2) = ref $z2 ?
-           @{$z2->polar} : (abs($z2), $z2 >= 0 ? 0 : pi);
+       $z2 = cplxe(abs($z2), $z2 >= 0 ? 0 : pi) unless ref $z2;
+       my ($r2, $t2) = @{$z2->polar};
        unless (defined $regular) {
                $z1->set_polar([$r1 * $r2, $t1 + $t2]);
                return $z1;
@@ -231,17 +254,24 @@ sub multiply {
 }
 
 #
-# divbyzero
+# _divbyzero
 #
 # Die on division by zero.
 #
-sub divbyzero {
-    warn $package . '::' . "$_[0]: Division by zero.\n";
-    warn "(Because in the definition of $_[0], $_[1] is 0)\n"
-       if (defined $_[1]);
+sub _divbyzero {
+    my $mess = "$_[0]: Division by zero.\n";
+
+    if (defined $_[1]) {
+       $mess .= "(Because in the definition of $_[0], the divisor ";
+       $mess .= "$_[1] " unless ($_[1] eq '0');
+       $mess .= "is 0)\n";
+    }
+
     my @up = caller(1);
-    my $dmess = "Died at $up[1] line $up[2].\n";
-    die $dmess;
+    
+    $mess .= "Died at $up[1] line $up[2].\n";
+
+    die $mess;
 }
 
 #
@@ -252,31 +282,62 @@ sub divbyzero {
 sub divide {
        my ($z1, $z2, $inverted) = @_;
        my ($r1, $t1) = @{$z1->polar};
-       my ($r2, $t2) = ref $z2 ?
-           @{$z2->polar} : (abs($z2), $z2 >= 0 ? 0 : pi);
+       $z2 = cplxe(abs($z2), $z2 >= 0 ? 0 : pi) unless ref $z2;
+       my ($r2, $t2) = @{$z2->polar};
        unless (defined $inverted) {
-               divbyzero "$z1/0" if ($r2 == 0);
+               _divbyzero "$z1/0" if ($r2 == 0);
                $z1->set_polar([$r1 / $r2, $t1 - $t2]);
                return $z1;
        }
        if ($inverted) {
-               divbyzero "$z2/0" if ($r1 == 0);
+               _divbyzero "$z2/0" if ($r1 == 0);
                return (ref $z1)->emake($r2 / $r1, $t2 - $t1);
        } else {
-               divbyzero "$z1/0" if ($r2 == 0);
+               _divbyzero "$z1/0" if ($r2 == 0);
                return (ref $z1)->emake($r1 / $r2, $t1 - $t2);
        }
 }
 
 #
+# _zerotozero
+#
+# Die on zero raised to the zeroth.
+#
+sub _zerotozero {
+    my $mess = "The zero raised to the zeroth power is not defined.\n";
+
+    my @up = caller(1);
+    
+    $mess .= "Died at $up[1] line $up[2].\n";
+
+    die $mess;
+}
+
+#
 # (power)
 #
 # Computes z1**z2 = exp(z2 * log z1)).
 #
 sub power {
        my ($z1, $z2, $inverted) = @_;
-       return exp($z1 * log $z2) if defined $inverted && $inverted;
-       return exp($z2 * log $z1);
+       my $z1z = $z1 == 0;
+       my $z2z = $z2 == 0;
+       _zerotozero if ($z1z and $z2z);
+       if ($inverted) {
+           return 0 if ($z2z);
+           return 1 if ($z1z or $z2 == 1);
+       } else {
+           return 0 if ($z1z);
+           return 1 if ($z2z or $z1 == 1);
+       }
+       $z2 = cplx($z2) unless ref $z2;
+       unless (defined $inverted) {
+               my $z3 = exp($z2 * log $z1);
+               $z1->set_cartesian([@{$z3->cartesian}]);
+               return $z1;
+       }
+       return exp($z2 * log $z1) unless $inverted;
+       return exp($z1 * log $z2);
 }
 
 #
@@ -287,9 +348,8 @@ sub power {
 #
 sub spaceship {
        my ($z1, $z2, $inverted) = @_;
-       $z2 = cplx($z2, 0) unless ref $z2;
-       my ($re1, $im1) = @{$z1->cartesian};
-       my ($re2, $im2) = @{$z2->cartesian};
+       my ($re1, $im1) = ref $z1 ? @{$z1->cartesian} : ($z1, 0);
+       my ($re2, $im2) = ref $z2 ? @{$z2->cartesian} : ($z2, 0);
        my $sgn = $inverted ? -1 : 1;
        return $sgn * ($re1 <=> $re2) if $re1 != $re2;
        return $sgn * ($im1 <=> $im2);
@@ -374,6 +434,21 @@ sub cbrt {
 }
 
 #
+# _rootbad
+#
+# Die on bad root.
+#
+sub _rootbad {
+    my $mess = "Root $_[0] not defined, root must be positive integer.\n";
+
+    my @up = caller(1);
+    
+    $mess .= "Died at $up[1] line $up[2].\n";
+
+    die $mess;
+}
+
+#
 # root
 #
 # Computes all nth root for z, returning an array whose size is n.
@@ -385,8 +460,7 @@ sub cbrt {
 #
 sub root {
        my ($z, $n) = @_;
-       $n = int($n + 0.5);
-       return undef unless $n > 0;
+       _rootbad($n) if ($n < 1 or int($n) != $n);
        my ($r, $t) = ref $z ? @{$z->polar} : (abs($z), $z >= 0 ? 0 : pi);
        my @root;
        my $k;
@@ -444,8 +518,8 @@ sub exp {
 sub log {
        my ($z) = @_;
        $z = cplx($z, 0) unless ref $z;
-       my ($r, $t) = @{$z->polar};
        my ($x, $y) = @{$z->cartesian};
+       my ($r, $t) = @{$z->polar};
        $t -= 2 * pi if ($t >  pi() and $x < 0);
        $t += 2 * pi if ($t < -pi() and $x < 0);
        return (ref $z)->make(log($r), $t);
@@ -463,12 +537,13 @@ sub ln { Math::Complex::log(@_) }
 #
 # Compute log10(z).
 #
+
 sub log10 {
        my ($z) = @_;
-       my $ilog10 = 1 / log(10) unless defined $ilog10;
-       return log(cplx($z, 0)) * $ilog10 unless ref $z;
+
+       return log(cplx($z, 0)) * log10inv unless ref $z;
        my ($r, $t) = @{$z->polar};
-       return (ref $z)->make(log($r) * $ilog10, $t * $ilog10);
+       return (ref $z)->make(log($r) * log10inv, $t * log10inv);
 }
 
 #
@@ -491,6 +566,7 @@ sub logn {
 #
 sub cos {
        my ($z) = @_;
+       $z = cplx($z, 0) unless ref $z;
        my ($x, $y) = @{$z->cartesian};
        my $ey = exp($y);
        my $ey_1 = 1 / $ey;
@@ -505,6 +581,7 @@ sub cos {
 #
 sub sin {
        my ($z) = @_;
+       $z = cplx($z, 0) unless ref $z;
        my ($x, $y) = @{$z->cartesian};
        my $ey = exp($y);
        my $ey_1 = 1 / $ey;
@@ -520,7 +597,7 @@ sub sin {
 sub tan {
        my ($z) = @_;
        my $cz = cos($z);
-       divbyzero "tan($z)", "cos($z)" if ($cz == 0);
+       _divbyzero "tan($z)", "cos($z)" if ($cz == 0);
        return sin($z) / $cz;
 }
 
@@ -532,7 +609,7 @@ sub tan {
 sub sec {
        my ($z) = @_;
        my $cz = cos($z);
-       divbyzero "sec($z)", "cos($z)" if ($cz == 0);
+       _divbyzero "sec($z)", "cos($z)" if ($cz == 0);
        return 1 / $cz;
 }
 
@@ -544,7 +621,7 @@ sub sec {
 sub csc {
        my ($z) = @_;
        my $sz = sin($z);
-       divbyzero "csc($z)", "sin($z)" if ($sz == 0);
+       _divbyzero "csc($z)", "sin($z)" if ($sz == 0);
        return 1 / $sz;
 }
 
@@ -563,7 +640,7 @@ sub cosec { Math::Complex::csc(@_) }
 sub cot {
        my ($z) = @_;
        my $sz = sin($z);
-       divbyzero "cot($z)", "sin($z)" if ($sz == 0);
+       _divbyzero "cot($z)", "sin($z)" if ($sz == 0);
        return cos($z) / $sz;
 }
 
@@ -603,7 +680,8 @@ sub asin {
 #
 sub atan {
        my ($z) = @_;
-       divbyzero "atan($z)", "i - $z" if ($z == i);
+       $z = cplx($z, 0) unless ref $z;
+       _divbyzero "atan($z)", "i - $z" if ($z == i);
        return i/2*log((i + $z) / (i - $z));
 }
 
@@ -614,25 +692,27 @@ sub atan {
 #
 sub asec {
        my ($z) = @_;
+       _divbyzero "asec($z)", $z if ($z == 0);
        return acos(1 / $z);
 }
 
 #
-# acosec
+# acsc
 #
 # Computes the arc cosecant sec(z) = asin(1 / z).
 #
-sub acosec {
+sub acsc {
        my ($z) = @_;
+       _divbyzero "acsc($z)", $z if ($z == 0);
        return asin(1 / $z);
 }
 
 #
-# acsc
+# acosec
 #
-# Alias for acosec().
+# Alias for acsc().
 #
-sub acsc { Math::Complex::acosec(@_) }
+sub acosec { Math::Complex::acsc(@_) }
 
 #
 # acot
@@ -641,7 +721,8 @@ sub acsc { Math::Complex::acosec(@_) }
 #
 sub acot {
        my ($z) = @_;
-       divbyzero "acot($z)", "$z - i" if ($z == i);
+       $z = cplx($z, 0) unless ref $z;
+       _divbyzero "acot($z)", "$z - i" if ($z == i);
        return i/-2 * log((i + $z) / ($z - i));
 }
 
@@ -659,11 +740,15 @@ sub acotan { Math::Complex::acot(@_) }
 #
 sub cosh {
        my ($z) = @_;
-       $z = cplx($z, 0) unless ref $z;
+       my $real;
+       unless (ref $z) {
+           $z = cplx($z, 0);
+           $real = 1;
+       }
        my ($x, $y) = @{$z->cartesian};
        my $ex = exp($x);
        my $ex_1 = 1 / $ex;
-       return ($ex + $ex_1)/2 unless ref $z;
+       return cplx(0.5 * ($ex + $ex_1), 0) if $real;
        return (ref $z)->make(cos($y) * ($ex + $ex_1)/2,
                              sin($y) * ($ex - $ex_1)/2);
 }
@@ -675,11 +760,15 @@ sub cosh {
 #
 sub sinh {
        my ($z) = @_;
-       $z = cplx($z, 0) unless ref $z;
+       my $real;
+       unless (ref $z) {
+           $z = cplx($z, 0);
+           $real = 1;
+       }
        my ($x, $y) = @{$z->cartesian};
        my $ex = exp($x);
        my $ex_1 = 1 / $ex;
-       return ($ex - $ex_1)/2 unless ref $z;
+       return cplx(0.5 * ($ex - $ex_1), 0) if $real;
        return (ref $z)->make(cos($y) * ($ex - $ex_1)/2,
                              sin($y) * ($ex + $ex_1)/2);
 }
@@ -692,7 +781,7 @@ sub sinh {
 sub tanh {
        my ($z) = @_;
        my $cz = cosh($z);
-       divbyzero "tanh($z)", "cosh($z)" if ($cz == 0);
+       _divbyzero "tanh($z)", "cosh($z)" if ($cz == 0);
        return sinh($z) / $cz;
 }
 
@@ -704,7 +793,7 @@ sub tanh {
 sub sech {
        my ($z) = @_;
        my $cz = cosh($z);
-       divbyzero "sech($z)", "cosh($z)" if ($cz == 0);
+       _divbyzero "sech($z)", "cosh($z)" if ($cz == 0);
        return 1 / $cz;
 }
 
@@ -716,7 +805,7 @@ sub sech {
 sub csch {
        my ($z) = @_;
        my $sz = sinh($z);
-       divbyzero "csch($z)", "sinh($z)" if ($sz == 0);
+       _divbyzero "csch($z)", "sinh($z)" if ($sz == 0);
        return 1 / $sz;
 }
 
@@ -735,7 +824,7 @@ sub cosech { Math::Complex::csch(@_) }
 sub coth {
        my ($z) = @_;
        my $sz = sinh($z);
-       divbyzero "coth($z)", "sinh($z)" if ($sz == 0);
+       _divbyzero "coth($z)", "sinh($z)" if ($sz == 0);
        return cosh($z) / $sz;
 }
 
@@ -753,7 +842,7 @@ sub cotanh { Math::Complex::coth(@_) }
 #
 sub acosh {
        my ($z) = @_;
-       $z = cplx($z, 0) unless ref $z; # asinh(-2)
+       $z = cplx($z, 0) unless ref $z;
        return log($z + sqrt($z*$z - 1));
 }
 
@@ -764,7 +853,7 @@ sub acosh {
 #
 sub asinh {
        my ($z) = @_;
-       $z = cplx($z, 0) unless ref $z; # asinh(-2)
+       $z = cplx($z, 0) unless ref $z;
        return log($z + sqrt($z*$z + 1));
 }
 
@@ -775,8 +864,8 @@ sub asinh {
 #
 sub atanh {
        my ($z) = @_;
-       $z = cplx($z, 0) unless ref $z; # atanh(-2)
-       divbyzero 'atanh(1)', "1 - $z" if ($z == 1);
+       _divbyzero 'atanh(1)', "1 - $z" if ($z == 1);
+       $z = cplx($z, 0) unless ref $z;
        my $cz = (1 + $z) / (1 - $z);
        return log($cz) / 2;
 }
@@ -788,7 +877,7 @@ sub atanh {
 #
 sub asech {
        my ($z) = @_;
-       divbyzero 'asech(0)', $z if ($z == 0);
+       _divbyzero 'asech(0)', $z if ($z == 0);
        return acosh(1 / $z);
 }
 
@@ -799,7 +888,7 @@ sub asech {
 #
 sub acsch {
        my ($z) = @_;
-       divbyzero 'acsch(0)', $z if ($z == 0);
+       _divbyzero 'acsch(0)', $z if ($z == 0);
        return asinh(1 / $z);
 }
 
@@ -817,8 +906,8 @@ sub acosech { Math::Complex::acsch(@_) }
 #
 sub acoth {
        my ($z) = @_;
-       $z = cplx($z, 0) unless ref $z; # acoth(-2)
-       divbyzero 'acoth(1)', "$z - 1" if ($z == 1);
+       _divbyzero 'acoth(1)', "$z - 1" if ($z == 1);
+       $z = cplx($z, 0) unless ref $z;
        my $cz = (1 + $z) / ($z - 1);
        return log($cz) / 2;
 }
@@ -837,8 +926,8 @@ sub acotanh { Math::Complex::acoth(@_) }
 #
 sub atan2 {
        my ($z1, $z2, $inverted) = @_;
-       my ($re1, $im1) = @{$z1->cartesian};
-       my ($re2, $im2) = @{$z2->cartesian};
+       my ($re1, $im1) = ref $z1 ? @{$z1->cartesian} : ($z1, 0);
+       my ($re2, $im2) = ref $z2 ? @{$z2->cartesian} : ($z2, 0);
        my $tan;
        if (defined $inverted && $inverted) {   # atan(z2/z1)
                return pi * ($re2 > 0 ? 1 : -1) if $re1 == 0 && $im1 == 0;
@@ -1002,6 +1091,7 @@ Math::Complex - complex numbers and associated mathematical functions
 =head1 SYNOPSIS
 
        use Math::Complex;
+       
        $z = Math::Complex->make(5, 6);
        $t = 4 - 3*i + $z;
        $j = cplxe(1, 2*pi/3);
@@ -1195,32 +1285,32 @@ numbers:
 
        tan(z) = sin(z) / cos(z)
 
-        csc(z) = 1 / sin(z)
-        sec(z) = 1 / cos(z)
+       csc(z) = 1 / sin(z)
+       sec(z) = 1 / cos(z)
        cot(z) = 1 / tan(z)
 
        asin(z) = -i * log(i*z + sqrt(1-z*z))
        acos(z) = -i * log(z + sqrt(z*z-1))
        atan(z) = i/2 * log((i+z) / (i-z))
 
-        acsc(z) = asin(1 / z)
-        asec(z) = acos(1 / z)
+       acsc(z) = asin(1 / z)
+       asec(z) = acos(1 / z)
        acot(z) = -i/2 * log((i+z) / (z-i))
 
        sinh(z) = 1/2 (exp(z) - exp(-z))
        cosh(z) = 1/2 (exp(z) + exp(-z))
        tanh(z) = sinh(z) / cosh(z) = (exp(z) - exp(-z)) / (exp(z) + exp(-z))
 
-        csch(z) = 1 / sinh(z)
-        sech(z) = 1 / cosh(z)
+       csch(z) = 1 / sinh(z)
+       sech(z) = 1 / cosh(z)
        coth(z) = 1 / tanh(z)
        
        asinh(z) = log(z + sqrt(z*z+1))
        acosh(z) = log(z + sqrt(z*z-1))
        atanh(z) = 1/2 * log((1+z) / (1-z))
 
-        acsch(z) = asinh(1 / z)
-        asech(z) = acosh(1 / z)
+       acsch(z) = asinh(1 / z)
+       asech(z) = acosh(1 / z)
        acoth(z) = atanh(1 / z) = 1/2 * log((1+z) / (z-1))
 
 I<log>, I<csc>, I<cot>, I<acsc>, I<acot>, I<csch>, I<coth>,
@@ -1243,11 +1333,11 @@ The I<k>th root for C<z = [r,t]> is given by:
 
        (root(z, n))[k] = r**(1/n) * exp(i * (t + 2*k*pi)/n)
 
-The I<spaceship> comparison operator is also defined. In order to
-ensure its restriction to real numbers is conform to what you would
-expect, the comparison is run on the real part of the complex number
-first, and imaginary parts are compared only when the real parts
-match.
+The I<spaceship> comparison operator, E<lt>=E<gt>, is also defined. In
+order to ensure its restriction to real numbers is conform to what you
+would expect, the comparison is run on the real part of the complex
+number first, and imaginary parts are compared only when the real
+parts match.
 
 =head1 CREATION
 
@@ -1325,10 +1415,47 @@ Here are some examples:
        $k = exp(i * 2*pi/3);
        print "$j - $k = ", $j - $k, "\n";
 
+=head1 ERRORS DUE TO DIVISION BY ZERO
+
+The division (/) and the following functions
+
+       tan
+       sec
+       csc
+       cot
+       asec
+       acsc
+       atan
+       acot
+       tanh
+       sech
+       csch
+       coth
+       atanh
+       asech
+       acsch
+       acoth
+
+cannot be computed for all arguments because that would mean dividing
+by zero. These situations cause fatal runtime errors looking like this
+
+       cot(0): Division by zero.
+       (Because in the definition of cot(0), the divisor sin(0) is 0)
+       Died at ...
+
+For the C<csc>, C<cot>, C<asec>, C<acsc>, C<csch>, C<coth>, C<asech>,
+C<acsch>, the argument cannot be C<0> (zero). For the C<atanh>,
+C<acoth>, the argument cannot be C<1> (one). For the C<atan>, C<acot>,
+the argument cannot be C<i> (the imaginary unit).  For the C<tan>,
+C<sec>, C<tanh>, C<sech>, the argument cannot be I<pi/2 + k * pi>, where
+I<k> is any integer.
+
 =head1 BUGS
 
-Saying C<use Math::Complex;> exports many mathematical routines in the caller
-environment.  This is construed as a feature by the Author, actually... ;-)
+Saying C<use Math::Complex;> exports many mathematical routines in the
+caller environment and even overrides some (C<sin>, C<cos>, C<sqrt>,
+C<log>, C<exp>).  This is construed as a feature by the Authors,
+actually... ;-)
 
 The code is not optimized for speed, although we try to use the cartesian
 form for addition-like operators and the trigonometric form for all
@@ -1344,5 +1471,9 @@ operation (for instance) between two overloaded entities.
 
 =head1 AUTHORS
 
-       Raphael Manfredi <F<Raphael_Manfredi@grenoble.hp.com>>
-       Jarkko Hietaniemi <F<jhi@iki.fi>>
+Raphael Manfredi <F<Raphael_Manfredi@grenoble.hp.com>> and
+Jarkko Hietaniemi <F<jhi@iki.fi>>.
+
+=cut
+
+# eof