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// @(#)root/mathcore:$Id: GaussIntegrator.h 22728 2008-03-19 10:05:41Z moneta $
// Authors: David Gonzalez Maline    01/2008 

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 * Copyright (c) 2006 , LCG ROOT MathLib Team                         *
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 **********************************************************************/

// Header file for GaussIntegrator
// 
// Created by: David Gonzalez Maline  : Wed Jan 16 2008
// 

#ifndef ROOT_Math_GaussIntegrator
#define ROOT_Math_GaussIntegrator

#include <Math/IFunction.h>
#include <Math/VirtualIntegrator.h>

namespace ROOT {
namespace Math {


//___________________________________________________________________________________________
/**
   User class for performing function integration. 

   It will use the Gauss Method for function integration in a given interval. 
   This class is implemented from TF1::Integral().

   @ingroup Integration
  
 */

class GaussIntegrator: public VirtualIntegratorOneDim {
public:
   /** Destructor. Deletes the function if it was previously copied. */
   ~GaussIntegrator();

   /** Default Constructor. */
   GaussIntegrator();
   

   /** Static function: set the fgAbsValue flag.
       By default TF1::Integral uses the original function value to compute the integral
       However, TF1::Moment, CentralMoment require to compute the integral
       using the absolute value of the function. 
   */
   void AbsValue(bool flag);


   // Implementing VirtualIntegrator Interface

   /** Set the desired relative Error. */
   void SetRelTolerance (double);

   /** This method is not implemented. */
   void SetAbsTolerance (double);

   /** Returns the result of the last Integral calculation. */
   double Result () const;

   /** Return the estimate of the absolute Error of the last Integral calculation. */
   double Error () const;

   /** This method is not implemented. */
   int Status () const;

   // Implementing VirtualIntegratorOneDim Interface

   /** Return Integral of function between a and b.
       
       Based on original CERNLIB routine DGAUSS by Sigfried Kolbig
       converted to C++ by Rene Brun
     
      This function computes, to an attempted specified accuracy, the value
      of the integral.
     Begin_Latex
        I = #int^{B}_{A} f(x)dx
     End_Latex
      Usage:
        In any arithmetic expression, this function has the approximate value
        of the integral I.
        - A, B: End-points of integration interval. Note that B may be less
                than A.
        - params: Array of function parameters. If 0, use current parameters.
        - epsilon: Accuracy parameter (see Accuracy).
     
     Method:
        For any interval [a,b] we define g8(a,b) and g16(a,b) to be the 8-point
        and 16-point Gaussian quadrature approximations to
     Begin_Latex
        I = #int^{b}_{a} f(x)dx
     End_Latex
        and define
     Begin_Latex
        r(a,b) = #frac{#||{g_{16}(a,b)-g_{8}(a,b)}}{1+#||{g_{16}(a,b)}}
     End_Latex
        Then,
     Begin_Latex
        G = #sum_{i=1}^{k}g_{16}(x_{i-1},x_{i})
     End_Latex
        where, starting with x0 = A and finishing with xk = B,
        the subdivision points xi(i=1,2,...) are given by
     Begin_Latex
        x_{i} = x_{i-1} + #lambda(B-x_{i-1})
     End_Latex
        Begin_Latex #lambdaEnd_Latex is equal to the first member of the
        sequence 1,1/2,1/4,... for which r(xi-1, xi) < EPS.
        If, at any stage in the process of subdivision, the ratio
     Begin_Latex
        q = #||{#frac{x_{i}-x_{i-1}}{B-A}}
     End_Latex
        is so small that 1+0.005q is indistinguishable from 1 to
        machine accuracy, an error exit occurs with the function value
        set equal to zero.
     
      Accuracy:
        Unless there is severe cancellation of positive and negative values of
        f(x) over the interval [A,B], the relative error may be considered as
        specifying a bound on the <I>relative</I> error of I in the case
        |I|&gt;1, and a bound on the absolute error in the case |I|&lt;1. More
        precisely, if k is the number of sub-intervals contributing to the
        approximation (see Method), and if
     Begin_Latex
        I_{abs} = #int^{B}_{A} #||{f(x)}dx
     End_Latex
        then the relation
     Begin_Latex
        #frac{#||{G-I}}{I_{abs}+k} < EPS
     End_Latex
        will nearly always be true, provided the routine terminates without
        printing an error message. For functions f having no singularities in
        the closed interval [A,B] the accuracy will usually be much higher than
        this.
     
      Error handling:
        The requested accuracy cannot be obtained (see Method).
        The function value is set equal to zero.
     
      Note 1:
        Values of the function f(x) at the interval end-points A and B are not
        required. The subprogram may therefore be used when these values are
        undefined.
   */
   double Integral (double a, double b);

   /** Set integration function (flag control if function must be copied inside).
       \@param f Function to be used in the calculations.
       \@param copy Indicates whether the function has to be copied.
   */
   void SetFunction (const IGenFunction &, bool copy=false);

   /** This method is not implemented. */
   double Integral ();

   /** This method is not implemented. */
   double IntegralUp (double a);

   /**This method is not implemented. */
   double IntegralLow (double b);

   /** This method is not implemented. */
   double Integral (const std::vector< double > &pts);

   /** This method is not implemented. */
   double IntegralCauchy (double a, double b, double c);

protected:
   static bool fgAbsValue;          // AbsValue used for the calculation of the integral
   double fEpsilon;                 // Relative error.
   bool fUsedOnce;                  // Bool value to check if the function was at least called once.
   double fLastResult;              // Result from the last stimation.
   double fLastError;               // Error from the last stimation.
   const IGenFunction* fFunction;   // Pointer to function used.
   bool fFunctionCopied;            // Bool value to check if the function was copied when set.

};

} // end namespace Math
   
} // end namespace ROOT

#endif /* ROOT_Math_GaussIntegrator */
 GaussIntegrator.h:1
 GaussIntegrator.h:2
 GaussIntegrator.h:3
 GaussIntegrator.h:4
 GaussIntegrator.h:5
 GaussIntegrator.h:6
 GaussIntegrator.h:7
 GaussIntegrator.h:8
 GaussIntegrator.h:9
 GaussIntegrator.h:10
 GaussIntegrator.h:11
 GaussIntegrator.h:12
 GaussIntegrator.h:13
 GaussIntegrator.h:14
 GaussIntegrator.h:15
 GaussIntegrator.h:16
 GaussIntegrator.h:17
 GaussIntegrator.h:18
 GaussIntegrator.h:19
 GaussIntegrator.h:20
 GaussIntegrator.h:21
 GaussIntegrator.h:22
 GaussIntegrator.h:23
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 GaussIntegrator.h:25
 GaussIntegrator.h:26
 GaussIntegrator.h:27
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 GaussIntegrator.h:29
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 GaussIntegrator.h:36
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 GaussIntegrator.h:38
 GaussIntegrator.h:39
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 GaussIntegrator.h:41
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 GaussIntegrator.h:87
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