add patch to integrate Math::Trig::Radial into Math::Trig
Jarkko Hietaniemi [Mon, 29 Jun 1998 16:28:53 +0000 (19:28 +0300)]
Message-Id: <199806291328.QAA16916@alpha.hut.fi>
Subject: [PATCH] 5.004_68 (or 5.004_04): radial trig

p4raw-id: //depot/perl@1267

MANIFEST
lib/Math/Trig.pm
lib/Math/Trig/Radial.pm [deleted file]
t/lib/trig.t

index 5c1b5ba..6dd7c59 100644 (file)
--- a/MANIFEST
+++ b/MANIFEST
@@ -481,7 +481,6 @@ lib/Math/BigFloat.pm        An arbitrary precision floating-point arithmetic package
 lib/Math/BigInt.pm     An arbitrary precision integer arithmetic package
 lib/Math/Complex.pm    A Complex package
 lib/Math/Trig.pm       A simple interface to complex trigonometry
-lib/Math/Trig/Radial.pm        Spherical and cylindrical trigonometry
 lib/Net/Ping.pm                Hello, anybody home?
 lib/Net/hostent.pm     By-name interface to Perl's builtin gethost*
 lib/Net/netent.pm      By-name interface to Perl's builtin getnet*
index a1cbb07..7192d76 100644 (file)
@@ -1,6 +1,6 @@
 #
 # Trigonometric functions, mostly inherited from Math::Complex.
-# -- Jarkko Hietaniemi, April 1997
+# -- Jarkko Hietaniemi, since April 1997
 # -- Raphael Manfredi, September 1996 (indirectly: because of Math::Complex)
 #
 
@@ -13,7 +13,7 @@ use Math::Complex qw(:trig);
 
 use vars qw($VERSION $PACKAGE
            @ISA
-           @EXPORT);
+           @EXPORT @EXPORT_OK %EXPORT_TAGS);
 
 @ISA = qw(Exporter);
 
@@ -26,13 +26,25 @@ my @angcnv = qw(rad2deg rad2grad
 @EXPORT = (@{$Math::Complex::EXPORT_TAGS{'trig'}},
           @angcnv);
 
-use constant pi2 => 2 * pi;
-use constant DR  => pi2/360;
-use constant RD  => 360/pi2;
-use constant DG  => 400/360;
-use constant GD  => 360/400;
-use constant RG  => 400/pi2;
-use constant GR  => pi2/400;
+my @rdlcnv = qw(cartesian_to_cylindrical
+               cartesian_to_spherical
+               cylindrical_to_cartesian
+               cylindrical_to_spherical
+               spherical_to_cartesian
+               spherical_to_cylindrical);
+
+@EXPORT_OK = (@rdlcnv, 'great_circle_distance');
+
+%EXPORT_TAGS = ('radial' => [ @rdlcnv ]);
+
+use constant pi2  => 2 * pi;
+use constant pip2 => pi / 2;
+use constant DR   => pi2/360;
+use constant RD   => 360/pi2;
+use constant DG   => 400/360;
+use constant GD   => 360/400;
+use constant RG   => 400/pi2;
+use constant GR   => pi2/400;
 
 #
 # Truncating remainder.
@@ -59,6 +71,61 @@ sub rad2grad ($) { remt(RG * $_[0], 400) }
 
 sub grad2rad ($) { remt(GR * $_[0], pi2) }
 
+sub cartesian_to_spherical {
+    my ( $x, $y, $z ) = @_;
+
+    my $rho = sqrt( $x * $x + $y * $y + $z * $z );
+
+    return ( $rho,
+             atan2( $y, $x ),
+             $rho ? acos( $z / $rho ) : 0 );
+}
+
+sub spherical_to_cartesian {
+    my ( $rho, $theta, $phi ) = @_;
+
+    return ( $rho * cos( $theta ) * sin( $phi ),
+             $rho * sin( $theta ) * sin( $phi ),
+             $rho * cos( $phi   ) );
+}
+
+sub spherical_to_cylindrical {
+    my ( $x, $y, $z ) = spherical_to_cartesian( @_ );
+
+    return ( sqrt( $x * $x + $y * $y ), $_[1], $z );
+}
+
+sub cartesian_to_cylindrical {
+    my ( $x, $y, $z ) = @_;
+
+    return ( sqrt( $x * $x + $y * $y ), atan2( $y, $x ), $z );
+}
+
+sub cylindrical_to_cartesian {
+    my ( $rho, $theta, $z ) = @_;
+
+    return ( $rho * cos( $theta ), $rho * sin( $theta ), $z );
+}
+
+sub cylindrical_to_spherical {
+    return ( cartesian_to_spherical( cylindrical_to_cartesian( @_ ) ) );
+}
+
+sub great_circle_distance {
+    my ( $theta0, $phi0, $theta1, $phi1, $rho ) = @_;
+
+    $rho = 1 unless defined $rho; # Default to the unit sphere.
+
+    my $lat0 = pip2 - $phi0;
+    my $lat1 = pip2 - $phi1;
+
+    return $rho *
+        acos(cos( $lat0 ) * cos( $lat1 ) * cos( $theta0 - $theta1 ) +
+             sin( $lat0 ) * sin( $lat1 ) );
+}
+
+=pod
+
 =head1 NAME
 
 Math::Trig - trigonometric functions
@@ -86,68 +153,72 @@ conversions.
 
 The tangent
 
-       tan
+=over 4
+
+=item B<tan>
+
+=back
 
 The cofunctions of the sine, cosine, and tangent (cosec/csc and cotan/cot
 are aliases)
 
-       csc cosec sec cot cotan
+B<csc>, B<cosec>, B<sec>, B<sec>, B<cot>, B<cotan>
 
 The arcus (also known as the inverse) functions of the sine, cosine,
 and tangent
 
-       asin acos atan
+B<asin>, B<acos>, B<atan>
 
 The principal value of the arc tangent of y/x
 
-       atan2(y, x)
+B<atan2>(y, x)
 
 The arcus cofunctions of the sine, cosine, and tangent (acosec/acsc
 and acotan/acot are aliases)
 
-       acsc acosec asec acot acotan
+B<acsc>, B<acosec>, B<asec>, B<acot>, B<acotan>
 
 The hyperbolic sine, cosine, and tangent
 
-       sinh cosh tanh
+B<sinh>, B<cosh>, B<tanh>
 
 The cofunctions of the hyperbolic sine, cosine, and tangent (cosech/csch
 and cotanh/coth are aliases)
 
-       csch cosech sech coth cotanh
+B<csch>, B<cosech>, B<sech>, B<coth>, B<cotanh>
 
 The arcus (also known as the inverse) functions of the hyperbolic
 sine, cosine, and tangent
 
-       asinh acosh atanh
+B<asinh>, B<acosh>, B<atanh>
 
 The arcus cofunctions of the hyperbolic sine, cosine, and tangent
 (acsch/acosech and acoth/acotanh are aliases)
 
-       acsch acosech asech acoth acotanh
+B<acsch>, B<acosech>, B<asech>, B<acoth>, B<acotanh>
 
 The trigonometric constant B<pi> is also defined.
 
-       $pi2 = 2 * pi;
+$pi2 = 2 * B<pi>;
 
 =head2 ERRORS DUE TO DIVISION BY ZERO
 
 The following functions
 
-       tan
-       sec
-       csc
-       cot
-       asec
+       acoth
        acsc
-       tanh
-       sech
-       csch
-       coth
-       atanh
-       asech
        acsch
-       acoth
+       asec
+       asech
+       atanh
+       cot
+       coth
+       csc
+       csch
+       sec
+       sech
+       tan
+       tanh
 
 cannot be computed for all arguments because that would mean dividing
 by zero or taking logarithm of zero. These situations cause fatal
@@ -196,7 +267,7 @@ should produce something like this (take or leave few last decimals):
 That is, a complex number with the real part of approximately C<1.571>
 and the imaginary part of approximately C<-1.317>.
 
-=head1 ANGLE CONVERSIONS
+=head1 PLANE ANGLE CONVERSIONS
 
 (Plane, 2-dimensional) angles may be converted with the following functions.
 
@@ -211,6 +282,121 @@ and the imaginary part of approximately C<-1.317>.
 
 The full circle is 2 I<pi> radians or I<360> degrees or I<400> gradians.
 
+=head1 RADIAL COORDINATE CONVERSIONS
+
+B<Radial coordinate systems> are the B<spherical> and the B<cylindrical>
+systems, explained shortly in more detail.
+
+You can import radial coordinate conversion functions by using the
+C<:radial> tag:
+
+    use Math::Trig ':radial';
+
+    ($rho, $theta, $z)     = cartesian_to_cylindrical($x, $y, $z);
+    ($rho, $theta, $phi)   = cartesian_to_spherical($x, $y, $z);
+    ($x, $y, $z)           = cylindrical_to_cartesian($rho, $theta, $z);
+    ($rho_s, $theta, $phi) = cylindrical_to_spherical($rho_c, $theta, $z);
+    ($x, $y, $z)           = spherical_to_cartesian($rho, $theta, $phi);
+    ($rho_c, $theta, $z)   = spherical_to_cylindrical($rho_s, $theta, $phi);
+
+B<All angles are in radians>.
+
+=head2 COORDINATE SYSTEMS
+
+B<Cartesian> coordinates are the usual rectangular I<(x, y,
+z)>-coordinates.
+
+Spherical coordinates, I<(rho, theta, pi)>, are three-dimensional
+coordinates which define a point in three-dimensional space.  They are
+based on a sphere surface.  The radius of the sphere is B<rho>, also
+known as the I<radial> coordinate.  The angle in the I<xy>-plane
+(around the I<z>-axis) is B<theta>, also known as the I<azimuthal>
+coordinate.  The angle from the I<z>-axis is B<phi>, also known as the
+I<polar> coordinate.  The `North Pole' is therefore I<0, 0, rho>, and
+the `Bay of Guinea' (think of the missing big chunk of Africa) I<0,
+pi/2, rho>.
+
+B<Beware>: some texts define I<theta> and I<phi> the other way round,
+some texts define the I<phi> to start from the horizontal plane, some
+texts use I<r> in place of I<rho>.
+
+Cylindrical coordinates, I<(rho, theta, z)>, are three-dimensional
+coordinates which define a point in three-dimensional space.  They are
+based on a cylinder surface.  The radius of the cylinder is B<rho>,
+also known as the I<radial> coordinate.  The angle in the I<xy>-plane
+(around the I<z>-axis) is B<theta>, also known as the I<azimuthal>
+coordinate.  The third coordinate is the I<z>, pointing up from the
+B<theta>-plane.
+
+=head2 3-D ANGLE CONVERSIONS
+
+Conversions to and from spherical and cylindrical coordinates are
+available.  Please notice that the conversions are not necessarily
+reversible because of the equalities like I<pi> angles being equal to
+I<-pi> angles.
+
+=over 4
+
+=item cartesian_to_cylindrical
+
+        ($rho, $theta, $z) = cartesian_to_cylindrical($x, $y, $z);
+
+=item cartesian_to_spherical
+
+        ($rho, $theta, $phi) = cartesian_to_spherical($x, $y, $z);
+
+=item cylindrical_to_cartesian
+
+        ($x, $y, $z) = cylindrical_to_cartesian($rho, $theta, $z);
+
+=item cylindrical_to_spherical
+
+        ($rho_s, $theta, $phi) = cylindrical_to_spherical($rho_c, $theta, $z);
+
+Notice that when C<$z> is not 0 C<$rho_s> is not equal to C<$rho_c>.
+
+=item spherical_to_cartesian
+
+        ($x, $y, $z) = spherical_to_cartesian($rho, $theta, $phi);
+
+=item spherical_to_cylindrical
+
+        ($rho_c, $theta, $z) = spherical_to_cylindrical($rho_s, $theta, $phi);
+
+Notice that when C<$z> is not 0 C<$rho_c> is not equal to C<$rho_s>.
+
+=back
+
+=head1 GREAT CIRCLE DISTANCES
+
+You can compute spherical distances, called B<great circle distances>,
+by importing the C<great_circle_distance> function:
+
+       use Math::Trig 'great_circle_distance'
+
+    $distance = great_circle_distance($theta0, $phi0, $theta1, $phi, [, $rho]);
+
+The I<great circle distance> is the shortest distance between two
+points on a sphere.  The distance is in C<$rho> units.  The C<$rho> is
+optional, it defaults to 1 (the unit sphere), therefore the distance
+defaults to radians.
+
+=head EXAMPLES
+
+To calculate the distance between London (51.3N 0.5W) and Tokyo (35.7N
+139.8E) in kilometers:
+
+        use Math::Trig qw(great_circle_distance deg2rad);
+
+        # Notice the 90 - latitude: phi zero is at the North Pole.
+       @L = (deg2rad(-0.5), deg2rad(90 - 51.3));
+        @T = (deg2rad(139.8),deg2rad(90 - 35.7));
+
+        $km = great_circle_distance(@L, @T, 6378);
+
+The answer may be off by up to 0.3% because of the irregular (slightly
+aspherical) form of the Earth.
+
 =head1 BUGS
 
 Saying C<use Math::Trig;> exports many mathematical routines in the
diff --git a/lib/Math/Trig/Radial.pm b/lib/Math/Trig/Radial.pm
deleted file mode 100644 (file)
index 0001cb7..0000000
+++ /dev/null
@@ -1,193 +0,0 @@
-package Math::Trig::Radial;
-
-use strict;
-use vars qw(@ISA @EXPORT);
-@ISA = qw(Exporter);
-
-@EXPORT =
-    qw(
-       cartesian_to_cylindrical
-       cartesian_to_spherical
-       cylindrical_to_cartesian
-       cylindrical_to_spherical
-       spherical_to_cartesian
-       spherical_to_cylindrical
-       great_circle_distance
-      );
-
-use Math::Trig;
-
-sub pip2 { pi/2 }
-
-=pod
-
-=head1 NAME
-
-Math::Trig::Radial - spherical and cylindrical trigonometry
-
-=head1 SYNOPSIS
-
-    use Math::Trig::Radial;
-
-    ($rho, $theta, $z)     = cartesian_to_cylindrical($x, $y, $z);
-    ($rho, $theta, $phi)   = cartesian_to_spherical($x, $y, $z);
-    ($x, $y, $z)           = cylindrical_to_cartesian($rho, $theta, $z);
-    ($rho_s, $theta, $phi) = cylindrical_to_spherical($rho_c, $theta, $z);
-    ($x, $y, $z)           = spherical_to_cartesian($rho, $theta, $phi);
-    ($rho_c, $theta, $z)   = spherical_to_cylindrical($rho_s, $theta, $phi);
-
-=head1 DESCRIPTION
-
-This module contains a few basic spherical and cylindrical
-trigonometric formulas.  B<All angles are in radians>, if needed
-use C<Math::Trig> angle unit conversions.
-
-=head2 COORDINATE SYSTEMS
-
-B<Cartesian> coordinates are the usual rectangular I<xyz>-coordinates.
-
-Spherical coordinates are three-dimensional coordinates which define a
-point in three-dimensional space.  They are based on a sphere surface.
-The radius of the sphere is B<rho>, also known as the I<radial>
-coordinate.  The angle in the I<xy>-plane (around the I<z>-axis) is
-B<theta>, also known as the I<azimuthal> coordinate.  The angle from
-the I<z>-axis is B<phi>, also known as the I<polar> coordinate.  The
-`North Pole' is therefore I<0, 0, rho>, and the `Bay of Guinea' (think
-Africa) I<0, pi/2, rho>.
-
-Cylindrical coordinates are three-dimensional coordinates which define
-a point in three-dimensional space.  They are based on a cylinder
-surface.  The radius of the cylinder is B<rho>, also known as the
-I<radial> coordinate.  The angle in the I<xy>-plane (around the
-I<z>-axis) is B<theta>, also known as the I<azimuthal> coordinate.
-The third coordinate is the I<z>.
-
-=head2 CONVERSIONS
-
-Conversions to and from spherical and cylindrical coordinates are
-available.  Please notice that the conversions are not necessarily
-reversible because of the equalities like I<pi> angles equals I<-pi>
-angles.
-
-=over 4
-
-=item cartesian_to_cylindrical
-
-       ($rho, $theta, $z) = cartesian_to_cylindrical($x, $y, $z);
-
-=item cartesian_to_spherical
-
-       ($rho, $theta, $phi) = cartesian_to_spherical($x, $y, $z);
-
-=item cylindrical_to_cartesian
-
-       ($x, $y, $z) = cylindrical_to_cartesian($rho, $theta, $z);
-
-=item cylindrical_to_spherical
-
-       ($rho_s, $theta, $phi) = cylindrical_to_spherical($rho_c, $theta, $z);
-
-Notice that when C<$z> is not 0 C<$rho_s> is not equal to C<$rho_c>.
-
-=item spherical_to_cartesian
-
-       ($x, $y, $z) = spherical_to_cartesian($rho, $theta, $phi);
-
-=item spherical_to_cylindrical
-
-       ($rho_c, $theta, $z) = spherical_to_cylindrical($rho_s, $theta, $phi);
-
-Notice that when C<$z> is not 0 C<$rho_c> is not equal to C<$rho_s>.
-
-=back
-
-=head2 GREAT CIRCLE DISTANCE
-
-    $distance = great_circle_distance($x0, $y0, $z0, $x1, $y1, $z1 [, $rho]);
-
-The I<great circle distance> is the shortest distance between two
-points on a sphere.  The distance is in C<$rho> units.  The C<$rho> is
-optional, it defaults to 1 (the unit sphere), therefore the distance
-defaults to radians.  The coordinates C<$x0> ... C<$z1> are in
-cartesian coordinates.
-
-=head EXAMPLES
-
-To calculate the distance between London (51.3N 0.5W) and Tokyo (35.7N
-139.8E) in kilometers:
-
-       use Math::Trig::Radial;
-       use Math::Trig;
-
-       my @L = spherical_to_cartesian(1, map { deg2rad $_ } qw(51.3  -0.5));
-       my @T = spherical_to_cartesian(1, map { deg2rad $_ } qw(35.7 139.8));
-
-       $km = great_circle_distance(@L, @T, 6378);
-
-The answer may be off by up to 0.3% because of the irregular (slightly
-aspherical) form of the Earth.
-
-=head2 AUTHOR
-
-Jarkko Hietaniemi F<E<lt>jhi@iki.fiE<gt>>
-
-=cut
-
-sub cartesian_to_spherical {
-    my ( $x, $y, $z ) = @_;
-
-    my $rho = sqrt( $x * $x + $y * $y + $z * $z );
-
-    return ( $rho,
-            atan2( $y, $x ),
-            $rho ? acos( $z / $rho ) : 0 );
-}
-
-sub spherical_to_cartesian {
-    my ( $rho, $theta, $phi ) = @_;
-
-    return ( $rho * cos( $theta ) * sin( $phi ),
-            $rho * sin( $theta ) * sin( $phi ),
-            $rho * cos( $phi   ) );
-}
-
-sub spherical_to_cylindrical {
-    my ( $x, $y, $z ) = spherical_to_cartesian( @_ );
-
-    return ( sqrt( $x * $x + $y * $y ), $_[1], $z );
-}
-
-sub cartesian_to_cylindrical {
-    my ( $x, $y, $z ) = @_;
-
-    return ( sqrt( $x * $x + $y * $y ), atan2( $y, $x ), $z );
-}
-
-sub cylindrical_to_cartesian {
-    my ( $rho, $theta, $z ) = @_;
-
-    return ( $rho * cos( $theta ), $rho * sin( $theta ), $z );
-}
-
-sub cylindrical_to_spherical {
-    return ( cartesian_to_spherical( cylindrical_to_cartesian( @_ ) ) );
-}
-
-sub great_circle_distance {
-    my ( $x0, $y0, $z0, $x1, $y1, $z1, $rho ) = @_;
-
-    $rho = 1 unless defined $rho; # Default to the unit sphere.
-
-    my ( $r0, $theta0, $phi0 ) = cartesian_to_spherical( $x0, $y0, $z0 );
-    my ( $r1, $theta1, $phi1 ) = cartesian_to_spherical( $x1, $y1, $z1 );
-
-    my $lat0 = pip2 - $phi0;
-    my $lat1 = pip2 - $phi1;
-
-    return $rho *
-       acos(cos( $lat0 ) * cos( $lat1 ) * cos( $theta0 - $theta1 ) +
-            sin( $lat0 ) * sin( $lat1 ) );
-}
-
-1;
-
index c2bc2a8..0914711 100755 (executable)
@@ -25,7 +25,7 @@ sub near ($$;$) {
     abs($_[0] - $_[1]) < (defined $_[2] ? $_[2] : $eps);
 }
 
-print "1..7\n";
+print "1..20\n";
 
 $x = 0.9;
 print 'not ' unless (near(tan($x), sin($x) / cos($x)));
@@ -54,4 +54,103 @@ print "ok 6\n";
 print 'not ' unless (near(rad2deg(pi), 180));
 print "ok 7\n";
 
+use Math::Trig ':radial';
+
+{
+    my ($r,$t,$z) = cartesian_to_cylindrical(1,1,1);
+
+    print 'not ' unless (near($r, sqrt(2)))     and
+                       (near($t, deg2rad(45))) and
+                       (near($z, 1));
+    print "ok 8\n";
+
+    ($x,$y,$z) = cylindrical_to_cartesian($r, $t, $z);
+
+    print 'not ' unless (near($x, 1)) and
+                       (near($y, 1)) and
+                       (near($z, 1));
+    print "ok 9\n";
+
+    ($r,$t,$z) = cartesian_to_cylindrical(1,1,0);
+
+    print 'not ' unless (near($r, sqrt(2)))     and
+                       (near($t, deg2rad(45))) and
+                       (near($z, 0));
+    print "ok 10\n";
+
+    ($x,$y,$z) = cylindrical_to_cartesian($r, $t, $z);
+
+    print 'not ' unless (near($x, 1)) and
+                       (near($y, 1)) and
+                       (near($z, 0));
+    print "ok 11\n";
+}
+
+{
+    my ($r,$t,$f) = cartesian_to_spherical(1,1,1);
+
+    print 'not ' unless (near($r, sqrt(3)))     and
+                       (near($t, deg2rad(45))) and
+                       (near($f, atan2(sqrt(2), 1)));
+    print "ok 12\n";
+
+    ($x,$y,$z) = spherical_to_cartesian($r, $t, $f);
+
+    print 'not ' unless (near($x, 1)) and
+                       (near($y, 1)) and
+                       (near($z, 1));
+    print "ok 13\n";
+
+    ($r,$t,$f) = cartesian_to_spherical(1,1,0);
+
+    print 'not ' unless (near($r, sqrt(2)))     and
+                       (near($t, deg2rad(45))) and
+                       (near($f, deg2rad(90)));
+    print "ok 14\n";
+
+    ($x,$y,$z) = spherical_to_cartesian($r, $t, $f);
+
+    print 'not ' unless (near($x, 1)) and
+                       (near($y, 1)) and
+                       (near($z, 0));
+    print "ok 15\n";
+}
+
+{
+    my ($r,$t,$z) = cylindrical_to_spherical(spherical_to_cylindrical(1,1,1));
+
+    print 'not ' unless (near($r, 1)) and
+                       (near($t, 1)) and
+                       (near($z, 1));
+    print "ok 16\n";
+
+    ($r,$t,$z) = spherical_to_cylindrical(cylindrical_to_spherical(1,1,1));
+
+    print 'not ' unless (near($r, 1)) and
+                       (near($t, 1)) and
+                       (near($z, 1));
+    print "ok 17\n";
+}
+
+{
+        use Math::Trig 'great_circle_distance';
+
+       print 'not '
+           unless (near(great_circle_distance(0, 0, 0, pi/2), pi/2));
+       print "ok 18\n";
+
+       print 'not '
+           unless (near(great_circle_distance(0, 0, pi, pi), pi));
+       print "ok 19\n";
+
+       # London to Tokyo.
+       my @L = (deg2rad(-0.5), deg2rad(90 - 51.3));
+        my @T = (deg2rad(139.8),deg2rad(90 - 35.7));
+
+       my $km = great_circle_distance(@L, @T, 6378);
+
+        print 'not ' unless (near($km, 9605.26637021388));
+       print "ok 20\n";
+}
+
 # eof