SRC/cppsvx.f

   1 *> \brief <b> CPPSVX computes the solution to system of linear equations A * X = B for OTHER matrices</b>
   2 *
   3 *  =========== DOCUMENTATION ===========
   4 *
   5 * Online html documentation available at
   6 *            http://www.netlib.org/lapack/explore-html/
   7 *
   8 *> \htmlonly
   9 *> Download CPPSVX + dependencies
  10 *> <a href="http://www.netlib.org/cgi-bin/netlibfiles.tgz?format=tgz&filename=/lapack/lapack_routine/cppsvx.f">
  11 *> [TGZ]</a>
  12 *> <a href="http://www.netlib.org/cgi-bin/netlibfiles.zip?format=zip&filename=/lapack/lapack_routine/cppsvx.f">
  13 *> [ZIP]</a>
  14 *> <a href="http://www.netlib.org/cgi-bin/netlibfiles.txt?format=txt&filename=/lapack/lapack_routine/cppsvx.f">
  15 *> [TXT]</a>
  16 *> \endhtmlonly
  17 *
  18 *  Definition:
  19 *  ===========
  20 *
  21 *       SUBROUTINE CPPSVX( FACT, UPLO, N, NRHS, AP, AFP, EQUED, S, B, LDB,
  22 *                          X, LDX, RCOND, FERR, BERR, WORK, RWORK, INFO )
  23 *
  24 *       .. Scalar Arguments ..
  25 *       CHARACTER          EQUED, FACT, UPLO
  26 *       INTEGER            INFO, LDB, LDX, N, NRHS
  27 *       REAL               RCOND
  28 *       ..
  29 *       .. Array Arguments ..
  30 *       REAL               BERR( * ), FERR( * ), RWORK( * ), S( * )
  31 *       COMPLEX            AFP( * ), AP( * ), B( LDB, * ), WORK( * ),
  32 *      $                   X( LDX, * )
  33 *       ..
  34 *
  35 *
  36 *> \par Purpose:
  37 *  =============
  38 *>
  39 *> \verbatim
  40 *>
  41 *> CPPSVX uses the Cholesky factorization A = U**H*U or A = L*L**H to
  42 *> compute the solution to a complex system of linear equations
  43 *>    A * X = B,
  44 *> where A is an N-by-N Hermitian positive definite matrix stored in
  45 *> packed format and X and B are N-by-NRHS matrices.
  46 *>
  47 *> Error bounds on the solution and a condition estimate are also
  48 *> provided.
  49 *> \endverbatim
  50 *
  51 *> \par Description:
  52 *  =================
  53 *>
  54 *> \verbatim
  55 *>
  56 *> The following steps are performed:
  57 *>
  58 *> 1. If FACT = 'E', real scaling factors are computed to equilibrate
  59 *>    the system:
  60 *>       diag(S) * A * diag(S) * inv(diag(S)) * X = diag(S) * B
  61 *>    Whether or not the system will be equilibrated depends on the
  62 *>    scaling of the matrix A, but if equilibration is used, A is
  63 *>    overwritten by diag(S)*A*diag(S) and B by diag(S)*B.
  64 *>
  65 *> 2. If FACT = 'N' or 'E', the Cholesky decomposition is used to
  66 *>    factor the matrix A (after equilibration if FACT = 'E') as
  67 *>       A = U**H * U ,  if UPLO = 'U', or
  68 *>       A = L * L**H,  if UPLO = 'L',
  69 *>    where U is an upper triangular matrix, L is a lower triangular
  70 *>    matrix, and **H indicates conjugate transpose.
  71 *>
  72 *> 3. If the leading i-by-i principal minor is not positive definite,
  73 *>    then the routine returns with INFO = i. Otherwise, the factored
  74 *>    form of A is used to estimate the condition number of the matrix
  75 *>    A.  If the reciprocal of the condition number is less than machine
  76 *>    precision, INFO = N+1 is returned as a warning, but the routine
  77 *>    still goes on to solve for X and compute error bounds as
  78 *>    described below.
  79 *>
  80 *> 4. The system of equations is solved for X using the factored form
  81 *>    of A.
  82 *>
  83 *> 5. Iterative refinement is applied to improve the computed solution
  84 *>    matrix and calculate error bounds and backward error estimates
  85 *>    for it.
  86 *>
  87 *> 6. If equilibration was used, the matrix X is premultiplied by
  88 *>    diag(S) so that it solves the original system before
  89 *>    equilibration.
  90 *> \endverbatim
  91 *
  92 *  Arguments:
  93 *  ==========
  94 *
  95 *> \param[in] FACT
  96 *> \verbatim
  97 *>          FACT is CHARACTER*1
  98 *>          Specifies whether or not the factored form of the matrix A is
  99 *>          supplied on entry, and if not, whether the matrix A should be
 100 *>          equilibrated before it is factored.
 101 *>          = 'F':  On entry, AFP contains the factored form of A.
 102 *>                  If EQUED = 'Y', the matrix A has been equilibrated
 103 *>                  with scaling factors given by S.  AP and AFP will not
 104 *>                  be modified.
 105 *>          = 'N':  The matrix A will be copied to AFP and factored.
 106 *>          = 'E':  The matrix A will be equilibrated if necessary, then
 107 *>                  copied to AFP and factored.
 108 *> \endverbatim
 109 *>
 110 *> \param[in] UPLO
 111 *> \verbatim
 112 *>          UPLO is CHARACTER*1
 113 *>          = 'U':  Upper triangle of A is stored;
 114 *>          = 'L':  Lower triangle of A is stored.
 115 *> \endverbatim
 116 *>
 117 *> \param[in] N
 118 *> \verbatim
 119 *>          N is INTEGER
 120 *>          The number of linear equations, i.e., the order of the
 121 *>          matrix A.  N >= 0.
 122 *> \endverbatim
 123 *>
 124 *> \param[in] NRHS
 125 *> \verbatim
 126 *>          NRHS is INTEGER
 127 *>          The number of right hand sides, i.e., the number of columns
 128 *>          of the matrices B and X.  NRHS >= 0.
 129 *> \endverbatim
 130 *>
 131 *> \param[in,out] AP
 132 *> \verbatim
 133 *>          AP is COMPLEX array, dimension (N*(N+1)/2)
 134 *>          On entry, the upper or lower triangle of the Hermitian matrix
 135 *>          A, packed columnwise in a linear array, except if FACT = 'F'
 136 *>          and EQUED = 'Y', then A must contain the equilibrated matrix
 137 *>          diag(S)*A*diag(S).  The j-th column of A is stored in the
 138 *>          array AP as follows:
 139 *>          if UPLO = 'U', AP(i + (j-1)*j/2) = A(i,j) for 1<=i<=j;
 140 *>          if UPLO = 'L', AP(i + (j-1)*(2n-j)/2) = A(i,j) for j<=i<=n.
 141 *>          See below for further details.  A is not modified if
 142 *>          FACT = 'F' or 'N', or if FACT = 'E' and EQUED = 'N' on exit.
 143 *>
 144 *>          On exit, if FACT = 'E' and EQUED = 'Y', A is overwritten by
 145 *>          diag(S)*A*diag(S).
 146 *> \endverbatim
 147 *>
 148 *> \param[in,out] AFP
 149 *> \verbatim
 150 *>          AFP is COMPLEX array, dimension (N*(N+1)/2)
 151 *>          If FACT = 'F', then AFP is an input argument and on entry
 152 *>          contains the triangular factor U or L from the Cholesky
 153 *>          factorization A = U**H*U or A = L*L**H, in the same storage
 154 *>          format as A.  If EQUED .ne. 'N', then AFP is the factored
 155 *>          form of the equilibrated matrix A.
 156 *>
 157 *>          If FACT = 'N', then AFP is an output argument and on exit
 158 *>          returns the triangular factor U or L from the Cholesky
 159 *>          factorization A = U**H * U or A = L * L**H of the original
 160 *>          matrix A.
 161 *>
 162 *>          If FACT = 'E', then AFP is an output argument and on exit
 163 *>          returns the triangular factor U or L from the Cholesky
 164 *>          factorization A = U**H*U or A = L*L**H of the equilibrated
 165 *>          matrix A (see the description of AP for the form of the
 166 *>          equilibrated matrix).
 167 *> \endverbatim
 168 *>
 169 *> \param[in,out] EQUED
 170 *> \verbatim
 171 *>          EQUED is CHARACTER*1
 172 *>          Specifies the form of equilibration that was done.
 173 *>          = 'N':  No equilibration (always true if FACT = 'N').
 174 *>          = 'Y':  Equilibration was done, i.e., A has been replaced by
 175 *>                  diag(S) * A * diag(S).
 176 *>          EQUED is an input argument if FACT = 'F'; otherwise, it is an
 177 *>          output argument.
 178 *> \endverbatim
 179 *>
 180 *> \param[in,out] S
 181 *> \verbatim
 182 *>          S is REAL array, dimension (N)
 183 *>          The scale factors for A; not accessed if EQUED = 'N'.  S is
 184 *>          an input argument if FACT = 'F'; otherwise, S is an output
 185 *>          argument.  If FACT = 'F' and EQUED = 'Y', each element of S
 186 *>          must be positive.
 187 *> \endverbatim
 188 *>
 189 *> \param[in,out] B
 190 *> \verbatim
 191 *>          B is COMPLEX array, dimension (LDB,NRHS)
 192 *>          On entry, the N-by-NRHS right hand side matrix B.
 193 *>          On exit, if EQUED = 'N', B is not modified; if EQUED = 'Y',
 194 *>          B is overwritten by diag(S) * B.
 195 *> \endverbatim
 196 *>
 197 *> \param[in] LDB
 198 *> \verbatim
 199 *>          LDB is INTEGER
 200 *>          The leading dimension of the array B.  LDB >= max(1,N).
 201 *> \endverbatim
 202 *>
 203 *> \param[out] X
 204 *> \verbatim
 205 *>          X is COMPLEX array, dimension (LDX,NRHS)
 206 *>          If INFO = 0 or INFO = N+1, the N-by-NRHS solution matrix X to
 207 *>          the original system of equations.  Note that if EQUED = 'Y',
 208 *>          A and B are modified on exit, and the solution to the
 209 *>          equilibrated system is inv(diag(S))*X.
 210 *> \endverbatim
 211 *>
 212 *> \param[in] LDX
 213 *> \verbatim
 214 *>          LDX is INTEGER
 215 *>          The leading dimension of the array X.  LDX >= max(1,N).
 216 *> \endverbatim
 217 *>
 218 *> \param[out] RCOND
 219 *> \verbatim
 220 *>          RCOND is REAL
 221 *>          The estimate of the reciprocal condition number of the matrix
 222 *>          A after equilibration (if done).  If RCOND is less than the
 223 *>          machine precision (in particular, if RCOND = 0), the matrix
 224 *>          is singular to working precision.  This condition is
 225 *>          indicated by a return code of INFO > 0.
 226 *> \endverbatim
 227 *>
 228 *> \param[out] FERR
 229 *> \verbatim
 230 *>          FERR is REAL array, dimension (NRHS)
 231 *>          The estimated forward error bound for each solution vector
 232 *>          X(j) (the j-th column of the solution matrix X).
 233 *>          If XTRUE is the true solution corresponding to X(j), FERR(j)
 234 *>          is an estimated upper bound for the magnitude of the largest
 235 *>          element in (X(j) - XTRUE) divided by the magnitude of the
 236 *>          largest element in X(j).  The estimate is as reliable as
 237 *>          the estimate for RCOND, and is almost always a slight
 238 *>          overestimate of the true error.
 239 *> \endverbatim
 240 *>
 241 *> \param[out] BERR
 242 *> \verbatim
 243 *>          BERR is REAL array, dimension (NRHS)
 244 *>          The componentwise relative backward error of each solution
 245 *>          vector X(j) (i.e., the smallest relative change in
 246 *>          any element of A or B that makes X(j) an exact solution).
 247 *> \endverbatim
 248 *>
 249 *> \param[out] WORK
 250 *> \verbatim
 251 *>          WORK is COMPLEX array, dimension (2*N)
 252 *> \endverbatim
 253 *>
 254 *> \param[out] RWORK
 255 *> \verbatim
 256 *>          RWORK is REAL array, dimension (N)
 257 *> \endverbatim
 258 *>
 259 *> \param[out] INFO
 260 *> \verbatim
 261 *>          INFO is INTEGER
 262 *>          = 0:  successful exit
 263 *>          < 0:  if INFO = -i, the i-th argument had an illegal value
 264 *>          > 0:  if INFO = i, and i is
 265 *>                <= N:  the leading minor of order i of A is
 266 *>                       not positive definite, so the factorization
 267 *>                       could not be completed, and the solution has not
 268 *>                       been computed. RCOND = 0 is returned.
 269 *>                = N+1: U is nonsingular, but RCOND is less than machine
 270 *>                       precision, meaning that the matrix is singular
 271 *>                       to working precision.  Nevertheless, the
 272 *>                       solution and error bounds are computed because
 273 *>                       there are a number of situations where the
 274 *>                       computed solution can be more accurate than the
 275 *>                       value of RCOND would suggest.
 276 *> \endverbatim
 277 *
 278 *  Authors:
 279 *  ========
 280 *
 281 *> \author Univ. of Tennessee
 282 *> \author Univ. of California Berkeley
 283 *> \author Univ. of Colorado Denver
 284 *> \author NAG Ltd.
 285 *
 286 *> \date April 2012
 287 *
 288 *> \ingroup complexOTHERsolve
 289 *
 290 *> \par Further Details:
 291 *  =====================
 292 *>
 293 *> \verbatim
 294 *>
 295 *>  The packed storage scheme is illustrated by the following example
 296 *>  when N = 4, UPLO = 'U':
 297 *>
 298 *>  Two-dimensional storage of the Hermitian matrix A:
 299 *>
 300 *>     a11 a12 a13 a14
 301 *>         a22 a23 a24
 302 *>             a33 a34     (aij = conjg(aji))
 303 *>                 a44
 304 *>
 305 *>  Packed storage of the upper triangle of A:
 306 *>
 307 *>  AP = [ a11, a12, a22, a13, a23, a33, a14, a24, a34, a44 ]
 308 *> \endverbatim
 309 *>
 310 *  =====================================================================
 311       SUBROUTINE CPPSVX( FACT, UPLO, N, NRHS, AP, AFP, EQUED, S, B, LDB,
 312      $                   X, LDX, RCOND, FERR, BERR, WORK, RWORK, INFO )
 313 *
 314 *  -- LAPACK driver routine (version 3.4.1) --
 315 *  -- LAPACK is a software package provided by Univ. of Tennessee,    --
 316 *  -- Univ. of California Berkeley, Univ. of Colorado Denver and NAG Ltd..--
 317 *     April 2012
 318 *
 319 *     .. Scalar Arguments ..
 320       CHARACTER          EQUED, FACT, UPLO
 321       INTEGER            INFO, LDB, LDX, N, NRHS
 322       REAL               RCOND
 323 *     ..
 324 *     .. Array Arguments ..
 325       REAL               BERR( * ), FERR( * ), RWORK( * ), S( * )
 326       COMPLEX            AFP( * ), AP( * ), B( LDB, * ), WORK( * ),
 327      $                   X( LDX, * )
 328 *     ..
 329 *
 330 *  =====================================================================
 331 *
 332 *     .. Parameters ..
 333       REAL               ZERO, ONE
 334       PARAMETER          ( ZERO = 0.0E+0, ONE = 1.0E+0 )
 335 *     ..
 336 *     .. Local Scalars ..
 337       LOGICAL            EQUIL, NOFACT, RCEQU
 338       INTEGER            I, INFEQU, J
 339       REAL               AMAX, ANORM, BIGNUM, SCOND, SMAX, SMIN, SMLNUM
 340 *     ..
 341 *     .. External Functions ..
 342       LOGICAL            LSAME
 343       REAL               CLANHP, SLAMCH
 344       EXTERNAL           LSAME, CLANHP, SLAMCH
 345 *     ..
 346 *     .. External Subroutines ..
 347       EXTERNAL           CCOPY, CLACPY, CLAQHP, CPPCON, CPPEQU, CPPRFS,
 348      $                   CPPTRF, CPPTRS, XERBLA
 349 *     ..
 350 *     .. Intrinsic Functions ..
 351       INTRINSIC          MAX, MIN
 352 *     ..
 353 *     .. Executable Statements ..
 354 *
 355       INFO = 0
 356       NOFACT = LSAME( FACT, 'N' )
 357       EQUIL = LSAME( FACT, 'E' )
 358       IF( NOFACT .OR. EQUIL ) THEN
 359          EQUED = 'N'
 360          RCEQU = .FALSE.
 361       ELSE
 362          RCEQU = LSAME( EQUED, 'Y' )
 363          SMLNUM = SLAMCH( 'Safe minimum' )
 364          BIGNUM = ONE / SMLNUM
 365       END IF
 366 *
 367 *     Test the input parameters.
 368 *
 369       IF( .NOT.NOFACT .AND. .NOT.EQUIL .AND. .NOT.LSAME( FACT, 'F' ) )
 370      $     THEN
 371          INFO = -1
 372       ELSE IF( .NOT.LSAME( UPLO, 'U' ) .AND. .NOT.LSAME( UPLO, 'L' ) )
 373      $          THEN
 374          INFO = -2
 375       ELSE IF( N.LT.0 ) THEN
 376          INFO = -3
 377       ELSE IF( NRHS.LT.0 ) THEN
 378          INFO = -4
 379       ELSE IF( LSAME( FACT, 'F' ) .AND. .NOT.
 380      $         ( RCEQU .OR. LSAME( EQUED, 'N' ) ) ) THEN
 381          INFO = -7
 382       ELSE
 383          IF( RCEQU ) THEN
 384             SMIN = BIGNUM
 385             SMAX = ZERO
 386             DO 10 J = 1, N
 387                SMIN = MIN( SMIN, S( J ) )
 388                SMAX = MAX( SMAX, S( J ) )
 389    10       CONTINUE
 390             IF( SMIN.LE.ZERO ) THEN
 391                INFO = -8
 392             ELSE IF( N.GT.0 ) THEN
 393                SCOND = MAX( SMIN, SMLNUM ) / MIN( SMAX, BIGNUM )
 394             ELSE
 395                SCOND = ONE
 396             END IF
 397          END IF
 398          IF( INFO.EQ.0 ) THEN
 399             IF( LDB.LT.MAX( 1, N ) ) THEN
 400                INFO = -10
 401             ELSE IF( LDX.LT.MAX( 1, N ) ) THEN
 402                INFO = -12
 403             END IF
 404          END IF
 405       END IF
 406 *
 407       IF( INFO.NE.0 ) THEN
 408          CALL XERBLA( 'CPPSVX', -INFO )
 409          RETURN
 410       END IF
 411 *
 412       IF( EQUIL ) THEN
 413 *
 414 *        Compute row and column scalings to equilibrate the matrix A.
 415 *
 416          CALL CPPEQU( UPLO, N, AP, S, SCOND, AMAX, INFEQU )
 417          IF( INFEQU.EQ.0 ) THEN
 418 *
 419 *           Equilibrate the matrix.
 420 *
 421             CALL CLAQHP( UPLO, N, AP, S, SCOND, AMAX, EQUED )
 422             RCEQU = LSAME( EQUED, 'Y' )
 423          END IF
 424       END IF
 425 *
 426 *     Scale the right-hand side.
 427 *
 428       IF( RCEQU ) THEN
 429          DO 30 J = 1, NRHS
 430             DO 20 I = 1, N
 431                B( I, J ) = S( I )*B( I, J )
 432    20       CONTINUE
 433    30    CONTINUE
 434       END IF
 435 *
 436       IF( NOFACT .OR. EQUIL ) THEN
 437 *
 438 *        Compute the Cholesky factorization A = U**H * U or A = L * L**H.
 439 *
 440          CALL CCOPY( N*( N+1 ) / 2, AP, 1, AFP, 1 )
 441          CALL CPPTRF( UPLO, N, AFP, INFO )
 442 *
 443 *        Return if INFO is non-zero.
 444 *
 445          IF( INFO.GT.0 )THEN
 446             RCOND = ZERO
 447             RETURN
 448          END IF
 449       END IF
 450 *
 451 *     Compute the norm of the matrix A.
 452 *
 453       ANORM = CLANHP( 'I', UPLO, N, AP, RWORK )
 454 *
 455 *     Compute the reciprocal of the condition number of A.
 456 *
 457       CALL CPPCON( UPLO, N, AFP, ANORM, RCOND, WORK, RWORK, INFO )
 458 *
 459 *     Compute the solution matrix X.
 460 *
 461       CALL CLACPY( 'Full', N, NRHS, B, LDB, X, LDX )
 462       CALL CPPTRS( UPLO, N, NRHS, AFP, X, LDX, INFO )
 463 *
 464 *     Use iterative refinement to improve the computed solution and
 465 *     compute error bounds and backward error estimates for it.
 466 *
 467       CALL CPPRFS( UPLO, N, NRHS, AP, AFP, B, LDB, X, LDX, FERR, BERR,
 468      $             WORK, RWORK, INFO )
 469 *
 470 *     Transform the solution matrix X to a solution of the original
 471 *     system.
 472 *
 473       IF( RCEQU ) THEN
 474          DO 50 J = 1, NRHS
 475             DO 40 I = 1, N
 476                X( I, J ) = S( I )*X( I, J )
 477    40       CONTINUE
 478    50    CONTINUE
 479          DO 60 J = 1, NRHS
 480             FERR( J ) = FERR( J ) / SCOND
 481    60    CONTINUE
 482       END IF
 483 *
 484 *     Set INFO = N+1 if the matrix is singular to working precision.
 485 *
 486       IF( RCOND.LT.SLAMCH( 'Epsilon' ) )
 487      $   INFO = N + 1
 488 *
 489       RETURN
 490 *
 491 *     End of CPPSVX
 492 *
 493       END