SRC/dgbrfs.f

   1 *> \brief \b DGBRFS
   2 *
   3 *  =========== DOCUMENTATION ===========
   4 *
   5 * Online html documentation available at
   6 *            http://www.netlib.org/lapack/explore-html/
   7 *
   8 *> \htmlonly
   9 *> Download DGBRFS + dependencies
  10 *> <a href="http://www.netlib.org/cgi-bin/netlibfiles.tgz?format=tgz&filename=/lapack/lapack_routine/dgbrfs.f">
  11 *> [TGZ]</a>
  12 *> <a href="http://www.netlib.org/cgi-bin/netlibfiles.zip?format=zip&filename=/lapack/lapack_routine/dgbrfs.f">
  13 *> [ZIP]</a>
  14 *> <a href="http://www.netlib.org/cgi-bin/netlibfiles.txt?format=txt&filename=/lapack/lapack_routine/dgbrfs.f">
  15 *> [TXT]</a>
  16 *> \endhtmlonly
  17 *
  18 *  Definition:
  19 *  ===========
  20 *
  21 *       SUBROUTINE DGBRFS( TRANS, N, KL, KU, NRHS, AB, LDAB, AFB, LDAFB,
  22 *                          IPIV, B, LDB, X, LDX, FERR, BERR, WORK, IWORK,
  23 *                          INFO )
  24 *
  25 *       .. Scalar Arguments ..
  26 *       CHARACTER          TRANS
  27 *       INTEGER            INFO, KL, KU, LDAB, LDAFB, LDB, LDX, N, NRHS
  28 *       ..
  29 *       .. Array Arguments ..
  30 *       INTEGER            IPIV( * ), IWORK( * )
  31 *       DOUBLE PRECISION   AB( LDAB, * ), AFB( LDAFB, * ), B( LDB, * ),
  32 *      $                   BERR( * ), FERR( * ), WORK( * ), X( LDX, * )
  33 *       ..
  34 *
  35 *
  36 *> \par Purpose:
  37 *  =============
  38 *>
  39 *> \verbatim
  40 *>
  41 *> DGBRFS improves the computed solution to a system of linear
  42 *> equations when the coefficient matrix is banded, and provides
  43 *> error bounds and backward error estimates for the solution.
  44 *> \endverbatim
  45 *
  46 *  Arguments:
  47 *  ==========
  48 *
  49 *> \param[in] TRANS
  50 *> \verbatim
  51 *>          TRANS is CHARACTER*1
  52 *>          Specifies the form of the system of equations:
  53 *>          = 'N':  A * X = B     (No transpose)
  54 *>          = 'T':  A**T * X = B  (Transpose)
  55 *>          = 'C':  A**H * X = B  (Conjugate transpose = Transpose)
  56 *> \endverbatim
  57 *>
  58 *> \param[in] N
  59 *> \verbatim
  60 *>          N is INTEGER
  61 *>          The order of the matrix A.  N >= 0.
  62 *> \endverbatim
  63 *>
  64 *> \param[in] KL
  65 *> \verbatim
  66 *>          KL is INTEGER
  67 *>          The number of subdiagonals within the band of A.  KL >= 0.
  68 *> \endverbatim
  69 *>
  70 *> \param[in] KU
  71 *> \verbatim
  72 *>          KU is INTEGER
  73 *>          The number of superdiagonals within the band of A.  KU >= 0.
  74 *> \endverbatim
  75 *>
  76 *> \param[in] NRHS
  77 *> \verbatim
  78 *>          NRHS is INTEGER
  79 *>          The number of right hand sides, i.e., the number of columns
  80 *>          of the matrices B and X.  NRHS >= 0.
  81 *> \endverbatim
  82 *>
  83 *> \param[in] AB
  84 *> \verbatim
  85 *>          AB is DOUBLE PRECISION array, dimension (LDAB,N)
  86 *>          The original band matrix A, stored in rows 1 to KL+KU+1.
  87 *>          The j-th column of A is stored in the j-th column of the
  88 *>          array AB as follows:
  89 *>          AB(ku+1+i-j,j) = A(i,j) for max(1,j-ku)<=i<=min(n,j+kl).
  90 *> \endverbatim
  91 *>
  92 *> \param[in] LDAB
  93 *> \verbatim
  94 *>          LDAB is INTEGER
  95 *>          The leading dimension of the array AB.  LDAB >= KL+KU+1.
  96 *> \endverbatim
  97 *>
  98 *> \param[in] AFB
  99 *> \verbatim
 100 *>          AFB is DOUBLE PRECISION array, dimension (LDAFB,N)
 101 *>          Details of the LU factorization of the band matrix A, as
 102 *>          computed by DGBTRF.  U is stored as an upper triangular band
 103 *>          matrix with KL+KU superdiagonals in rows 1 to KL+KU+1, and
 104 *>          the multipliers used during the factorization are stored in
 105 *>          rows KL+KU+2 to 2*KL+KU+1.
 106 *> \endverbatim
 107 *>
 108 *> \param[in] LDAFB
 109 *> \verbatim
 110 *>          LDAFB is INTEGER
 111 *>          The leading dimension of the array AFB.  LDAFB >= 2*KL*KU+1.
 112 *> \endverbatim
 113 *>
 114 *> \param[in] IPIV
 115 *> \verbatim
 116 *>          IPIV is INTEGER array, dimension (N)
 117 *>          The pivot indices from DGBTRF; for 1<=i<=N, row i of the
 118 *>          matrix was interchanged with row IPIV(i).
 119 *> \endverbatim
 120 *>
 121 *> \param[in] B
 122 *> \verbatim
 123 *>          B is DOUBLE PRECISION array, dimension (LDB,NRHS)
 124 *>          The right hand side matrix B.
 125 *> \endverbatim
 126 *>
 127 *> \param[in] LDB
 128 *> \verbatim
 129 *>          LDB is INTEGER
 130 *>          The leading dimension of the array B.  LDB >= max(1,N).
 131 *> \endverbatim
 132 *>
 133 *> \param[in,out] X
 134 *> \verbatim
 135 *>          X is DOUBLE PRECISION array, dimension (LDX,NRHS)
 136 *>          On entry, the solution matrix X, as computed by DGBTRS.
 137 *>          On exit, the improved solution matrix X.
 138 *> \endverbatim
 139 *>
 140 *> \param[in] LDX
 141 *> \verbatim
 142 *>          LDX is INTEGER
 143 *>          The leading dimension of the array X.  LDX >= max(1,N).
 144 *> \endverbatim
 145 *>
 146 *> \param[out] FERR
 147 *> \verbatim
 148 *>          FERR is DOUBLE PRECISION array, dimension (NRHS)
 149 *>          The estimated forward error bound for each solution vector
 150 *>          X(j) (the j-th column of the solution matrix X).
 151 *>          If XTRUE is the true solution corresponding to X(j), FERR(j)
 152 *>          is an estimated upper bound for the magnitude of the largest
 153 *>          element in (X(j) - XTRUE) divided by the magnitude of the
 154 *>          largest element in X(j).  The estimate is as reliable as
 155 *>          the estimate for RCOND, and is almost always a slight
 156 *>          overestimate of the true error.
 157 *> \endverbatim
 158 *>
 159 *> \param[out] BERR
 160 *> \verbatim
 161 *>          BERR is DOUBLE PRECISION array, dimension (NRHS)
 162 *>          The componentwise relative backward error of each solution
 163 *>          vector X(j) (i.e., the smallest relative change in
 164 *>          any element of A or B that makes X(j) an exact solution).
 165 *> \endverbatim
 166 *>
 167 *> \param[out] WORK
 168 *> \verbatim
 169 *>          WORK is DOUBLE PRECISION array, dimension (3*N)
 170 *> \endverbatim
 171 *>
 172 *> \param[out] IWORK
 173 *> \verbatim
 174 *>          IWORK is INTEGER array, dimension (N)
 175 *> \endverbatim
 176 *>
 177 *> \param[out] INFO
 178 *> \verbatim
 179 *>          INFO is INTEGER
 180 *>          = 0:  successful exit
 181 *>          < 0:  if INFO = -i, the i-th argument had an illegal value
 182 *> \endverbatim
 183 *
 184 *> \par Internal Parameters:
 185 *  =========================
 186 *>
 187 *> \verbatim
 188 *>  ITMAX is the maximum number of steps of iterative refinement.
 189 *> \endverbatim
 190 *
 191 *  Authors:
 192 *  ========
 193 *
 194 *> \author Univ. of Tennessee
 195 *> \author Univ. of California Berkeley
 196 *> \author Univ. of Colorado Denver
 197 *> \author NAG Ltd.
 198 *
 199 *> \date November 2011
 200 *
 201 *> \ingroup doubleGBcomputational
 202 *
 203 *  =====================================================================
 204       SUBROUTINE DGBRFS( TRANS, N, KL, KU, NRHS, AB, LDAB, AFB, LDAFB,
 205      $                   IPIV, B, LDB, X, LDX, FERR, BERR, WORK, IWORK,
 206      $                   INFO )
 207 *
 208 *  -- LAPACK computational routine (version 3.4.0) --
 209 *  -- LAPACK is a software package provided by Univ. of Tennessee,    --
 210 *  -- Univ. of California Berkeley, Univ. of Colorado Denver and NAG Ltd..--
 211 *     November 2011
 212 *
 213 *     .. Scalar Arguments ..
 214       CHARACTER          TRANS
 215       INTEGER            INFO, KL, KU, LDAB, LDAFB, LDB, LDX, N, NRHS
 216 *     ..
 217 *     .. Array Arguments ..
 218       INTEGER            IPIV( * ), IWORK( * )
 219       DOUBLE PRECISION   AB( LDAB, * ), AFB( LDAFB, * ), B( LDB, * ),
 220      $                   BERR( * ), FERR( * ), WORK( * ), X( LDX, * )
 221 *     ..
 222 *
 223 *  =====================================================================
 224 *
 225 *     .. Parameters ..
 226       INTEGER            ITMAX
 227       PARAMETER          ( ITMAX = 5 )
 228       DOUBLE PRECISION   ZERO
 229       PARAMETER          ( ZERO = 0.0D+0 )
 230       DOUBLE PRECISION   ONE
 231       PARAMETER          ( ONE = 1.0D+0 )
 232       DOUBLE PRECISION   TWO
 233       PARAMETER          ( TWO = 2.0D+0 )
 234       DOUBLE PRECISION   THREE
 235       PARAMETER          ( THREE = 3.0D+0 )
 236 *     ..
 237 *     .. Local Scalars ..
 238       LOGICAL            NOTRAN
 239       CHARACTER          TRANST
 240       INTEGER            COUNT, I, J, K, KASE, KK, NZ
 241       DOUBLE PRECISION   EPS, LSTRES, S, SAFE1, SAFE2, SAFMIN, XK
 242 *     ..
 243 *     .. Local Arrays ..
 244       INTEGER            ISAVE( 3 )
 245 *     ..
 246 *     .. External Subroutines ..
 247       EXTERNAL           DAXPY, DCOPY, DGBMV, DGBTRS, DLACN2, XERBLA
 248 *     ..
 249 *     .. Intrinsic Functions ..
 250       INTRINSIC          ABS, MAX, MIN
 251 *     ..
 252 *     .. External Functions ..
 253       LOGICAL            LSAME
 254       DOUBLE PRECISION   DLAMCH
 255       EXTERNAL           LSAME, DLAMCH
 256 *     ..
 257 *     .. Executable Statements ..
 258 *
 259 *     Test the input parameters.
 260 *
 261       INFO = 0
 262       NOTRAN = LSAME( TRANS, 'N' )
 263       IF( .NOT.NOTRAN .AND. .NOT.LSAME( TRANS, 'T' ) .AND. .NOT.
 264      $    LSAME( TRANS, 'C' ) ) THEN
 265          INFO = -1
 266       ELSE IF( N.LT.0 ) THEN
 267          INFO = -2
 268       ELSE IF( KL.LT.0 ) THEN
 269          INFO = -3
 270       ELSE IF( KU.LT.0 ) THEN
 271          INFO = -4
 272       ELSE IF( NRHS.LT.0 ) THEN
 273          INFO = -5
 274       ELSE IF( LDAB.LT.KL+KU+1 ) THEN
 275          INFO = -7
 276       ELSE IF( LDAFB.LT.2*KL+KU+1 ) THEN
 277          INFO = -9
 278       ELSE IF( LDB.LT.MAX( 1, N ) ) THEN
 279          INFO = -12
 280       ELSE IF( LDX.LT.MAX( 1, N ) ) THEN
 281          INFO = -14
 282       END IF
 283       IF( INFO.NE.0 ) THEN
 284          CALL XERBLA( 'DGBRFS', -INFO )
 285          RETURN
 286       END IF
 287 *
 288 *     Quick return if possible
 289 *
 290       IF( N.EQ.0 .OR. NRHS.EQ.0 ) THEN
 291          DO 10 J = 1, NRHS
 292             FERR( J ) = ZERO
 293             BERR( J ) = ZERO
 294    10    CONTINUE
 295          RETURN
 296       END IF
 297 *
 298       IF( NOTRAN ) THEN
 299          TRANST = 'T'
 300       ELSE
 301          TRANST = 'N'
 302       END IF
 303 *
 304 *     NZ = maximum number of nonzero elements in each row of A, plus 1
 305 *
 306       NZ = MIN( KL+KU+2, N+1 )
 307       EPS = DLAMCH( 'Epsilon' )
 308       SAFMIN = DLAMCH( 'Safe minimum' )
 309       SAFE1 = NZ*SAFMIN
 310       SAFE2 = SAFE1 / EPS
 311 *
 312 *     Do for each right hand side
 313 *
 314       DO 140 J = 1, NRHS
 315 *
 316          COUNT = 1
 317          LSTRES = THREE
 318    20    CONTINUE
 319 *
 320 *        Loop until stopping criterion is satisfied.
 321 *
 322 *        Compute residual R = B - op(A) * X,
 323 *        where op(A) = A, A**T, or A**H, depending on TRANS.
 324 *
 325          CALL DCOPY( N, B( 1, J ), 1, WORK( N+1 ), 1 )
 326          CALL DGBMV( TRANS, N, N, KL, KU, -ONE, AB, LDAB, X( 1, J ), 1,
 327      $               ONE, WORK( N+1 ), 1 )
 328 *
 329 *        Compute componentwise relative backward error from formula
 330 *
 331 *        max(i) ( abs(R(i)) / ( abs(op(A))*abs(X) + abs(B) )(i) )
 332 *
 333 *        where abs(Z) is the componentwise absolute value of the matrix
 334 *        or vector Z.  If the i-th component of the denominator is less
 335 *        than SAFE2, then SAFE1 is added to the i-th components of the
 336 *        numerator and denominator before dividing.
 337 *
 338          DO 30 I = 1, N
 339             WORK( I ) = ABS( B( I, J ) )
 340    30    CONTINUE
 341 *
 342 *        Compute abs(op(A))*abs(X) + abs(B).
 343 *
 344          IF( NOTRAN ) THEN
 345             DO 50 K = 1, N
 346                KK = KU + 1 - K
 347                XK = ABS( X( K, J ) )
 348                DO 40 I = MAX( 1, K-KU ), MIN( N, K+KL )
 349                   WORK( I ) = WORK( I ) + ABS( AB( KK+I, K ) )*XK
 350    40          CONTINUE
 351    50       CONTINUE
 352          ELSE
 353             DO 70 K = 1, N
 354                S = ZERO
 355                KK = KU + 1 - K
 356                DO 60 I = MAX( 1, K-KU ), MIN( N, K+KL )
 357                   S = S + ABS( AB( KK+I, K ) )*ABS( X( I, J ) )
 358    60          CONTINUE
 359                WORK( K ) = WORK( K ) + S
 360    70       CONTINUE
 361          END IF
 362          S = ZERO
 363          DO 80 I = 1, N
 364             IF( WORK( I ).GT.SAFE2 ) THEN
 365                S = MAX( S, ABS( WORK( N+I ) ) / WORK( I ) )
 366             ELSE
 367                S = MAX( S, ( ABS( WORK( N+I ) )+SAFE1 ) /
 368      $             ( WORK( I )+SAFE1 ) )
 369             END IF
 370    80    CONTINUE
 371          BERR( J ) = S
 372 *
 373 *        Test stopping criterion. Continue iterating if
 374 *           1) The residual BERR(J) is larger than machine epsilon, and
 375 *           2) BERR(J) decreased by at least a factor of 2 during the
 376 *              last iteration, and
 377 *           3) At most ITMAX iterations tried.
 378 *
 379          IF( BERR( J ).GT.EPS .AND. TWO*BERR( J ).LE.LSTRES .AND.
 380      $       COUNT.LE.ITMAX ) THEN
 381 *
 382 *           Update solution and try again.
 383 *
 384             CALL DGBTRS( TRANS, N, KL, KU, 1, AFB, LDAFB, IPIV,
 385      $                   WORK( N+1 ), N, INFO )
 386             CALL DAXPY( N, ONE, WORK( N+1 ), 1, X( 1, J ), 1 )
 387             LSTRES = BERR( J )
 388             COUNT = COUNT + 1
 389             GO TO 20
 390          END IF
 391 *
 392 *        Bound error from formula
 393 *
 394 *        norm(X - XTRUE) / norm(X) .le. FERR =
 395 *        norm( abs(inv(op(A)))*
 396 *           ( abs(R) + NZ*EPS*( abs(op(A))*abs(X)+abs(B) ))) / norm(X)
 397 *
 398 *        where
 399 *          norm(Z) is the magnitude of the largest component of Z
 400 *          inv(op(A)) is the inverse of op(A)
 401 *          abs(Z) is the componentwise absolute value of the matrix or
 402 *             vector Z
 403 *          NZ is the maximum number of nonzeros in any row of A, plus 1
 404 *          EPS is machine epsilon
 405 *
 406 *        The i-th component of abs(R)+NZ*EPS*(abs(op(A))*abs(X)+abs(B))
 407 *        is incremented by SAFE1 if the i-th component of
 408 *        abs(op(A))*abs(X) + abs(B) is less than SAFE2.
 409 *
 410 *        Use DLACN2 to estimate the infinity-norm of the matrix
 411 *           inv(op(A)) * diag(W),
 412 *        where W = abs(R) + NZ*EPS*( abs(op(A))*abs(X)+abs(B) )))
 413 *
 414          DO 90 I = 1, N
 415             IF( WORK( I ).GT.SAFE2 ) THEN
 416                WORK( I ) = ABS( WORK( N+I ) ) + NZ*EPS*WORK( I )
 417             ELSE
 418                WORK( I ) = ABS( WORK( N+I ) ) + NZ*EPS*WORK( I ) + SAFE1
 419             END IF
 420    90    CONTINUE
 421 *
 422          KASE = 0
 423   100    CONTINUE
 424          CALL DLACN2( N, WORK( 2*N+1 ), WORK( N+1 ), IWORK, FERR( J ),
 425      $                KASE, ISAVE )
 426          IF( KASE.NE.0 ) THEN
 427             IF( KASE.EQ.1 ) THEN
 428 *
 429 *              Multiply by diag(W)*inv(op(A)**T).
 430 *
 431                CALL DGBTRS( TRANST, N, KL, KU, 1, AFB, LDAFB, IPIV,
 432      $                      WORK( N+1 ), N, INFO )
 433                DO 110 I = 1, N
 434                   WORK( N+I ) = WORK( N+I )*WORK( I )
 435   110          CONTINUE
 436             ELSE
 437 *
 438 *              Multiply by inv(op(A))*diag(W).
 439 *
 440                DO 120 I = 1, N
 441                   WORK( N+I ) = WORK( N+I )*WORK( I )
 442   120          CONTINUE
 443                CALL DGBTRS( TRANS, N, KL, KU, 1, AFB, LDAFB, IPIV,
 444      $                      WORK( N+1 ), N, INFO )
 445             END IF
 446             GO TO 100
 447          END IF
 448 *
 449 *        Normalize error.
 450 *
 451          LSTRES = ZERO
 452          DO 130 I = 1, N
 453             LSTRES = MAX( LSTRES, ABS( X( I, J ) ) )
 454   130    CONTINUE
 455          IF( LSTRES.NE.ZERO )
 456      $      FERR( J ) = FERR( J ) / LSTRES
 457 *
 458   140 CONTINUE
 459 *
 460       RETURN
 461 *
 462 *     End of DGBRFS
 463 *
 464       END