Imported Upstream version 1.72.0
[platform/upstream/boost.git] / boost / math / special_functions / lambert_w.hpp
1 // Copyright John Maddock 2017.
2 // Copyright Paul A. Bristow 2016, 2017, 2018.
3 // Copyright Nicholas Thompson 2018
4
5 // Distributed under the Boost Software License, Version 1.0.
6 // (See accompanying file LICENSE_1_0.txt or
7 //  copy at http ://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt).
8
9 #ifndef BOOST_MATH_SF_LAMBERT_W_HPP
10 #define BOOST_MATH_SF_LAMBERT_W_HPP
11
12 #ifdef _MSC_VER
13 #pragma warning(disable : 4127)
14 #endif
15
16 /*
17 Implementation of an algorithm for the Lambert W0 and W-1 real-only functions.
18
19 This code is based in part on the algorithm by
20 Toshio Fukushima,
21 "Precise and fast computation of Lambert W-functions without transcendental function evaluations",
22 J.Comp.Appl.Math. 244 (2013) 77-89,
23 and on a C/C++ version by Darko Veberic, darko.veberic@ijs.si
24 based on the Fukushima algorithm and Toshio Fukushima's FORTRAN version of his algorithm.
25
26 First derivative of Lambert_w is derived from
27 Princeton Companion to Applied Mathematics, 'The Lambert-W function', Section 1.3: Series and Generating Functions.
28
29 */
30
31 /*
32 TODO revise this list of macros.
33 Some macros that will show some (or much) diagnostic values if #defined.
34 //[boost_math_instrument_lambert_w_macros
35
36 // #define-able macros
37 BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_HALLEY                     // Halley refinement diagnostics.
38 BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_PRECISION                  // Precision.
39 BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1                          // W1 branch diagnostics.
40 BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1_HALLEY                   // Halley refinement diagnostics only for W-1 branch.
41 BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1_TINY                     // K > 64, z > -1.0264389699511303e-26
42 BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1_LOOKUP                   // Show results from W-1 lookup table.
43 BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SCHROEDER                  // Schroeder refinement diagnostics.
44 BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_TERMS                      // Number of terms used for near-singularity series.
45 BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SINGULARITY_SERIES         // Show evaluation of series near branch singularity.
46 BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
47 BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES_ITERATIONS  // Show evaluation of series for small z.
48 //] [/boost_math_instrument_lambert_w_macros]
49 */
50
51 #include <boost/math/policies/error_handling.hpp>
52 #include <boost/math/policies/policy.hpp>
53 #include <boost/math/tools/promotion.hpp>
54 #include <boost/math/special_functions/fpclassify.hpp>
55 #include <boost/math/special_functions/log1p.hpp> // for log (1 + x)
56 #include <boost/math/constants/constants.hpp> // For exp_minus_one == 3.67879441171442321595523770161460867e-01.
57 #include <boost/math/special_functions/pow.hpp> // powers with compile time exponent, used in arbitrary precision code.
58 #include <boost/math/tools/series.hpp> // series functor.
59 //#include <boost/math/tools/polynomial.hpp>  // polynomial.
60 #include <boost/math/tools/rational.hpp>  // evaluate_polynomial.
61 #include <boost/mpl/int.hpp>
62 #include <boost/type_traits/is_integral.hpp>
63 #include <boost/math/tools/precision.hpp> // boost::math::tools::max_value().
64 #include <boost/math/tools/big_constant.hpp>
65
66 #include <limits>
67 #include <cmath>
68 #include <limits>
69 #include <exception>
70
71 // Needed for testing and diagnostics only.
72 #include <iostream>
73 #include <typeinfo>
74 #include <boost/math/special_functions/next.hpp>  // For float_distance.
75
76 typedef double lookup_t; // Type for lookup table (double or float, or even long double?)
77
78 //#include "J:\Cpp\Misc\lambert_w_lookup_table_generator\lambert_w_lookup_table.ipp"
79 // #include "lambert_w_lookup_table.ipp" // Boost.Math version.
80 #include <boost/math/special_functions/detail/lambert_w_lookup_table.ipp>
81
82 #if defined(__GNUC__) && defined(BOOST_MATH_USE_FLOAT128)
83 //
84 // This is the only way we can avoid
85 // warning: non-standard suffix on floating constant [-Wpedantic]
86 // when building with -Wall -pedantic.  Neither __extension__
87 // nor #pragma dianostic ignored work :(
88 //
89 #pragma GCC system_header
90 #endif
91
92 namespace boost {
93 namespace math {
94 namespace lambert_w_detail {
95
96 //! \brief Applies a single Halley step to make a better estimate of Lambert W.
97 //! \details Used the simplified formulae obtained from
98 //! http://www.wolframalpha.com/input/?i=%5B2(z+exp(z)-w)+d%2Fdx+(z+exp(z)-w)%5D+%2F+%5B2+(d%2Fdx+(z+exp(z)-w))%5E2+-+(z+exp(z)-w)+d%5E2%2Fdx%5E2+(z+exp(z)-w)%5D
99 //! [2(z exp(z)-w) d/dx (z exp(z)-w)] / [2 (d/dx (z exp(z)-w))^2 - (z exp(z)-w) d^2/dx^2 (z exp(z)-w)]
100
101 //! \tparam T floating-point (or fixed-point) type.
102 //! \param w_est Lambert W estimate.
103 //! \param z Argument z for Lambert_w function.
104 //! \returns New estimate of Lambert W, hopefully improved.
105 //!
106 template <class T>
107 inline T lambert_w_halley_step(T w_est, const T z)
108 {
109   BOOST_MATH_STD_USING
110   T e = exp(w_est);
111   w_est -= 2 * (w_est + 1) * (e * w_est - z) / (z * (w_est + 2) + e * (w_est * (w_est + 2) + 2));
112   return w_est;
113 } // template <class T> lambert_w_halley_step(T w_est, T z)
114
115 //! \brief Halley iterate to refine Lambert_w estimate,
116 //! taking at least one Halley_step.
117 //! Repeat Halley steps until the *last step* had fewer than half the digits wrong,
118 //! the step we've just taken should have been sufficient to have completed the iteration.
119
120 //! \tparam T floating-point (or fixed-point) type.
121 //! \param z Argument z for Lambert_w function.
122 //! \param w_est Lambert w estimate.
123 template <class T>
124 inline
125   T lambert_w_halley_iterate(T w_est, const T z)
126 {
127   BOOST_MATH_STD_USING
128   static const T max_diff = boost::math::tools::root_epsilon<T>() * fabs(w_est);
129
130   T w_new = lambert_w_halley_step(w_est, z);
131   T diff = fabs(w_est - w_new);
132   while (diff > max_diff)
133   {
134     w_est = w_new;
135     w_new = lambert_w_halley_step(w_est, z);
136     diff = fabs(w_est - w_new);
137   }
138   return w_new;
139 } // template <class T> lambert_w_halley_iterate(T w_est, T z)
140
141 // Two Halley function versions that either
142 // single step (if mpl::false_) or iterate (if mpl::true_).
143 // Selected at compile-time using parameter 3.
144 template <class T>
145 inline
146 T lambert_w_maybe_halley_iterate(T z, T w, mpl::false_ const&)
147 {
148    return lambert_w_halley_step(z, w); // Single step.
149 }
150
151 template <class T>
152 inline
153 T lambert_w_maybe_halley_iterate(T z, T w, mpl::true_ const&)
154 {
155    return lambert_w_halley_iterate(z, w); // Iterate steps.
156 }
157
158 //! maybe_reduce_to_double function,
159 //! Two versions that have a compile-time option to
160 //! reduce argument z to double precision (if mpl::true_).
161 //! Version is selected at compile-time using parameter 2.
162
163 template <class T>
164 inline
165 double maybe_reduce_to_double(const T& z, const mpl::true_&)
166 {
167   return static_cast<double>(z); // Reduce to double precision.
168 }
169
170 template <class T>
171 inline
172 T maybe_reduce_to_double(const T& z, const mpl::false_&)
173 { // Don't reduce to double.
174   return z;
175 }
176
177 template <class T>
178 inline
179 double must_reduce_to_double(const T& z, const mpl::true_&)
180 {
181    return static_cast<double>(z); // Reduce to double precision.
182 }
183
184 template <class T>
185 inline
186 double must_reduce_to_double(const T& z, const mpl::false_&)
187 { // try a lexical_cast and hope for the best:
188    return boost::lexical_cast<double>(z);
189 }
190
191 //! \brief Schroeder method, fifth-order update formula,
192 //! \details See T. Fukushima page 80-81, and
193 //! A. Householder, The Numerical Treatment of a Single Nonlinear Equation,
194 //! McGraw-Hill, New York, 1970, section 4.4.
195 //! Fukushima algorithm switches to @c schroeder_update after pre-computed bisections,
196 //! chosen to ensure that the result will be achieve the +/- 10 epsilon target.
197 //! \param w Lambert w estimate from bisection or series.
198 //! \param y bracketing value from bisection.
199 //! \returns Refined estimate of Lambert w.
200
201 // Schroeder refinement, called unless NOT required by precision policy.
202 template<typename T>
203 inline
204 T schroeder_update(const T w, const T y)
205 {
206   // Compute derivatives using 5th order Schroeder refinement.
207   // Since this is the final step, it will always use the highest precision type T.
208   // Example of Call:
209   //   result = schroeder_update(w, y);
210   //where
211   // w is estimate of Lambert W (from bisection or series).
212   // y is z * e^-w.
213
214   BOOST_MATH_STD_USING // Aid argument dependent lookup of abs.
215 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SCHROEDER
216     std::streamsize saved_precision = std::cout.precision(std::numeric_limits<T>::max_digits10);
217   using boost::math::float_distance;
218   T fd = float_distance<T>(w, y);
219   std::cout << "Schroder ";
220   if (abs(fd) < 214748000.)
221   {
222     std::cout << " Distance = "<< static_cast<int>(fd);
223   }
224   else
225   {
226     std::cout << "Difference w - y = " << (w - y) << ".";
227   }
228   std::cout << std::endl;
229 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SCHROEDER
230   //  Fukushima equation 18, page 6.
231   const T f0 = w - y; // f0 = w - y.
232   const T f1 = 1 + y; // f1 = df/dW
233   const T f00 = f0 * f0;
234   const T f11 = f1 * f1;
235   const T f0y = f0 * y;
236   const T result =
237     w - 4 * f0 * (6 * f1 * (f11 + f0y)  +  f00 * y) /
238     (f11 * (24 * f11 + 36 * f0y) +
239       f00 * (6 * y * y  +  8 * f1 * y  +  f0y)); // Fukushima Page 81, equation 21 from equation 20.
240
241 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SCHROEDER
242   std::cout << "Schroeder refined " << w << "  " << y << ", difference  " << w-y  << ", change " << w - result << ", to result " << result << std::endl;
243   std::cout.precision(saved_precision); // Restore.
244 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SCHROEDER
245
246   return result;
247 } // template<typename T = double> T schroeder_update(const T w, const T y)
248
249   //! \brief Series expansion used near the singularity/branch point z = -exp(-1) = -3.6787944.
250   //! Wolfram InverseSeries[Series[sqrt[2(p Exp[1 + p] + 1)], {p,-1, 20}]]
251   //! Wolfram command used to obtain 40 series terms at 50 decimal digit precision was
252   //! N[InverseSeries[Series[Sqrt[2(p Exp[1 + p] + 1)], { p,-1,40 }]], 50]
253   //! -1+p-p^2/3+(11 p^3)/72-(43 p^4)/540+(769 p^5)/17280-(221 p^6)/8505+(680863 p^7)/43545600 ...
254   //! Decimal values of specifications for built-in floating-point types below
255   //! are at least 21 digits precision == max_digits10 for long double.
256   //! Longer decimal digits strings are rationals evaluated using Wolfram.
257
258 template<typename T>
259 T lambert_w_singularity_series(const T p)
260 {
261 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SINGULARITY_SERIES
262   std::size_t saved_precision = std::cout.precision(3);
263   std::cout << "Singularity_series Lambert_w p argument = " << p << std::endl;
264   std::cout
265     //<< "Argument Type = " << typeid(T).name()
266     //<< ", max_digits10 = " << std::numeric_limits<T>::max_digits10
267     //<< ", epsilon = " << std::numeric_limits<T>::epsilon()
268     << std::endl;
269   std::cout.precision(saved_precision);
270 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SINGULARITY_SERIES
271
272   static const T q[] =
273   {
274     -static_cast<T>(1), // j0
275     +T(1), // j1
276     -T(1) / 3, // 1/3  j2
277     +T(11) / 72, // 0.152777777777777778, // 11/72 j3
278     -T(43) / 540, // 0.0796296296296296296, // 43/540 j4
279     +T(769) / 17280, // 0.0445023148148148148,  j5
280     -T(221) / 8505, // 0.0259847148736037625,  j6
281     //+T(0.0156356325323339212L), // j7
282     //+T(0.015635632532333921222810111699000587889476778365667L), // j7 from Wolfram N[680863/43545600, 50]
283     +T(680863uLL) / 43545600uLL, // +0.0156356325323339212, j7
284     //-T(0.00961689202429943171L), // j8
285     -T(1963uLL) / 204120uLL, // 0.00961689202429943171, j8
286     //-T(0.0096168920242994317068391142465216539290613364687439L), // j8 from Wolfram N[1963/204120, 50]
287     +T(226287557uLL) / 37623398400uLL, // 0.00601454325295611786, j9
288     -T(5776369uLL) / 1515591000uLL, // 0.00381129803489199923, j10
289     //+T(0.00244087799114398267L), j11 0.0024408779911439826658968585286437530215699919795550
290     +T(169709463197uLL) / 69528040243200uLL, // j11
291     // -T(0.00157693034468678425L), // j12  -0.0015769303446867842539234095399314115973161850314723
292     -T(1118511313uLL) / 709296588000uLL, // j12
293     +T(667874164916771uLL) / 650782456676352000uLL, // j13
294     //+T(0.00102626332050760715L), // j13 0.0010262633205076071544375481533906861056468041465973
295     -T(500525573uLL) / 744761417400uLL, // j14
296     // -T(0.000672061631156136204L), j14
297     //+T(1003663334225097487uLL) / 234281684403486720000uLL, // j15 0.00044247306181462090993020760858473726479232802068800 error C2177: constant too big
298     //+T(0.000442473061814620910L, // j15
299     BOOST_MATH_BIG_CONSTANT(T, 64, +0.000442473061814620910), // j15
300     // -T(0.000292677224729627445L), // j16
301     BOOST_MATH_BIG_CONSTANT(T, 64, -0.000292677224729627445), // j16
302     //+T(0.000194387276054539318L), // j17
303     BOOST_MATH_BIG_CONSTANT(T, 64, 0.000194387276054539318), // j17
304     //-T(0.000129574266852748819L), // j18
305     BOOST_MATH_BIG_CONSTANT(T, 64, -0.000129574266852748819), // j18
306     //+T(0.0000866503580520812717L), // j19 N[+1150497127780071399782389/13277465363600276402995200000, 50] 0.000086650358052081271660451590462390293190597827783288
307     BOOST_MATH_BIG_CONSTANT(T, 64, +0.0000866503580520812717), // j19
308     //-T(0.0000581136075044138168L) // j20  N[2853534237182741069/49102686267859224000000, 50] 0.000058113607504413816772205464778828177256611844221913
309     // -T(2853534237182741069uLL) / 49102686267859224000000uLL  // j20 // error C2177: constant too big,
310     // so must use BOOST_MATH_BIG_CONSTANT(T, ) format in hope of using suffix Q for quad or decimal digits string for others.
311     //-T(0.000058113607504413816772205464778828177256611844221913L), // j20  N[2853534237182741069/49102686267859224000000, 50] 0.000058113607504413816772205464778828177256611844221913
312     BOOST_MATH_BIG_CONSTANT(T, 113, -0.000058113607504413816772205464778828177256611844221913) // j20  - last used by Fukushima
313     // More terms don't seem to give any improvement (worse in fact) and are not use for many z values.
314     //BOOST_MATH_BIG_CONSTANT(T, +0.000039076684867439051635395583044527492132109160553593), // j21
315     //BOOST_MATH_BIG_CONSTANT(T, -0.000026338064747231098738584082718649443078703982217219), // j22
316     //BOOST_MATH_BIG_CONSTANT(T, +0.000017790345805079585400736282075184540383274460464169), // j23
317     //BOOST_MATH_BIG_CONSTANT(T, -0.000012040352739559976942274116578992585158113153190354), // j24
318     //BOOST_MATH_BIG_CONSTANT(T, +8.1635319824966121713827512573558687050675701559448E-6), // j25
319     //BOOST_MATH_BIG_CONSTANT(T, -5.5442032085673591366657251660804575198155559225316E-6) // j26
320     // -T(5.5442032085673591366657251660804575198155559225316E-6L) // j26
321     // 21 to 26 Added for long double.
322   }; // static const T q[]
323
324      /*
325      // Temporary copy of original double values for comparison; these are reproduced well.
326      static const T q[] =
327      {
328      -1L,  // j0
329      +1L,  // j1
330      -0.333333333333333333L, // 1/3 j2
331      +0.152777777777777778L, // 11/72 j3
332      -0.0796296296296296296L, // 43/540
333      +0.0445023148148148148L,
334      -0.0259847148736037625L,
335      +0.0156356325323339212L,
336      -0.00961689202429943171L,
337      +0.00601454325295611786L,
338      -0.00381129803489199923L,
339      +0.00244087799114398267L,
340      -0.00157693034468678425L,
341      +0.00102626332050760715L,
342      -0.000672061631156136204L,
343      +0.000442473061814620910L,
344      -0.000292677224729627445L,
345      +0.000194387276054539318L,
346      -0.000129574266852748819L,
347      +0.0000866503580520812717L,
348      -0.0000581136075044138168L // j20
349      };
350      */
351
352      // Decide how many series terms to use, increasing as z approaches the singularity,
353      // balancing run-time versus computational noise from round-off.
354      // In practice, we truncate the series expansion at a certain order.
355      // If the order is too large, not only does the amount of computation increase,
356      // but also the round-off errors accumulate.
357      // See Fukushima equation 35, page 85 for logic of choice of number of series terms.
358
359   BOOST_MATH_STD_USING // Aid argument dependent lookup (ADL) of abs.
360
361     const T absp = abs(p);
362
363 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_TERMS
364   {
365     int terms = 20; // Default to using all terms.
366     if (absp < 0.001150)
367     { // Very near singularity.
368       terms = 6;
369     }
370     else if (absp < 0.0766)
371     { // Near singularity.
372       terms = 10;
373     }
374     std::streamsize saved_precision = std::cout.precision(3);
375     std::cout << "abs(p) = " << absp << ", terms = " << terms << std::endl;
376     std::cout.precision(saved_precision);
377   }
378 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_TERMS
379
380   if (absp < 0.01159)
381   { // Only 6 near-singularity series terms are useful.
382     return
383       -1 +
384       p * (1 +
385         p * (q[2] +
386           p * (q[3] +
387             p * (q[4] +
388               p * (q[5] +
389                 p * q[6]
390                 )))));
391   }
392   else if (absp < 0.0766) // Use 10 near-singularity series terms.
393   { // Use 10 near-singularity series terms.
394     return
395       -1 +
396       p * (1 +
397         p * (q[2] +
398           p * (q[3] +
399             p * (q[4] +
400               p * (q[5] +
401                 p * (q[6] +
402                   p * (q[7] +
403                     p * (q[8] +
404                       p * (q[9] +
405                         p * q[10]
406                         )))))))));
407   }
408   else
409   { // Use all 20 near-singularity series terms.
410     return
411       -1 +
412       p * (1 +
413         p * (q[2] +
414           p * (q[3] +
415             p * (q[4] +
416               p * (q[5] +
417                 p * (q[6] +
418                   p * (q[7] +
419                     p * (q[8] +
420                       p * (q[9] +
421                         p * (q[10] +
422                           p * (q[11] +
423                             p * (q[12] +
424                               p * (q[13] +
425                                 p * (q[14] +
426                                   p * (q[15] +
427                                     p * (q[16] +
428                                       p * (q[17] +
429                                         p * (q[18] +
430                                           p * (q[19] +
431                                             p * q[20] // Last Fukushima term.
432                                             )))))))))))))))))));
433     //                                                + // more terms for more precise T: long double ...
434     //// but makes almost no difference, so don't use more terms?
435     //                                          p*q[21] +
436     //                                            p*q[22] +
437     //                                              p*q[23] +
438     //                                                p*q[24] +
439     //                                                 p*q[25]
440     //                                         )))))))))))))))))));
441   }
442 } // template<typename T = double> T lambert_w_singularity_series(const T p)
443
444
445  /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
446
447   //! \brief Series expansion used near zero (abs(z) < 0.05).
448   //! \details
449   //! Coefficients of the inverted series expansion of the Lambert W function around z = 0.
450   //! Tosio Fukushima always uses all 17 terms of a Taylor series computed using Wolfram with
451   //!   InverseSeries[Series[z Exp[z],{z,0,17}]]
452   //! Tosio Fukushima / Journal of Computational and Applied Mathematics 244 (2013) page 86.
453
454   //! Decimal values of specifications for built-in floating-point types below
455   //! are 21 digits precision == max_digits10 for long double.
456   //! Care! Some coefficients might overflow some fixed_point types.
457
458   //! This version is intended to allow use by user-defined types
459   //! like Boost.Multiprecision quad and cpp_dec_float types.
460   //! The three specializations below for built-in float, double
461   //! (and perhaps long double) will be chosen in preference for these types.
462
463   //! This version uses rationals computed by Wolfram as far as possible,
464   //! limited by maximum size of uLL integers.
465   //! For higher term, uses decimal digit strings computed by Wolfram up to the maximum possible using uLL rationals,
466   //! and then higher coefficients are computed as necessary using function lambert_w0_small_z_series_term
467   //! until the precision required by the policy is achieved.
468   //! InverseSeries[Series[z Exp[z],{z,0,34}]] also computed.
469
470   // Series evaluation for LambertW(z) as z -> 0.
471   // See http://functions.wolfram.com/ElementaryFunctions/ProductLog/06/01/01/0003/
472   //  http://functions.wolfram.com/ElementaryFunctions/ProductLog/06/01/01/0003/MainEq1.L.gif
473
474   //! \brief  lambert_w0_small_z uses a tag_type to select a variant depending on the size of the type.
475   //! The Lambert W is computed by lambert_w0_small_z for small z.
476   //! The cutoff for z smallness determined by Tosio Fukushima by trial and error is (abs(z) < 0.05),
477   //! but the optimum might be a function of the size of the type of z.
478
479   //! \details
480   //! The tag_type selection is based on the value @c std::numeric_limits<T>::max_digits10.
481   //! This allows distinguishing between long double types that commonly vary between 64 and 80-bits,
482   //! and also compilers that have a float type using 64 bits and/or long double using 128-bits.
483   //! It assumes that max_digits10 is defined correctly or this might fail to make the correct selection.
484   //! causing very small differences in computing lambert_w that would be very difficult to detect and diagnose.
485   //! Cannot switch on @c std::numeric_limits<>::max() because comparison values may overflow the compiler limit.
486   //! Cannot switch on @c std::numeric_limits<long double>::max_exponent10()
487   //! because both 80 and 128 bit floating-point implementations use 11 bits for the exponent.
488   //! So must rely on @c std::numeric_limits<long double>::max_digits10.
489
490   //! Specialization of float zero series expansion used for small z (abs(z) < 0.05).
491   //! Specializations of lambert_w0_small_z for built-in types.
492   //! These specializations should be chosen in preference to T version.
493   //! For example: lambert_w0_small_z(0.001F) should use the float version.
494   //! (Parameter Policy is not used by built-in types when all terms are used during an inline computation,
495   //! but for the tag_type selection to work, they all must include Policy in their signature.
496
497   // Forward declaration of variants of lambert_w0_small_z.
498 template <class T, class Policy>
499 T lambert_w0_small_z(T x, const Policy&, boost::mpl::int_<0> const&);   //  for float (32-bit) type.
500
501 template <class T, class Policy>
502 T lambert_w0_small_z(T x, const Policy&, boost::mpl::int_<1> const&);   //  for double (64-bit) type.
503
504 template <class T, class Policy>
505 T lambert_w0_small_z(T x, const Policy&, boost::mpl::int_<2> const&);   //  for long double (double extended 80-bit) type.
506
507 template <class T, class Policy>
508 T lambert_w0_small_z(T x, const Policy&, boost::mpl::int_<3> const&);   //  for long double (128-bit) type.
509
510 template <class T, class Policy>
511 T lambert_w0_small_z(T x, const Policy&, boost::mpl::int_<4> const&);   //  for float128 quadmath Q type.
512
513 template <class T, class Policy>
514 T lambert_w0_small_z(T x, const Policy&, boost::mpl::int_<5> const&);   //  Generic multiprecision T.
515                                                                         // Set tag_type depending on max_digits10.
516 template <class T, class Policy>
517 T lambert_w0_small_z(T x, const Policy& pol)
518 { //std::numeric_limits<T>::max_digits10 == 36 ? 3 : // 128-bit long double.
519   typedef boost::mpl::int_
520     <
521      std::numeric_limits<T>::is_specialized == 0 ? 5 :
522 #ifndef BOOST_NO_CXX11_NUMERIC_LIMITS
523     std::numeric_limits<T>::max_digits10 <=  9 ? 0 : // for float 32-bit.
524     std::numeric_limits<T>::max_digits10 <= 17 ? 1 : // for double 64-bit.
525     std::numeric_limits<T>::max_digits10 <= 22 ? 2 : // for 80-bit double extended.
526     std::numeric_limits<T>::max_digits10 <  37 ? 4  // for both 128-bit long double (3) and 128-bit quad suffix Q type (4).
527 #else
528      std::numeric_limits<T>::radix != 2 ? 5 :
529      std::numeric_limits<T>::digits <= 24 ? 0 : // for float 32-bit.
530      std::numeric_limits<T>::digits <= 53 ? 1 : // for double 64-bit.
531      std::numeric_limits<T>::digits <= 64 ? 2 : // for 80-bit double extended.
532      std::numeric_limits<T>::digits <= 113 ? 4  // for both 128-bit long double (3) and 128-bit quad suffix Q type (4).
533 #endif
534       :  5                                            // All Generic multiprecision types.
535     > tag_type;
536   // std::cout << "\ntag type = " << tag_type << std::endl; // error C2275: 'tag_type': illegal use of this type as an expression.
537   return lambert_w0_small_z(x, pol, tag_type());
538 } // template <class T> T lambert_w0_small_z(T x)
539
540   //! Specialization of float (32-bit) series expansion used for small z (abs(z) < 0.05).
541   // Only 9 Coefficients are computed to 21 decimal digits precision, ample for 32-bit float used by most platforms.
542   // Taylor series coefficients used are computed by Wolfram to 50 decimal digits using instruction
543   // N[InverseSeries[Series[z Exp[z],{z,0,34}]],50],
544   // as proposed by Tosio Fukushima and implemented by Darko Veberic.
545
546 template <class T, class Policy>
547 T lambert_w0_small_z(T z, const Policy&, boost::mpl::int_<0> const&)
548 {
549 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
550   std::streamsize prec = std::cout.precision(std::numeric_limits<T>::max_digits10); // Save.
551   std::cout << "\ntag_type 0 float lambert_w0_small_z called with z = " << z << " using " << 9 << " terms of precision "
552     << std::numeric_limits<float>::max_digits10 << " decimal digits. " << std::endl;
553 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
554   T result =
555     z * (1 - // j1 z^1 term = 1
556       z * (1 -  // j2 z^2 term = -1
557         z * (static_cast<float>(3uLL) / 2uLL - // 3/2 // j3 z^3 term = 1.5.
558           z * (2.6666666666666666667F -  // 8/3 // j4
559             z * (5.2083333333333333333F - // -125/24 // j5
560               z * (10.8F - // j6
561                 z * (23.343055555555555556F - // j7
562                   z * (52.012698412698412698F - // j8
563                     z * 118.62522321428571429F)))))))); // j9
564
565 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
566   std::cout << "return w = " << result << std::endl;
567   std::cout.precision(prec); // Restore.
568 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
569
570   return result;
571 } // template <class T>   T lambert_w0_small_z(T x, mpl::int_<0> const&)
572
573   //! Specialization of double (64-bit double) series expansion used for small z (abs(z) < 0.05).
574   // 17 Coefficients are computed to 21 decimal digits precision suitable for 64-bit double used by most platforms.
575   // Taylor series coefficients used are computed by Wolfram to 50 decimal digits using instruction
576   // N[InverseSeries[Series[z Exp[z],{z,0,34}]],50], as proposed by Tosio Fukushima and implemented by Veberic.
577
578 template <class T, class Policy>
579 T lambert_w0_small_z(const T z, const Policy&, boost::mpl::int_<1> const&)
580 {
581 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
582   std::streamsize prec = std::cout.precision(std::numeric_limits<T>::max_digits10); // Save.
583   std::cout << "\ntag_type 1 double lambert_w0_small_z called with z = " << z << " using " << 17 << " terms of precision, "
584     << std::numeric_limits<double>::max_digits10 << " decimal digits. " << std::endl;
585 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
586   T result =
587     z * (1. - // j1 z^1
588       z * (1. -  // j2 z^2
589         z * (1.5 - // 3/2 // j3 z^3
590           z * (2.6666666666666666667 -  // 8/3 // j4
591             z * (5.2083333333333333333 - // -125/24 // j5
592               z * (10.8 - // j6
593                 z * (23.343055555555555556 - // j7
594                   z * (52.012698412698412698 - // j8
595                     z * (118.62522321428571429 - // j9
596                       z * (275.57319223985890653 - // j10
597                         z * (649.78717234347442681 - // j11
598                           z * (1551.1605194805194805 - // j12
599                             z * (3741.4497029592385495 - // j13
600                               z * (9104.5002411580189358 - // j14
601                                 z * (22324.308512706601434 - // j15
602                                   z * (55103.621972903835338 - // j16
603                                     z * 136808.86090394293563)))))))))))))))); // j17 z^17
604
605 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
606   std::cout << "return w = " << result << std::endl;
607   std::cout.precision(prec); // Restore.
608 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
609
610   return result;
611 } // T lambert_w0_small_z(const T z, boost::mpl::int_<1> const&)
612
613   //! Specialization of long double (80-bit double extended) series expansion used for small z (abs(z) < 0.05).
614   // 21 Coefficients are computed to 21 decimal digits precision suitable for 80-bit long double used by some
615   // platforms including GCC and Clang when generating for Intel X86 floating-point processors with 80-bit operations enabled (the default).
616   // (This is NOT used by Microsoft Visual Studio where double and long always both use only 64-bit type.
617   // Nor used for 128-bit float128.)
618 template <class T, class Policy>
619 T lambert_w0_small_z(const T z, const Policy&, boost::mpl::int_<2> const&)
620 {
621 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
622   std::streamsize precision = std::cout.precision(std::numeric_limits<T>::max_digits10); // Save.
623   std::cout << "\ntag_type 2 long double (80-bit double extended) lambert_w0_small_z called with z = " << z << " using " << 21 << " terms of precision, "
624     << std::numeric_limits<long double>::max_digits10 << " decimal digits. " << std::endl;
625 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
626 //  T  result =
627 //    z * (1.L - // j1 z^1
628 //      z * (1.L -  // j2 z^2
629 //        z * (1.5L - // 3/2 // j3
630 //          z * (2.6666666666666666667L -  // 8/3 // j4
631 //            z * (5.2083333333333333333L - // -125/24 // j5
632 //              z * (10.800000000000000000L - // j6
633 //                z * (23.343055555555555556L - // j7
634 //                  z * (52.012698412698412698L - // j8
635 //                    z * (118.62522321428571429L - // j9
636 //                      z * (275.57319223985890653L - // j10
637 //                        z * (649.78717234347442681L - // j11
638 //                          z * (1551.1605194805194805L - // j12
639 //                            z * (3741.4497029592385495L - // j13
640 //                              z * (9104.5002411580189358L - // j14
641 //                                z * (22324.308512706601434L - // j15
642 //                                  z * (55103.621972903835338L - // j16
643 //                                    z * (136808.86090394293563L - // j17 z^17  last term used by Fukushima double.
644 //                                      z * (341422.050665838363317L - // z^18
645 //                                        z * (855992.9659966075514633L - // z^19
646 //                                          z * (2.154990206091088289321e6L - // z^20
647 //                                            z * 5.4455529223144624316423e6L   // z^21
648 //                                              ))))))))))))))))))));
649 //
650
651   T result =
652 z * (1.L - // z j1
653 z * (1.L - // z^2
654 z * (1.500000000000000000000000000000000L - // z^3
655 z * (2.666666666666666666666666666666666L - // z ^ 4
656 z * (5.208333333333333333333333333333333L - // z ^ 5
657 z * (10.80000000000000000000000000000000L - // z ^ 6
658 z * (23.34305555555555555555555555555555L - //  z ^ 7
659 z * (52.01269841269841269841269841269841L - // z ^ 8
660 z * (118.6252232142857142857142857142857L - // z ^ 9
661 z * (275.5731922398589065255731922398589L - // z ^ 10
662 z * (649.7871723434744268077601410934744L - // z ^ 11
663 z * (1551.160519480519480519480519480519L - // z ^ 12
664 z * (3741.449702959238549516327294105071L - //z ^ 13
665 z * (9104.500241158018935796713574491352L - //  z ^ 14
666 z * (22324.308512706601434280005708577137L - //  z ^ 15
667 z * (55103.621972903835337697771560205422L - //  z ^ 16
668 z * (136808.86090394293563342215789305736L - // z ^ 17
669 z * (341422.05066583836331735491399356945L - //  z^18
670 z * (855992.9659966075514633630250633224L - // z^19
671 z * (2.154990206091088289321708745358647e6L // z^20 distance -5 without term 20
672 ))))))))))))))))))));
673
674 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
675   std::cout << "return w = " << result << std::endl;
676   std::cout.precision(precision); // Restore.
677 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
678   return result;
679 }  // long double lambert_w0_small_z(const T z, boost::mpl::int_<1> const&)
680
681 //! Specialization of 128-bit long double series expansion used for small z (abs(z) < 0.05).
682 // 34 Taylor series coefficients used are computed by Wolfram to 50 decimal digits using instruction
683 // N[InverseSeries[Series[z Exp[z],{z,0,34}]],50],
684 // and are suffixed by L as they are assumed of type long double.
685 // (This is NOT used for 128-bit quad boost::multiprecision::float128 type which required a suffix Q
686 // nor multiprecision type cpp_bin_float_quad that can only be initialised at full precision of the type
687 // constructed with a decimal digit string like "2.6666666666666666666666666666666666666666666666667".)
688
689 template <class T, class Policy>
690 T lambert_w0_small_z(const T z, const Policy&, boost::mpl::int_<3> const&)
691 {
692 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
693   std::streamsize precision = std::cout.precision(std::numeric_limits<T>::max_digits10); // Save.
694   std::cout << "\ntag_type 3 long double (128-bit) lambert_w0_small_z called with z = " << z << " using " << 17 << " terms of precision,  "
695     << std::numeric_limits<double>::max_digits10 << " decimal digits. " << std::endl;
696 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
697   T  result =
698     z * (1.L - // j1
699       z * (1.L -  // j2
700         z * (1.5L - // 3/2 // j3
701           z * (2.6666666666666666666666666666666666L -  // 8/3 // j4
702             z * (5.2052083333333333333333333333333333L - // -125/24 // j5
703               z * (10.800000000000000000000000000000000L - // j6
704                 z * (23.343055555555555555555555555555555L - // j7
705                   z * (52.0126984126984126984126984126984126L - // j8
706                     z * (118.625223214285714285714285714285714L - // j9
707                       z * (275.57319223985890652557319223985890L - // * z ^ 10 - // j10
708                         z * (649.78717234347442680776014109347442680776014109347L - // j11
709                           z * (1551.1605194805194805194805194805194805194805194805L - // j12
710                             z * (3741.4497029592385495163272941050718828496606274384L - // j13
711                               z * (9104.5002411580189357967135744913522691300469078247L - // j14
712                                 z * (22324.308512706601434280005708577137148565719994291L - // j15
713                                   z * (55103.621972903835337697771560205422639285073147507L - // j16
714                                     z * 136808.86090394293563342215789305736395683485630576L    // j17
715                                       ))))))))))))))));
716
717 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
718   std::cout << "return w = " << result << std::endl;
719   std::cout.precision(precision); // Restore.
720 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
721   return result;
722 }  // T lambert_w0_small_z(const T z, boost::mpl::int_<3> const&)
723
724 //! Specialization of 128-bit quad series expansion used for small z (abs(z) < 0.05).
725 // 34 Taylor series coefficients used were computed by Wolfram to 50 decimal digits using instruction
726 //   N[InverseSeries[Series[z Exp[z],{z,0,34}]],50],
727 // and are suffixed by Q as they are assumed of type quad.
728 // This could be used for 128-bit quad (which requires a suffix Q for full precision).
729 // But experiments with GCC 7.2.0 show that while this gives full 128-bit precision
730 // when the -f-ext-numeric-literals option is in force and the libquadmath library available,
731 // over the range -0.049 to +0.049, 
732 // it is slightly slower than getting a double approximation followed by a single Halley step.
733
734 #ifdef BOOST_HAS_FLOAT128
735 template <class T, class Policy>
736 T lambert_w0_small_z(const T z, const Policy&, boost::mpl::int_<4> const&)
737 {
738 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
739   std::streamsize precision = std::cout.precision(std::numeric_limits<T>::max_digits10); // Save.
740   std::cout << "\ntag_type 4 128-bit quad float128 lambert_w0_small_z called with z = " << z << " using " << 34 << " terms of precision, "
741     << std::numeric_limits<float128>::max_digits10 << " max decimal digits." << std::endl;
742 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
743   T  result =
744     z * (1.Q - // z j1
745       z * (1.Q - // z^2
746         z * (1.500000000000000000000000000000000Q - // z^3
747           z * (2.666666666666666666666666666666666Q - // z ^ 4
748             z * (5.208333333333333333333333333333333Q - // z ^ 5
749               z * (10.80000000000000000000000000000000Q - // z ^ 6
750                 z * (23.34305555555555555555555555555555Q - //  z ^ 7
751                   z * (52.01269841269841269841269841269841Q - // z ^ 8
752                     z * (118.6252232142857142857142857142857Q - // z ^ 9
753                       z * (275.5731922398589065255731922398589Q - // z ^ 10
754                         z * (649.7871723434744268077601410934744Q - // z ^ 11
755                           z * (1551.160519480519480519480519480519Q - // z ^ 12
756                             z * (3741.449702959238549516327294105071Q - //z ^ 13
757                               z * (9104.500241158018935796713574491352Q - //  z ^ 14
758                                 z * (22324.308512706601434280005708577137Q - //  z ^ 15
759                                   z * (55103.621972903835337697771560205422Q - //  z ^ 16
760                                     z * (136808.86090394293563342215789305736Q - // z ^ 17
761                                       z * (341422.05066583836331735491399356945Q - //  z^18
762                                         z * (855992.9659966075514633630250633224Q - // z^19
763                                           z * (2.154990206091088289321708745358647e6Q - //  20
764                                             z * (5.445552922314462431642316420035073e6Q - // 21
765                                               z * (1.380733000216662949061923813184508e7Q - // 22
766                                                 z * (3.511704498513923292853869855945334e7Q - // 23
767                                                   z * (8.956800256102797693072819557780090e7Q - // 24
768                                                     z * (2.290416846187949813964782641734774e8Q - // 25
769                                                       z * (5.871035041171798492020292225245235e8Q - // 26
770                                                         z * (1.508256053857792919641317138812957e9Q - // 27
771                                                           z * (3.882630161293188940385873468413841e9Q - // 28
772                                                             z * (1.001394313665482968013913601565723e10Q - // 29
773                                                               z * (2.587356736265760638992878359024929e10Q - // 30
774                                                                 z * (6.696209709358073856946120522333454e10Q - // 31
775                                                                   z * (1.735711659599198077777078238043644e11Q - // 32
776                                                                     z * (4.505680465642353886756098108484670e11Q - // 33
777                                                                       z * (1.171223178256487391904047636564823e12Q  //z^34
778                                                                         ))))))))))))))))))))))))))))))))));
779
780
781  #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
782   std::cout << "return w = " << result << std::endl;
783   std::cout.precision(precision); // Restore.
784 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
785
786   return result;
787 }  // T lambert_w0_small_z(const T z, boost::mpl::int_<4> const&) float128
788
789 #else
790
791 template <class T, class Policy>
792 inline T lambert_w0_small_z(const T z, const Policy& pol, boost::mpl::int_<4> const&)
793 {
794    return lambert_w0_small_z(z, pol, boost::mpl::int_<5>());
795 }
796
797 #endif // BOOST_HAS_FLOAT128
798
799 //! Series functor to compute series term using pow and factorial.
800 //! \details Functor is called after evaluating polynomial with the coefficients as rationals below.
801 template <class T>
802 struct lambert_w0_small_z_series_term
803 {
804   typedef T result_type;
805   //! \param _z Lambert W argument z.
806   //! \param -term  -pow<18>(z) / 6402373705728000uLL
807   //! \param _k number of terms == initially 18
808
809   //  Note *after* evaluating N terms, its internal state has k = N and term = (-1)^N z^N.
810
811   lambert_w0_small_z_series_term(T _z, T _term, int _k)
812     : k(_k), z(_z), term(_term) { }
813
814   T operator()()
815   { // Called by sum_series until needs precision set by factor (policy::get_epsilon).
816     using std::pow;
817     ++k;
818     term *= -z / k;
819     //T t = pow(z, k) * pow(T(k), -1 + k) / factorial<T>(k); // (z^k * k(k-1)^k) / k!
820     T result = term * pow(T(k), -1 + k); // term * k^(k-1)
821                                          // std::cout << " k = " << k << ", term = " << term << ", result = " << result << std::endl;
822     return result; //
823   }
824 private:
825   int k;
826   T z;
827   T term;
828 }; // template <class T> struct lambert_w0_small_z_series_term
829
830    //! Generic variant for T a User-defined types like Boost.Multiprecision.
831 template <class T, class Policy>
832 inline T lambert_w0_small_z(T z, const Policy& pol, boost::mpl::int_<5> const&)
833 {
834 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
835   std::streamsize precision = std::cout.precision(std::numeric_limits<T>::max_digits10); // Save.
836   std::cout << "Generic lambert_w0_small_z called with z = " << z << " using as many terms needed for precision." << std::endl;
837   std::cout << "Argument z is of type " << typeid(T).name() << std::endl;
838 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
839
840   // First several terms of the series are tabulated and evaluated as a polynomial:
841   // this will save us a bunch of expensive calls to pow.
842   // Then our series functor is initialized "as if" it had already reached term 18,
843   // enough evaluation of built-in 64-bit double and float (and 80-bit long double?) types.
844
845   // Coefficients should be stored such that the coefficients for the x^i terms are in poly[i].
846   static const T coeff[] =
847   {
848     0, // z^0  Care: zeroth term needed by tools::evaluate_polynomial, but not in the Wolfram equation, so indexes are one different!
849     1, // z^1 term.
850     -1, // z^2 term
851     static_cast<T>(3uLL) / 2uLL, // z^3 term.
852     -static_cast<T>(8uLL) / 3uLL, // z^4
853     static_cast<T>(125uLL) / 24uLL, // z^5
854     -static_cast<T>(54uLL) / 5uLL, // z^6
855     static_cast<T>(16807uLL) / 720uLL, // z^7
856     -static_cast<T>(16384uLL) / 315uLL, // z^8
857     static_cast<T>(531441uLL) / 4480uLL, // z^9
858     -static_cast<T>(156250uLL) / 567uLL, // z^10
859     static_cast<T>(2357947691uLL) / 3628800uLL, // z^11
860     -static_cast<T>(2985984uLL) / 1925uLL, // z^12
861     static_cast<T>(1792160394037uLL) / 479001600uLL, // z^13
862     -static_cast<T>(7909306972uLL) / 868725uLL, // z^14
863     static_cast<T>(320361328125uLL) / 14350336uLL, // z^15
864     -static_cast<T>(35184372088832uLL) / 638512875uLL, // z^16
865     static_cast<T>(2862423051509815793uLL) / 20922789888000uLL, // z^17 term
866     -static_cast<T>(5083731656658uLL) / 14889875uLL,
867     // z^18 term. = 136808.86090394293563342215789305735851647769682393
868
869     // z^18 is biggest that can be computed as rational using the largest possible uLL integers,
870     // so higher terms cannot be potentially compiler-computed as uLL rationals.
871     // Wolfram (5083731656658 z ^ 18) / 14889875 or
872     // -341422.05066583836331735491399356945575432970390954 z^18
873
874     // See note below calling the functor to compute another term,
875     // sufficient for 80-bit long double precision.
876     // Wolfram -341422.05066583836331735491399356945575432970390954 z^19 term.
877     // (5480386857784802185939 z^19)/6402373705728000
878     // But now this variant is not used to compute long double
879     // as specializations are provided above.
880   }; // static const T coeff[]
881
882      /*
883      Table of 19 computed coefficients:
884
885      #0 0
886      #1 1
887      #2 -1
888      #3 1.5
889      #4 -2.6666666666666666666666666666666665382713370408509
890      #5 5.2083333333333333333333333333333330765426740817019
891      #6 -10.800000000000000000000000000000000616297582203915
892      #7 23.343055555555555555555555555555555076212991619177
893      #8 -52.012698412698412698412698412698412659282693193402
894      #9 118.62522321428571428571428571428571146835390992496
895      #10 -275.57319223985890652557319223985891400375196748314
896      #11 649.7871723434744268077601410934743969785223845882
897      #12 -1551.1605194805194805194805194805194947599566007429
898      #13 3741.4497029592385495163272941050719510009019331763
899      #14 -9104.5002411580189357967135744913524243896052869184
900      #15 22324.308512706601434280005708577137322392070452582
901      #16 -55103.621972903835337697771560205423203318720697224
902      #17 136808.86090394293563342215789305735851647769682393
903          136808.86090394293563342215789305735851647769682393   == Exactly same as Wolfram computed value.
904      #18 -341422.05066583836331735491399356947486381600607416
905           341422.05066583836331735491399356945575432970390954  z^19  Wolfram value differs at 36 decimal digit, as expected.
906      */
907
908   using boost::math::policies::get_epsilon; // for type T.
909   using boost::math::tools::sum_series;
910   using boost::math::tools::evaluate_polynomial;
911   // http://www.boost.org/doc/libs/release/libs/math/doc/html/math_toolkit/roots/rational.html
912
913   // std::streamsize prec = std::cout.precision(std::numeric_limits <T>::max_digits10);
914
915   T result = evaluate_polynomial(coeff, z);
916   //  template <std::size_t N, class T, class V>
917   //  V evaluate_polynomial(const T(&poly)[N], const V& val);
918   // Size of coeff found from N
919   //std::cout << "evaluate_polynomial(coeff, z); == " << result << std::endl;
920   //std::cout << "result = " << result << std::endl;
921   // It's an artefact of the way I wrote the functor: *after* evaluating N
922   // terms, its internal state has k = N and term = (-1)^N z^N.  So after
923   // evaluating 18 terms, we initialize the functor to the term we've just
924   // evaluated, and then when it's called, it increments itself to the next term.
925   // So 18!is 6402373705728000, which is where that comes from.
926
927   // The 19th coefficient of the polynomial is actually, 19 ^ 18 / 19!=
928   // 104127350297911241532841 / 121645100408832000 which after removing GCDs
929   // reduces down to Wolfram rational 5480386857784802185939 / 6402373705728000.
930   // Wolfram z^19 term +(5480386857784802185939 z^19) /6402373705728000
931   // +855992.96599660755146336302506332246623424823099755 z^19
932
933   //! Evaluate Functor.
934   lambert_w0_small_z_series_term<T> s(z, -pow<18>(z) / 6402373705728000uLL, 18);
935
936   // Temporary to list the coefficients.
937   //std::cout << " Table of coefficients" << std::endl;
938   //std::streamsize saved_precision = std::cout.precision(50);
939   //for (size_t i = 0; i != 19; i++)
940   //{
941   //  std::cout << "#" << i << " " << coeff[i] << std::endl;
942   //}
943   //std::cout.precision(saved_precision);
944
945   boost::uintmax_t max_iter = policies::get_max_series_iterations<Policy>(); // Max iterations from policy.
946 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
947   std::cout << "max iter from policy = " << max_iter << std::endl;
948   // //   max iter from policy = 1000000 is default.
949 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES
950
951   result = sum_series(s, get_epsilon<T, Policy>(), max_iter, result);
952   // result == evaluate_polynomial.
953   //sum_series(Functor& func, int bits, boost::uintmax_t& max_terms, const U& init_value)
954   // std::cout << "sum_series(s, get_epsilon<T, Policy>(), max_iter, result); = " << result << std::endl;
955
956   //T epsilon = get_epsilon<T, Policy>();
957   //std::cout << "epilson from policy = " << epsilon << std::endl;
958   // epilson from policy = 1.93e-34 for T == quad
959   //  5.35e-51 for t = cpp_bin_float_50
960
961   // std::cout << " get eps = " << get_epsilon<T, Policy>() << std::endl; // quad eps = 1.93e-34, bin_float_50 eps = 5.35e-51
962   policies::check_series_iterations<T>("boost::math::lambert_w0_small_z<%1%>(%1%)", max_iter, pol);
963 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES_ITERATIONS
964   std::cout << "z = " << z << " needed  " << max_iter << " iterations." << std::endl;
965   std::cout.precision(prec); // Restore.
966 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W_SMALL_Z_SERIES_ITERATIONS
967   return result;
968 } // template <class T, class Policy> inline T lambert_w0_small_z_series(T z, const Policy& pol)
969
970 // Approximate lambert_w0 (used for z values that are outside range of lookup table or rational functions)
971 // Corless equation 4.19, page 349, and Chapeau-Blondeau equation 20, page 2162.
972 template <typename T>
973 inline
974 T lambert_w0_approx(T z)
975 {
976   BOOST_MATH_STD_USING
977   T lz = log(z);
978   T llz = log(lz);
979   T w = lz - llz + (llz / lz); // Corless equation 4.19, page 349, and Chapeau-Blondeau equation 20, page 2162.
980   return w;
981   // std::cout << "w max " << max_w << std::endl; // double 703.227
982 }
983
984   //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
985
986 //! \brief Lambert_w0 implementations for float, double and higher precisions.
987 //! 3rd parameter used to select which version is used.
988
989 //! /details Rational polynomials are provided for several range of argument z.
990 //! For very small values of z, and for z very near the branch singularity at -e^-1 (~= -0.367879),
991 //! two other series functions are used.
992
993 //! float precision polynomials are used for 32-bit (usually float) precision (for speed)
994 //! double precision polynomials are used for 64-bit (usually double) precision.
995 //! For higher precisions, a 64-bit double approximation is computed first,
996 //! and then refined using Halley interations.
997
998 template <class T>
999 inline T get_near_singularity_param(T z)
1000 {
1001    BOOST_MATH_STD_USING
1002    const T p2 = 2 * (boost::math::constants::e<T>() * z + 1);
1003    const T p = sqrt(p2);
1004    return p;
1005 }
1006 inline float get_near_singularity_param(float z)
1007 {
1008    return static_cast<float>(get_near_singularity_param((double)z));
1009 }
1010 inline double get_near_singularity_param(double z)
1011 {
1012    return static_cast<double>(get_near_singularity_param((long double)z));
1013 }
1014
1015 // Forward declarations:
1016
1017 //template <class T, class Policy> T lambert_w0_small_z(T z, const Policy& pol);
1018 //template <class T, class Policy>
1019 //T lambert_w0_imp(T w, const Policy& pol, const mpl::int_<0>&); // 32 bit usually float.
1020 //template <class T, class Policy>
1021 //T lambert_w0_imp(T w, const Policy& pol, const mpl::int_<1>&); //  64 bit usually double.
1022 //template <class T, class Policy>
1023 //T lambert_w0_imp(T w, const Policy& pol, const mpl::int_<2>&); // 80-bit long double.
1024
1025 template <class T>
1026 T lambert_w_positive_rational_float(T z)
1027 {
1028    BOOST_MATH_STD_USING
1029    if (z < 2)
1030    {
1031       if (z < 0.5)
1032       { // 0.05 < z < 0.5
1033         // Maximum Deviation Found:                     2.993e-08
1034         // Expected Error Term : 2.993e-08
1035         // Maximum Relative Change in Control Points : 7.555e-04 Y offset : -8.196592331e-01
1036          static const T Y = 8.196592331e-01f;
1037          static const T P[] = {
1038             1.803388345e-01f,
1039             -4.820256838e-01f,
1040             -1.068349741e+00f,
1041             -3.506624319e-02f,
1042          };
1043          static const T Q[] = {
1044             1.000000000e+00f,
1045             2.871703469e+00f,
1046             1.690949264e+00f,
1047          };
1048          return z * (Y + boost::math::tools::evaluate_polynomial(P, z) / boost::math::tools::evaluate_polynomial(Q, z));
1049       }
1050       else
1051       { // 0.5 < z < 2
1052         // Max error in interpolated form: 1.018e-08
1053          static const T Y = 5.503368378e-01f;
1054          static const T P[] = {
1055             4.493332766e-01f,
1056             2.543432707e-01f,
1057             -4.808788799e-01f,
1058             -1.244425316e-01f,
1059          };
1060          static const T Q[] = {
1061             1.000000000e+00f,
1062             2.780661241e+00f,
1063             1.830840318e+00f,
1064             2.407221031e-01f,
1065          };
1066          return z * (Y + boost::math::tools::evaluate_rational(P, Q, z));
1067       }
1068    }
1069    else if (z < 6)
1070    {
1071       // 2 < z < 6
1072       // Max error in interpolated form: 2.944e-08
1073       static const T Y = 1.162393570e+00f;
1074       static const T P[] = {
1075          -1.144183394e+00f,
1076          -4.712732855e-01f,
1077          1.563162512e-01f,
1078          1.434010911e-02f,
1079       };
1080       static const T Q[] = {
1081          1.000000000e+00f,
1082          1.192626340e+00f,
1083          2.295580708e-01f,
1084          5.477869455e-03f,
1085       };
1086       return Y + boost::math::tools::evaluate_rational(P, Q, z);
1087    }
1088    else if (z < 18)
1089    {
1090       // 6 < z < 18
1091       // Max error in interpolated form: 5.893e-08
1092       static const T Y = 1.809371948e+00f;
1093       static const T P[] = {
1094          -1.689291769e+00f,
1095          -3.337812742e-01f,
1096          3.151434873e-02f,
1097          1.134178734e-03f,
1098       };
1099       static const T Q[] = {
1100          1.000000000e+00f,
1101          5.716915685e-01f,
1102          4.489521292e-02f,
1103          4.076716763e-04f,
1104       };
1105       return Y + boost::math::tools::evaluate_rational(P, Q, z);
1106    }
1107    else if (z < 9897.12905874)  // 2.8 < log(z) < 9.2
1108    {
1109       // Max error in interpolated form: 1.771e-08
1110       static const T Y = -1.402973175e+00f;
1111       static const T P[] = {
1112          1.966174312e+00f,
1113          2.350864728e-01f,
1114          -5.098074353e-02f,
1115          -1.054818339e-02f,
1116       };
1117       static const T Q[] = {
1118          1.000000000e+00f,
1119          4.388208264e-01f,
1120          8.316639634e-02f,
1121          3.397187918e-03f,
1122          -1.321489743e-05f,
1123       };
1124       T log_w = log(z);
1125       return log_w + Y + boost::math::tools::evaluate_polynomial(P, log_w) / boost::math::tools::evaluate_polynomial(Q, log_w);
1126    }
1127    else if (z < 7.896296e+13)  // 9.2 < log(z) <= 32
1128    {
1129       // Max error in interpolated form: 5.821e-08
1130       static const T Y = -2.735729218e+00f;
1131       static const T P[] = {
1132          3.424903470e+00f,
1133          7.525631787e-02f,
1134          -1.427309584e-02f,
1135          -1.435974178e-05f,
1136       };
1137       static const T Q[] = {
1138          1.000000000e+00f,
1139          2.514005579e-01f,
1140          6.118994652e-03f,
1141          -1.357889535e-05f,
1142          7.312865624e-08f,
1143       };
1144       T log_w = log(z);
1145       return log_w + Y + boost::math::tools::evaluate_polynomial(P, log_w) / boost::math::tools::evaluate_polynomial(Q, log_w);
1146    }
1147    else // 32 < log(z) < 100
1148    {
1149       // Max error in interpolated form: 1.491e-08
1150       static const T Y = -4.012863159e+00f;
1151       static const T P[] = {
1152          4.431629226e+00f,
1153          2.756690487e-01f,
1154          -2.992956930e-03f,
1155          -4.912259384e-05f,
1156       };
1157       static const T Q[] = {
1158          1.000000000e+00f,
1159          2.015434591e-01f,
1160          4.949426142e-03f,
1161          1.609659944e-05f,
1162          -5.111523436e-09f,
1163       };
1164       T log_w = log(z);
1165       return log_w + Y + boost::math::tools::evaluate_polynomial(P, log_w) / boost::math::tools::evaluate_polynomial(Q, log_w);
1166    }
1167 }
1168
1169 template <class T, class Policy>
1170 T lambert_w_negative_rational_float(T z, const Policy& pol)
1171 {
1172    BOOST_MATH_STD_USING
1173    if (z > -0.27)
1174    {
1175       if (z < -0.051)
1176       {
1177          // -0.27 < z < -0.051
1178          // Max error in interpolated form: 5.080e-08
1179          static const T Y = 1.255809784e+00f;
1180          static const T P[] = {
1181             -2.558083412e-01f,
1182             -2.306524098e+00f,
1183             -5.630887033e+00f,
1184             -3.803974556e+00f,
1185          };
1186          static const T Q[] = {
1187             1.000000000e+00f,
1188             5.107680783e+00f,
1189             7.914062868e+00f,
1190             3.501498501e+00f,
1191          };
1192          return z * (Y + boost::math::tools::evaluate_rational(P, Q, z));
1193       }
1194       else
1195       {
1196          // Very small z so use a series function.
1197          return lambert_w0_small_z(z, pol);
1198       }
1199    }
1200    else if (z > -0.3578794411714423215955237701)
1201    { // Very close to branch singularity.
1202      // Max error in interpolated form: 5.269e-08
1203       static const T Y = 1.220928431e-01f;
1204       static const T P[] = {
1205          -1.221787446e-01f,
1206          -6.816155875e+00f,
1207          7.144582035e+01f,
1208          1.128444390e+03f,
1209       };
1210       static const T Q[] = {
1211          1.000000000e+00f,
1212          6.480326790e+01f,
1213          1.869145243e+02f,
1214          -1.361804274e+03f,
1215          1.117826726e+03f,
1216       };
1217       T d = z + 0.367879441171442321595523770161460867445811f;
1218       return -d / (Y + boost::math::tools::evaluate_polynomial(P, d) / boost::math::tools::evaluate_polynomial(Q, d));
1219    }
1220    else
1221    {
1222       // z is very close (within 0.01) of the singularity at e^-1.
1223       return lambert_w_singularity_series(get_near_singularity_param(z));
1224    }
1225 }
1226
1227 //! Lambert_w0 @b 'float' implementation, selected when T is 32-bit precision.
1228 template <class T, class Policy>
1229 inline T lambert_w0_imp(T z, const Policy& pol, const mpl::int_<1>&)
1230 {
1231   static const char* function = "boost::math::lambert_w0<%1%>"; // For error messages.
1232   BOOST_MATH_STD_USING // Aid ADL of std functions.
1233
1234   if ((boost::math::isnan)(z))
1235   {
1236     return boost::math::policies::raise_domain_error<T>(function, "Expected a value > -e^-1 (-0.367879...) but got %1%.", z, pol);
1237   }
1238   if ((boost::math::isinf)(z))
1239   {
1240     return boost::math::policies::raise_overflow_error<T>(function, "Expected a finite value but got %1%.", z, pol);
1241   }
1242
1243    if (z >= 0.05) // Fukushima switch point.
1244    // if (z >= 0.045) // 34 terms makes 128-bit 'exact' below 0.045.
1245    { // Normal ranges using several rational polynomials.
1246       return lambert_w_positive_rational_float(z);
1247    }
1248    else if (z <= -0.3678794411714423215955237701614608674458111310f)
1249    {
1250       if (z < -0.3678794411714423215955237701614608674458111310f)
1251          return boost::math::policies::raise_domain_error<T>(function, "Expected z >= -e^-1 (-0.367879...) but got %1%.", z, pol);
1252       return -1;
1253    }
1254    else // z < 0.05
1255    {
1256       return lambert_w_negative_rational_float(z, pol);
1257    }
1258 } // T lambert_w0_imp(T z, const Policy& pol, const mpl::int_<1>&) for 32-bit usually float.
1259
1260 template <class T>
1261 T lambert_w_positive_rational_double(T z)
1262 {
1263    BOOST_MATH_STD_USING
1264    if (z < 2)
1265    {
1266       if (z < 0.5)
1267       {
1268          // Max error in interpolated form: 2.255e-17
1269          static const T offset = 8.19659233093261719e-01;
1270          static const T P[] = {
1271             1.80340766906685177e-01,
1272             3.28178241493119307e-01,
1273             -2.19153620687139706e+00,
1274             -7.24750929074563990e+00,
1275             -7.28395876262524204e+00,
1276             -2.57417169492512916e+00,
1277             -2.31606948888704503e-01
1278          };
1279          static const T Q[] = {
1280             1.00000000000000000e+00,
1281             7.36482529307436604e+00,
1282             2.03686007856430677e+01,
1283             2.62864592096657307e+01,
1284             1.59742041380858333e+01,
1285             4.03760534788374589e+00,
1286             2.91327346750475362e-01
1287          };
1288          return z * (offset + boost::math::tools::evaluate_polynomial(P, z) / boost::math::tools::evaluate_polynomial(Q, z));
1289       }
1290       else
1291       {
1292          // Max error in interpolated form: 3.806e-18
1293          static const T offset = 5.50335884094238281e-01;
1294          static const T P[] = {
1295             4.49664083944098322e-01,
1296             1.90417666196776909e+00,
1297             1.99951368798255994e+00,
1298             -6.91217310299270265e-01,
1299             -1.88533935998617058e+00,
1300             -7.96743968047750836e-01,
1301             -1.02891726031055254e-01,
1302             -3.09156013592636568e-03
1303          };
1304          static const T Q[] = {
1305             1.00000000000000000e+00,
1306             6.45854489419584014e+00,
1307             1.54739232422116048e+01,
1308             1.72606164253337843e+01,
1309             9.29427055609544096e+00,
1310             2.29040824649748117e+00,
1311             2.21610620995418981e-01,
1312             5.70597669908194213e-03
1313          };
1314          return z * (offset + boost::math::tools::evaluate_rational(P, Q, z));
1315       }
1316    }
1317    else if (z < 6)
1318    {
1319       // 2 < z < 6
1320       // Max error in interpolated form: 1.216e-17
1321       static const T Y = 1.16239356994628906e+00;
1322       static const T P[] = {
1323          -1.16230494982099475e+00,
1324          -3.38528144432561136e+00,
1325          -2.55653717293161565e+00,
1326          -3.06755172989214189e-01,
1327          1.73149743765268289e-01,
1328          3.76906042860014206e-02,
1329          1.84552217624706666e-03,
1330          1.69434126904822116e-05,
1331       };
1332       static const T Q[] = {
1333          1.00000000000000000e+00,
1334          3.77187616711220819e+00,
1335          4.58799960260143701e+00,
1336          2.24101228462292447e+00,
1337          4.54794195426212385e-01,
1338          3.60761772095963982e-02,
1339          9.25176499518388571e-04,
1340          4.43611344705509378e-06,
1341       };
1342       return Y + boost::math::tools::evaluate_rational(P, Q, z);
1343    }
1344    else if (z < 18)
1345    {
1346       // 6 < z < 18
1347       // Max error in interpolated form: 1.985e-19
1348       static const T offset = 1.80937194824218750e+00;
1349       static const T P[] =
1350       {
1351          -1.80690935424793635e+00,
1352          -3.66995929380314602e+00,
1353          -1.93842957940149781e+00,
1354          -2.94269984375794040e-01,
1355          1.81224710627677778e-03,
1356          2.48166798603547447e-03,
1357          1.15806592415397245e-04,
1358          1.43105573216815533e-06,
1359          3.47281483428369604e-09
1360       };
1361       static const T Q[] = {
1362          1.00000000000000000e+00,
1363          2.57319080723908597e+00,
1364          1.96724528442680658e+00,
1365          5.84501352882650722e-01,
1366          7.37152837939206240e-02,
1367          3.97368430940416778e-03,
1368          8.54941838187085088e-05,
1369          6.05713225608426678e-07,
1370          8.17517283816615732e-10
1371       };
1372       return offset + boost::math::tools::evaluate_rational(P, Q, z);
1373    }
1374    else if (z < 9897.12905874)  // 2.8 < log(z) < 9.2
1375    {
1376       // Max error in interpolated form: 1.195e-18
1377       static const T Y = -1.40297317504882812e+00;
1378       static const T P[] = {
1379          1.97011826279311924e+00,
1380          1.05639945701546704e+00,
1381          3.33434529073196304e-01,
1382          3.34619153200386816e-02,
1383          -5.36238353781326675e-03,
1384          -2.43901294871308604e-03,
1385          -2.13762095619085404e-04,
1386          -4.85531936495542274e-06,
1387          -2.02473518491905386e-08,
1388       };
1389       static const T Q[] = {
1390          1.00000000000000000e+00,
1391          8.60107275833921618e-01,
1392          4.10420467985504373e-01,
1393          1.18444884081994841e-01,
1394          2.16966505556021046e-02,
1395          2.24529766630769097e-03,
1396          9.82045090226437614e-05,
1397          1.36363515125489502e-06,
1398          3.44200749053237945e-09,
1399       };
1400       T log_w = log(z);
1401       return log_w + Y + boost::math::tools::evaluate_rational(P, Q, log_w);
1402    }
1403    else if (z < 7.896296e+13)  // 9.2 < log(z) <= 32
1404    {
1405       // Max error in interpolated form: 6.529e-18
1406       static const T Y = -2.73572921752929688e+00;
1407       static const T P[] = {
1408          3.30547638424076217e+00,
1409          1.64050071277550167e+00,
1410          4.57149576470736039e-01,
1411          4.03821227745424840e-02,
1412          -4.99664976882514362e-04,
1413          -1.28527893803052956e-04,
1414          -2.95470325373338738e-06,
1415          -1.76662025550202762e-08,
1416          -1.98721972463709290e-11,
1417       };
1418       static const T Q[] = {
1419          1.00000000000000000e+00,
1420          6.91472559412458759e-01,
1421          2.48154578891676774e-01,
1422          4.60893578284335263e-02,
1423          3.60207838982301946e-03,
1424          1.13001153242430471e-04,
1425          1.33690948263488455e-06,
1426          4.97253225968548872e-09,
1427          3.39460723731970550e-12,
1428       };
1429       T log_w = log(z);
1430       return log_w + Y + boost::math::tools::evaluate_rational(P, Q, log_w);
1431    }
1432    else if (z < 2.6881171e+43) // 32 < log(z) < 100
1433    {
1434       // Max error in interpolated form: 2.015e-18
1435       static const T Y = -4.01286315917968750e+00;
1436       static const T P[] = {
1437          5.07714858354309672e+00,
1438          -3.32994414518701458e+00,
1439          -8.61170416909864451e-01,
1440          -4.01139705309486142e-02,
1441          -1.85374201771834585e-04,
1442          1.08824145844270666e-05,
1443          1.17216905810452396e-07,
1444          2.97998248101385990e-10,
1445          1.42294856434176682e-13,
1446       };
1447       static const T Q[] = {
1448          1.00000000000000000e+00,
1449          -4.85840770639861485e-01,
1450          -3.18714850604827580e-01,
1451          -3.20966129264610534e-02,
1452          -1.06276178044267895e-03,
1453          -1.33597828642644955e-05,
1454          -6.27900905346219472e-08,
1455          -9.35271498075378319e-11,
1456          -2.60648331090076845e-14,
1457       };
1458       T log_w = log(z);
1459       return log_w + Y + boost::math::tools::evaluate_rational(P, Q, log_w);
1460    }
1461    else // 100 < log(z) < 710
1462    {
1463       // Max error in interpolated form: 5.277e-18
1464       static const T Y = -5.70115661621093750e+00;
1465       static const T P[] = {
1466          6.42275660145116698e+00,
1467          1.33047964073367945e+00,
1468          6.72008923401652816e-02,
1469          1.16444069958125895e-03,
1470          7.06966760237470501e-06,
1471          5.48974896149039165e-09,
1472          -7.00379652018853621e-11,
1473          -1.89247635913659556e-13,
1474          -1.55898770790170598e-16,
1475          -4.06109208815303157e-20,
1476          -2.21552699006496737e-24,
1477       };
1478       static const T Q[] = {
1479          1.00000000000000000e+00,
1480          3.34498588416632854e-01,
1481          2.51519862456384983e-02,
1482          6.81223810622416254e-04,
1483          7.94450897106903537e-06,
1484          4.30675039872881342e-08,
1485          1.10667669458467617e-10,
1486          1.31012240694192289e-13,
1487          6.53282047177727125e-17,
1488          1.11775518708172009e-20,
1489          3.78250395617836059e-25,
1490       };
1491       T log_w = log(z);
1492       return log_w + Y + boost::math::tools::evaluate_rational(P, Q, log_w);
1493    }
1494 }
1495
1496 template <class T, class Policy>
1497 T lambert_w_negative_rational_double(T z, const Policy& pol)
1498 {
1499    BOOST_MATH_STD_USING
1500    if (z > -0.1)
1501    {
1502       if (z < -0.051)
1503       {
1504          // -0.1 < z < -0.051
1505          // Maximum Deviation Found:                     4.402e-22
1506          // Expected Error Term : 4.240e-22
1507          // Maximum Relative Change in Control Points : 4.115e-03
1508          static const T Y = 1.08633995056152344e+00;
1509          static const T P[] = {
1510             -8.63399505615014331e-02,
1511             -1.64303871814816464e+00,
1512             -7.71247913918273738e+00,
1513             -1.41014495545382454e+01,
1514             -1.02269079949257616e+01,
1515             -2.17236002836306691e+00,
1516          };
1517          static const T Q[] = {
1518             1.00000000000000000e+00,
1519             7.44775406945739243e+00,
1520             2.04392643087266541e+01,
1521             2.51001961077774193e+01,
1522             1.31256080849023319e+01,
1523             2.11640324843601588e+00,
1524          };
1525          return z * (Y + boost::math::tools::evaluate_rational(P, Q, z));
1526       }
1527       else
1528       {
1529          // Very small z > 0.051:
1530          return lambert_w0_small_z(z, pol);
1531       }
1532    }
1533    else if (z > -0.2)
1534    {
1535       // -0.2 < z < -0.1
1536       // Maximum Deviation Found:                     2.898e-20
1537       // Expected Error Term : 2.873e-20
1538       // Maximum Relative Change in Control Points : 3.779e-04
1539       static const T Y = 1.20359611511230469e+00;
1540       static const T P[] = {
1541          -2.03596115108465635e-01,
1542          -2.95029082937201859e+00,
1543          -1.54287922188671648e+01,
1544          -3.81185809571116965e+01,
1545          -4.66384358235575985e+01,
1546          -2.59282069989642468e+01,
1547          -4.70140451266553279e+00,
1548       };
1549       static const T Q[] = {
1550          1.00000000000000000e+00,
1551          9.57921436074599929e+00,
1552          3.60988119290234377e+01,
1553          6.73977699505546007e+01,
1554          6.41104992068148823e+01,
1555          2.82060127225153607e+01,
1556          4.10677610657724330e+00,
1557       };
1558       return z * (Y + boost::math::tools::evaluate_rational(P, Q, z));
1559    }
1560    else if (z > -0.3178794411714423215955237)
1561    {
1562       // Max error in interpolated form: 6.996e-18
1563       static const T Y = 3.49680423736572266e-01;
1564       static const T P[] = {
1565          -3.49729841718749014e-01,
1566          -6.28207407760709028e+01,
1567          -2.57226178029669171e+03,
1568          -2.50271008623093747e+04,
1569          1.11949239154711388e+05,
1570          1.85684566607844318e+06,
1571          4.80802490427638643e+06,
1572          2.76624752134636406e+06,
1573       };
1574       static const T Q[] = {
1575          1.00000000000000000e+00,
1576          1.82717661215113000e+02,
1577          8.00121119810280100e+03,
1578          1.06073266717010129e+05,
1579          3.22848993926057721e+05,
1580          -8.05684814514171256e+05,
1581          -2.59223192927265737e+06,
1582          -5.61719645211570871e+05,
1583          6.27765369292636844e+04,
1584       };
1585       T d = z + 0.367879441171442321595523770161460867445811;
1586       return -d / (Y + boost::math::tools::evaluate_polynomial(P, d) / boost::math::tools::evaluate_polynomial(Q, d));
1587    }
1588    else if (z > -0.3578794411714423215955237701)
1589    {
1590       // Max error in interpolated form: 1.404e-17
1591       static const T Y = 5.00126481056213379e-02;
1592       static const T  P[] = {
1593          -5.00173570682372162e-02,
1594          -4.44242461870072044e+01,
1595          -9.51185533619946042e+03,
1596          -5.88605699015429386e+05,
1597          -1.90760843597427751e+06,
1598          5.79797663818311404e+08,
1599          1.11383352508459134e+10,
1600          5.67791253678716467e+10,
1601          6.32694500716584572e+10,
1602       };
1603       static const T Q[] = {
1604          1.00000000000000000e+00,
1605          9.08910517489981551e+02,
1606          2.10170163753340133e+05,
1607          1.67858612416470327e+07,
1608          4.90435561733227953e+08,
1609          4.54978142622939917e+09,
1610          2.87716585708739168e+09,
1611          -4.59414247951143131e+10,
1612          -1.72845216404874299e+10,
1613       };
1614       T d = z + 0.36787944117144232159552377016146086744581113103176804;
1615       return -d / (Y + boost::math::tools::evaluate_polynomial(P, d) / boost::math::tools::evaluate_polynomial(Q, d));
1616    }
1617    else
1618    {  // z is very close (within 0.01) of the singularity at -e^-1,
1619       // so use a series expansion from R. M. Corless et al.
1620       const T p2 = 2 * (boost::math::constants::e<T>() * z + 1);
1621       const T p = sqrt(p2);
1622       return lambert_w_detail::lambert_w_singularity_series(p);
1623    }
1624 }
1625
1626 //! Lambert_w0 @b 'double' implementation, selected when T is 64-bit precision.
1627 template <class T, class Policy>
1628 inline T lambert_w0_imp(T z, const Policy& pol, const mpl::int_<2>&)
1629 {
1630    static const char* function = "boost::math::lambert_w0<%1%>";
1631    BOOST_MATH_STD_USING // Aid ADL of std functions.
1632
1633    // Detect unusual case of 32-bit double with a wider/64-bit long double
1634    BOOST_STATIC_ASSERT_MSG(std::numeric_limits<double>::digits >= 53,
1635    "Our double precision coefficients will be truncated, "
1636    "please file a bug report with details of your platform's floating point types "
1637    "- or possibly edit the coefficients to have "
1638    "an appropriate size-suffix for 64-bit floats on your platform - L?");
1639
1640     if ((boost::math::isnan)(z))
1641     {
1642       return boost::math::policies::raise_domain_error<T>(function, "Expected a value > -e^-1 (-0.367879...) but got %1%.", z, pol);
1643     }
1644     if ((boost::math::isinf)(z))
1645     {
1646       return boost::math::policies::raise_overflow_error<T>(function, "Expected a finite value but got %1%.", z, pol);
1647     }
1648
1649    if (z >= 0.05)
1650    {
1651       return lambert_w_positive_rational_double(z);
1652    }
1653    else if (z <= -0.36787944117144232159552377016146086744581113103176804) // Precision is max_digits10(cpp_bin_float_50).
1654    {
1655       if (z < -0.36787944117144232159552377016146086744581113103176804)
1656       {
1657          return boost::math::policies::raise_domain_error<T>(function, "Expected z >= -e^-1 (-0.367879...) but got %1%.", z, pol);
1658       }
1659       return -1;
1660    }
1661    else
1662    {
1663       return lambert_w_negative_rational_double(z, pol);
1664    }
1665 } // T lambert_w0_imp(T z, const Policy& pol, const mpl::int_<2>&) 64-bit precision, usually double.
1666
1667 //! lambert_W0 implementation for extended precision types including
1668 //! long double (80-bit and 128-bit), ???
1669 //! quad float128, Boost.Multiprecision types like cpp_bin_float_quad, cpp_bin_float_50...
1670
1671 template <class T, class Policy>
1672 inline T lambert_w0_imp(T z, const Policy& pol, const mpl::int_<0>&)
1673 {
1674    static const char* function = "boost::math::lambert_w0<%1%>";
1675    BOOST_MATH_STD_USING // Aid ADL of std functions.
1676
1677    // Filter out special cases first:
1678    if ((boost::math::isnan)(z))
1679    {
1680       return boost::math::policies::raise_domain_error<T>(function, "Expected z >= -e^-1 (-0.367879...) but got %1%.", z, pol);
1681    }
1682    if (fabs(z) <= 0.05f)
1683    {
1684       // Very small z:
1685       return lambert_w0_small_z(z, pol);
1686    }
1687    if (z > (std::numeric_limits<double>::max)())
1688    {
1689       if ((boost::math::isinf)(z))
1690       {
1691          return policies::raise_overflow_error<T>(function, 0, pol);
1692          // Or might return infinity if available else max_value,
1693          // but other Boost.Math special functions raise overflow.
1694       }
1695       // z is larger than the largest double, so cannot use the polynomial to get an approximation,
1696       // so use the asymptotic approximation and Halley iterate:
1697
1698      T w = lambert_w0_approx(z);  // Make an inline function as also used elsewhere.
1699       //T lz = log(z);
1700       //T llz = log(lz);
1701       //T w = lz - llz + (llz / lz); // Corless equation 4.19, page 349, and Chapeau-Blondeau equation 20, page 2162.
1702       return lambert_w_halley_iterate(w, z);
1703    }
1704    if (z < -0.3578794411714423215955237701)
1705    { // Very close to branch point so rational polynomials are not usable.
1706       if (z <= -boost::math::constants::exp_minus_one<T>())
1707       {
1708          if (z == -boost::math::constants::exp_minus_one<T>())
1709          { // Exactly at the branch point singularity.
1710             return -1;
1711          }
1712          return boost::math::policies::raise_domain_error<T>(function, "Expected z >= -e^-1 (-0.367879...) but got %1%.", z, pol);
1713       }
1714       // z is very close (within 0.01) of the branch singularity at -e^-1
1715       // so use a series approximation proposed by Corless et al.
1716       const T p2 = 2 * (boost::math::constants::e<T>() * z + 1);
1717       const T p = sqrt(p2);
1718       T w = lambert_w_detail::lambert_w_singularity_series(p);
1719       return lambert_w_halley_iterate(w, z);
1720    }
1721
1722    // Phew!  If we get here we are in the normal range of the function,
1723    // so get a double precision approximation first, then iterate to full precision of T.
1724    // We define a tag_type that is:
1725    // mpl::true_  if there are so many digits precision wanted that iteration is necessary.
1726    // mpl::false_ if a single Halley step is sufficient.
1727
1728    typedef typename policies::precision<T, Policy>::type precision_type;
1729    typedef mpl::bool_<
1730       (precision_type::value == 0) || (precision_type::value > 113) ?
1731       true // Unknown at compile-time, variable/arbitrary, or more than float128 or cpp_bin_quad 128-bit precision.
1732       : false // float, double, float128, cpp_bin_quad 128-bit, so single Halley step.
1733    > tag_type;
1734
1735    // For speed, we also cast z to type double when that is possible
1736    //   if (boost::is_constructible<double, T>() == true).
1737    T w = lambert_w0_imp(maybe_reduce_to_double(z, boost::is_constructible<double, T>()), pol, mpl::int_<2>());
1738
1739    return lambert_w_maybe_halley_iterate(w, z, tag_type());
1740
1741 } // T lambert_w0_imp(T z, const Policy& pol, const mpl::int_<0>&)  all extended precision types.
1742
1743   // Lambert w-1 implementation
1744 // ==============================================================================================
1745
1746   //! Lambert W for W-1 branch, -max(z) < z <= -1/e.
1747   // TODO is -max(z) allowed?
1748 template<typename T, class Policy>
1749 T lambert_wm1_imp(const T z, const Policy&  pol)
1750 {
1751   // Catch providing an integer value as parameter x to lambert_w, for example, lambert_w(1).
1752   // Need to ensure it is a floating-point type (of the desired type, float 1.F, double 1., or long double 1.L),
1753   // or static_casted integer, for example:  static_cast<float>(1) or static_cast<cpp_dec_float_50>(1).
1754   // Want to allow fixed_point types too, so do not just test for floating-point.
1755   // Integral types should be promoted to double by user Lambert w functions.
1756   // If integral type provided to user function lambert_w0 or lambert_wm1,
1757   // then should already have been promoted to double.
1758   BOOST_STATIC_ASSERT_MSG(!boost::is_integral<T>::value,
1759     "Must be floating-point or fixed type (not integer type), for example: lambert_wm1(1.), not lambert_wm1(1)!");
1760
1761   BOOST_MATH_STD_USING // Aid argument dependent lookup (ADL) of abs.
1762
1763   const char* function = "boost::math::lambert_wm1<RealType>(<RealType>)"; // Used for error messages.
1764
1765   // Check for edge and corner cases first:
1766   if ((boost::math::isnan)(z))
1767   {
1768     return policies::raise_domain_error(function,
1769       "Argument z is NaN!",
1770       z, pol);
1771   } // isnan
1772
1773   if ((boost::math::isinf)(z))
1774   {
1775     return policies::raise_domain_error(function,
1776       "Argument z is infinite!",
1777       z, pol);
1778   } // isinf
1779
1780   if (z == static_cast<T>(0))
1781   { // z is exactly zero so return -std::numeric_limits<T>::infinity();
1782     if (std::numeric_limits<T>::has_infinity)
1783     {
1784       return -std::numeric_limits<T>::infinity();
1785     }
1786     else
1787     {
1788       return -tools::max_value<T>();
1789     }
1790   }
1791   if (std::numeric_limits<T>::has_denorm)
1792   { // All real types except arbitrary precision.
1793     if (!(boost::math::isnormal)(z))
1794     { // Almost zero - might also just return infinity like z == 0 or max_value?
1795       return policies::raise_overflow_error(function,
1796         "Argument z =  %1% is denormalized! (must be z > (std::numeric_limits<RealType>::min)() or z == 0)",
1797         z, pol);
1798     }
1799   }
1800
1801   if (z > static_cast<T>(0))
1802   { //
1803     return policies::raise_domain_error(function,
1804       "Argument z = %1% is out of range (z <= 0) for Lambert W-1 branch! (Try Lambert W0 branch?)",
1805       z, pol);
1806   }
1807   if (z > -boost::math::tools::min_value<T>())
1808   { // z is denormalized, so cannot be computed.
1809     // -std::numeric_limits<T>::min() is smallest for type T,
1810     // for example, for double: lambert_wm1(-2.2250738585072014e-308) = -714.96865723796634
1811     return policies::raise_overflow_error(function,
1812       "Argument z = %1% is too small (z < -std::numeric_limits<T>::min so denormalized) for Lambert W-1 branch!",
1813       z, pol);
1814   }
1815   if (z == -boost::math::constants::exp_minus_one<T>()) // == singularity/branch point z = -exp(-1) = -3.6787944.
1816   { // At singularity, so return exactly -1.
1817     return -static_cast<T>(1);
1818   }
1819   // z is too negative for the W-1 (or W0) branch.
1820   if (z < -boost::math::constants::exp_minus_one<T>()) // > singularity/branch point z = -exp(-1) = -3.6787944.
1821   {
1822     return policies::raise_domain_error(function,
1823       "Argument z = %1% is out of range (z < -exp(-1) = -3.6787944... <= 0) for Lambert W-1 (or W0) branch!",
1824       z, pol);
1825   }
1826   if (z < static_cast<T>(-0.35))
1827   { // Close to singularity/branch point z = -0.3678794411714423215955237701614608727 but on W-1 branch.
1828     const T p2 = 2 * (boost::math::constants::e<T>() * z + 1);
1829     if (p2 == 0)
1830     { // At the singularity at branch point.
1831       return -1;
1832     }
1833     if (p2 > 0)
1834     {
1835       T w_series = lambert_w_singularity_series(T(-sqrt(p2)));
1836       if (boost::math::tools::digits<T>() > 53)
1837       { // Multiprecision, so try a Halley refinement.
1838         w_series = lambert_w_detail::lambert_w_halley_iterate(w_series, z);
1839 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1_NOT_BUILTIN
1840         std::streamsize saved_precision = std::cout.precision(std::numeric_limits<T>::max_digits10);
1841         std::cout << "Lambert W-1 Halley updated to " << w_series << std::endl;
1842         std::cout.precision(saved_precision);
1843 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1_NOT_BUILTIN
1844       }
1845       return w_series;
1846     }
1847     // Should not get here.
1848     return policies::raise_domain_error(function,
1849       "Argument z = %1% is out of range for Lambert W-1 branch. (Should not get here - please report!)",
1850       z, pol);
1851   } // if (z < -0.35)
1852
1853   using lambert_w_lookup::wm1es;
1854   using lambert_w_lookup::wm1zs;
1855   using lambert_w_lookup::noof_wm1zs; // size == 64
1856
1857   // std::cout <<" Wm1zs[63] (== G[64]) = " << " " << wm1zs[63] << std::endl; // Wm1zs[63] (== G[64]) =  -1.0264389699511283e-26
1858   // Check that z argument value is not smaller than lookup_table G[64]
1859   // std::cout << "(z > wm1zs[63]) = " << std::boolalpha << (z > wm1zs[63]) << std::endl;
1860
1861   if (z >= wm1zs[63]) // wm1zs[63]  = -1.0264389699511282259046957018510946438e-26L  W = 64.00000000000000000
1862   {  // z >= -1.0264389699511303e-26 (but z != 0 and z >= std::numeric_limits<T>::min() and so NOT denormalized).
1863
1864     // Some info on Lambert W-1 values for extreme values of z.
1865     // std::streamsize saved_precision = std::cout.precision(std::numeric_limits<T>::max_digits10);
1866     // std::cout << "-std::numeric_limits<float>::min() = " << -(std::numeric_limits<float>::min)() << std::endl;
1867     // std::cout << "-std::numeric_limits<double>::min() = " << -(std::numeric_limits<double>::min)() << std::endl;
1868     // -std::numeric_limits<float>::min() = -1.1754943508222875e-38
1869     // -std::numeric_limits<double>::min() = -2.2250738585072014e-308
1870     // N[productlog(-1, -1.1754943508222875 * 10^-38 ), 50] = -91.856775324595479509567756730093823993834155027858
1871     // N[productlog(-1, -2.2250738585072014e-308 * 10^-308 ), 50] = -1424.8544521230553853558132180518404363617968042942
1872     // N[productlog(-1, -1.4325445274604020119111357113179868158* 10^-27), 37] = -65.99999999999999999999999999999999955
1873
1874     // R.M.Corless, G.H.Gonnet, D.E.G.Hare, D.J.Jeffrey, and D.E.Knuth,
1875     // On the Lambert W function, Adv.Comput.Math., vol. 5, pp. 329, 1996.
1876     // Francois Chapeau-Blondeau and Abdelilah Monir
1877     // Numerical Evaluation of the Lambert W Function
1878     // IEEE Transactions On Signal Processing, VOL. 50, NO. 9, Sep 2002
1879     // https://pdfs.semanticscholar.org/7a5a/76a9369586dd0dd34dda156d8f2779d1fd59.pdf
1880     // Estimate Lambert W using ln(-z)  ...
1881     // This is roughly the power of ten * ln(10) ~= 2.3.   n ~= 10^n
1882     //  and improve by adding a second term -ln(ln(-z))
1883     T guess; // bisect lowest possible Gk[=64] (for lookup_t type)
1884     T lz = log(-z);
1885     T llz = log(-lz);
1886     guess = lz - llz + (llz / lz); // Chapeau-Blondeau equation 20, page 2162.
1887 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1_TINY
1888     std::streamsize saved_precision = std::cout.precision(std::numeric_limits<T>::max_digits10);
1889     std::cout << "z = " << z << ", guess = " << guess << ", ln(-z) = " << lz << ", ln(-ln(-z) = " << llz << ", llz/lz = " << (llz / lz) << std::endl;
1890     // z = -1.0000000000000001e-30, guess = -73.312782616731482, ln(-z) = -69.077552789821368, ln(-ln(-z) = 4.2352298269101114, llz/lz = -0.061311231447304194
1891     // z = -9.9999999999999999e-91, guess = -212.56650048504233, ln(-z) = -207.23265836946410, ln(-ln(-z) = 5.3338421155782205, llz/lz = -0.025738424423764311
1892     // >z = -2.2250738585072014e-308, guess = -714.95942238244606, ln(-z) = -708.39641853226408, ln(-ln(-z) = 6.5630038501819854, llz/lz = -0.0092645920821846622
1893     int d10 = policies::digits_base10<T, Policy>(); // policy template parameter digits10
1894     int d2 = policies::digits<T, Policy>(); // digits base 2 from policy.
1895     std::cout << "digits10 = " << d10 << ", digits2 = " << d2 // For example: digits10 = 1, digits2 = 5
1896       << std::endl;
1897     std::cout.precision(saved_precision);
1898 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1_TINY
1899     if (policies::digits<T, Policy>() < 12)
1900     { // For the worst case near w = 64, the error in the 'guess' is ~0.008, ratio ~ 0.0001 or 1 in 10,000 digits 10 ~= 4, or digits2 ~= 12.
1901       return guess;
1902     }
1903     T result = lambert_w_detail::lambert_w_halley_iterate(guess, z);
1904     return result;
1905
1906     // Was Fukushima
1907     // G[k=64] == g[63] == -1.02643897e-26
1908     //return policies::raise_domain_error(function,
1909     //  "Argument z = %1% is too small (< -1.02643897e-26) ! (Should not occur, please report.",
1910     //  z, pol);
1911   } // Z too small so use approximation and Halley.
1912     // Else Use a lookup table to find the nearest integer part of Lambert W-1 as starting point for Bisection.
1913
1914   if (boost::math::tools::digits<T>() > 53)
1915   { // T is more precise than 64-bit double (or long double, or ?),
1916     // so compute an approximate value using only one Schroeder refinement,
1917     // (avoiding any double-precision Halley refinement from policy double_digits2<50> 53 - 3 = 50
1918     // because are next going to use Halley refinement at full/high precision using this as an approximation).
1919     using boost::math::policies::precision;
1920     using boost::math::policies::digits10;
1921     using boost::math::policies::digits2;
1922     using boost::math::policies::policy;
1923     // Compute a 50-bit precision approximate W0 in a double (no Halley refinement).
1924     T double_approx(static_cast<T>(lambert_wm1_imp(must_reduce_to_double(z, boost::is_constructible<double, T>()), policy<digits2<50> >())));
1925 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1_NOT_BUILTIN
1926     std::streamsize saved_precision = std::cout.precision(std::numeric_limits<T>::max_digits10);
1927     std::cout << "Lambert_wm1 Argument Type " << typeid(T).name() << " approximation double = " << double_approx << std::endl;
1928     std::cout.precision(saved_precision);
1929 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1
1930     // Perform additional Halley refinement(s) to ensure that
1931     // get a near as possible to correct result (usually +/- one epsilon).
1932     T result = lambert_w_halley_iterate(double_approx, z);
1933 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1
1934     std::streamsize saved_precision = std::cout.precision(std::numeric_limits<T>::max_digits10);
1935     std::cout << "Result " << typeid(T).name() << " precision Halley refinement =    " << result << std::endl;
1936     std::cout.precision(saved_precision);
1937 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1
1938     return result;
1939   } // digits > 53  - higher precision than double.
1940   else // T is double or less precision.
1941   { // Use a lookup table to find the nearest integer part of Lambert W as starting point for Bisection.
1942     using namespace boost::math::lambert_w_detail::lambert_w_lookup;
1943     // Bracketing sequence  n = (2, 4, 8, 16, 32, 64) for W-1 branch. (0 is -infinity)
1944     // Since z is probably quite small, start with lowest n (=2).
1945     int n = 2;
1946     if (wm1zs[n - 1] > z)
1947     {
1948       goto bisect;
1949     }
1950     for (int j = 1; j <= 5; ++j)
1951     {
1952       n *= 2;
1953       if (wm1zs[n - 1] > z)
1954       {
1955         goto overshot;
1956       }
1957     }
1958     // else z < g[63] == -1.0264389699511303e-26, so Lambert W-1 integer part > 64.
1959     // This should not now occur (should be caught by test and code above) so should be a logic_error?
1960     return policies::raise_domain_error(function,
1961       "Argument z = %1% is too small (< -1.026439e-26) (logic error - please report!)",
1962       z, pol);
1963   overshot:
1964     {
1965       int nh = n / 2;
1966       for (int j = 1; j <= 5; ++j)
1967       {
1968         nh /= 2; // halve step size.
1969         if (nh <= 0)
1970         {
1971           break; // goto bisect;
1972         }
1973         if (wm1zs[n - nh - 1] > z)
1974         {
1975           n -= nh;
1976         }
1977       }
1978     }
1979   bisect:
1980     --n;  
1981     // g[n] now holds lambert W of floor integer n and g[n+1] the ceil part;
1982     // these are used as initial values for bisection.
1983 #ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1_LOOKUP
1984     std::streamsize saved_precision = std::cout.precision(std::numeric_limits<T>::max_digits10);
1985     std::cout << "Result lookup W-1(" << z << ") bisection between wm1zs[" << n - 1 << "] = " << wm1zs[n - 1] << " and wm1zs[" << n << "] = " << wm1zs[n]
1986       << ", bisect mean = " << (wm1zs[n - 1] + wm1zs[n]) / 2 << std::endl;
1987     std::cout.precision(saved_precision);
1988 #endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1_LOOKUP
1989
1990     // Compute bisections is the number of bisections computed from n,
1991     // such that a single application of the fifth-order Schroeder update formula
1992     // after the bisections is enough to evaluate Lambert W-1 with (near?) 53-bit accuracy.
1993     // Fukushima established these by trial and error?
1994     int bisections = 11; //  Assume maximum number of bisections will be needed (most common case).
1995     if (n >= 8)
1996     {
1997       bisections = 8;
1998     }
1999     else if (n >= 3)
2000     {
2001       bisections = 9;
2002     }
2003     else if (n >= 2)
2004     {
2005       bisections = 10;
2006     }
2007     // Bracketing, Fukushima section 2.3, page 82:
2008     // (Avoiding using exponential function for speed).
2009     // Only use @c lookup_t precision, default double, for bisection (again for speed),
2010     // and use later Halley refinement for higher precisions.
2011     using lambert_w_lookup::halves;
2012     using lambert_w_lookup::sqrtwm1s;
2013
2014     typedef typename mpl::if_c<boost::is_constructible<lookup_t, T>::value, lookup_t, T>::type calc_type;
2015
2016     calc_type w = -static_cast<calc_type>(n); // Equation 25,
2017     calc_type y = static_cast<calc_type>(z * wm1es[n - 1]); // Equation 26,
2018                                                           // Perform the bisections fractional bisections for necessary precision.
2019     for (int j = 0; j < bisections; ++j)
2020     { // Equation 27.
2021       calc_type wj = w - halves[j]; // Subtract 1/2, 1/4, 1/8 ...
2022       calc_type yj = y * sqrtwm1s[j]; // Multiply by sqrt(1/e), ...
2023       if (wj < yj)
2024       {
2025         w = wj;
2026         y = yj;
2027       }
2028     } // for j
2029     return static_cast<T>(schroeder_update(w, y)); // Schroeder 5th order method refinement.
2030
2031 //      else // Perform additional Halley refinement(s) to ensure that
2032 //           // get a near as possible to correct result (usually +/- epsilon).
2033 //      {
2034 //       // result = lambert_w_halley_iterate(result, z);
2035 //        result = lambert_w_halley_step(result, z);  // Just one Halley step should be enough.
2036 //#ifdef BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_WM1_HALLEY
2037 //        std::streamsize saved_precision = std::cout.precision(std::numeric_limits<T>::max_digits10);
2038 //        std::cout << "Halley refinement estimate =    " << result << std::endl;
2039 //        std::cout.precision(saved_precision);
2040 //#endif // BOOST_MATH_INSTRUMENT_LAMBERT_W1_HALLEY
2041 //        return result; // Halley
2042 //      } // Schroeder or Schroeder and Halley.
2043     }
2044   } // template<typename T = double> T lambert_wm1_imp(const T z)
2045 } // namespace lambert_w_detail
2046
2047 /////////////////////////////  User Lambert w functions. //////////////////////////////
2048
2049 //! Lambert W0 using User-defined policy.
2050   template <class T, class Policy>
2051   inline
2052     typename boost::math::tools::promote_args<T>::type
2053     lambert_w0(T z, const Policy& pol)
2054   {
2055      // Promote integer or expression template arguments to double,
2056      // without doing any other internal promotion like float to double.
2057     typedef typename tools::promote_args<T>::type result_type;
2058
2059     // Work out what precision has been selected,
2060     // based on the Policy and the number type.
2061     typedef typename policies::precision<result_type, Policy>::type precision_type;
2062     // and then select the correct implementation based on that precision (not the type T):
2063     typedef mpl::int_<
2064       (precision_type::value == 0) || (precision_type::value > 53) ?
2065         0  // either variable precision (0), or greater than 64-bit precision.
2066       : (precision_type::value <= 24) ? 1 // 32-bit (probably float) precision.
2067       : 2  // 64-bit (probably double) precision.
2068       > tag_type;
2069
2070     return lambert_w_detail::lambert_w0_imp(result_type(z), pol, tag_type()); // 
2071   } // lambert_w0(T z, const Policy& pol)
2072
2073   //! Lambert W0 using default policy.
2074   template <class T>
2075   inline
2076     typename tools::promote_args<T>::type
2077     lambert_w0(T z)
2078   {
2079     // Promote integer or expression template arguments to double,
2080     // without doing any other internal promotion like float to double.
2081     typedef typename tools::promote_args<T>::type result_type;
2082
2083     // Work out what precision has been selected, based on the Policy and the number type.
2084     // For the default policy version, we want the *default policy* precision for T.
2085     typedef typename policies::precision<result_type, policies::policy<> >::type precision_type;
2086     // and then select the correct implementation based on that (not the type T):
2087     typedef mpl::int_<
2088       (precision_type::value == 0) || (precision_type::value > 53) ?
2089       0  // either variable precision (0), or greater than 64-bit precision.
2090       : (precision_type::value <= 24) ? 1 // 32-bit (probably float) precision.
2091       : 2  // 64-bit (probably double) precision.
2092     > tag_type;
2093     return lambert_w_detail::lambert_w0_imp(result_type(z),  policies::policy<>(), tag_type());
2094   } // lambert_w0(T z) using default policy.
2095
2096     //! W-1 branch (-max(z) < z <= -1/e).
2097
2098     //! Lambert W-1 using User-defined policy.
2099   template <class T, class Policy>
2100   inline
2101     typename tools::promote_args<T>::type
2102     lambert_wm1(T z, const Policy& pol)
2103   {
2104     // Promote integer or expression template arguments to double,
2105     // without doing any other internal promotion like float to double.
2106     typedef typename tools::promote_args<T>::type result_type;
2107     return lambert_w_detail::lambert_wm1_imp(result_type(z), pol); //
2108   }
2109
2110   //! Lambert W-1 using default policy.
2111   template <class T>
2112   inline
2113     typename tools::promote_args<T>::type
2114     lambert_wm1(T z)
2115   {
2116     typedef typename tools::promote_args<T>::type result_type;
2117     return lambert_w_detail::lambert_wm1_imp(result_type(z), policies::policy<>());
2118   } // lambert_wm1(T z)
2119
2120   // First derivative of Lambert W0 and W-1.
2121   template <class T, class Policy>
2122   inline typename tools::promote_args<T>::type
2123   lambert_w0_prime(T z, const Policy& pol)
2124   {
2125     typedef typename tools::promote_args<T>::type result_type;
2126     using std::numeric_limits;
2127     if (z == 0)
2128     {
2129         return static_cast<result_type>(1);
2130     }
2131     // This is the sensible choice if we regard the Lambert-W function as complex analytic.
2132     // Of course on the real line, it's just undefined.
2133     if (z == - boost::math::constants::exp_minus_one<result_type>())
2134     {
2135         return numeric_limits<result_type>::has_infinity ? numeric_limits<result_type>::infinity() : boost::math::tools::max_value<result_type>();
2136     }
2137     // if z < -1/e, we'll let lambert_w0 do the error handling:
2138     result_type w = lambert_w0(result_type(z), pol);
2139     // If w ~ -1, then presumably this can get inaccurate.
2140     // Is there an accurate way to evaluate 1 + W(-1/e + eps)?
2141     //  Yes: This is discussed in the Princeton Companion to Applied Mathematics,
2142     // 'The Lambert-W function', Section 1.3: Series and Generating Functions.
2143     // 1 + W(-1/e + x) ~ sqrt(2ex).
2144     // Nick is not convinced this formula is more accurate than the naive one.
2145     // However, for z != -1/e, we never get rounded to w = -1 in any precision I've tested (up to cpp_bin_float_100).
2146     return w / (z * (1 + w));
2147   } // lambert_w0_prime(T z)
2148
2149   template <class T>
2150   inline typename tools::promote_args<T>::type
2151      lambert_w0_prime(T z)
2152   {
2153      return lambert_w0_prime(z, policies::policy<>());
2154   }
2155   
2156   template <class T, class Policy>
2157   inline typename tools::promote_args<T>::type
2158   lambert_wm1_prime(T z, const Policy& pol)
2159   {
2160     using std::numeric_limits;
2161     typedef typename tools::promote_args<T>::type result_type;
2162     //if (z == 0)
2163     //{
2164     //      return static_cast<result_type>(1);
2165     //}
2166     //if (z == - boost::math::constants::exp_minus_one<result_type>())
2167     if (z == 0 || z == - boost::math::constants::exp_minus_one<result_type>())
2168     {
2169         return numeric_limits<result_type>::has_infinity ? -numeric_limits<result_type>::infinity() : -boost::math::tools::max_value<result_type>();
2170     }
2171
2172     result_type w = lambert_wm1(z, pol);
2173     return w/(z*(1+w));
2174   } // lambert_wm1_prime(T z)
2175
2176   template <class T>
2177   inline typename tools::promote_args<T>::type
2178      lambert_wm1_prime(T z)
2179   {
2180      return lambert_wm1_prime(z, policies::policy<>());
2181   }
2182
2183 }} //boost::math namespaces
2184
2185 #endif // #ifdef BOOST_MATH_SF_LAMBERT_W_HPP
2186