Original title: Efektivní algoritmy pro vysoce přesný výpočet elementárních funkcí
Translated title: Effective Algorithms for High-Precision Computation of Elementary Functions
Authors: Chaloupka, Jan ; Kunovský, Jiří (referee) ; Šátek, Václav (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2013
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií
Abstract: [cze] [eng]
Vysoce náročné výpočty jsou v dnešní době stále žádanější. Ať už se jedná o simulace na úrovni atomů, kde každá číslice je důležitá a nepřesnost ve výpočtu může způsobit znehodnocení výsledku nebo numerické aproximace při řešení parciálních diferenciálních rovnic, kde malá odchylka zapříčiní, že výsledné řešení je nepoužitelné. Výpočty jsou prováděni s datovými typy, jejichž přesnost se může pohybovat v řádu stovek až tisíců číslic, ne-li více. S tím roste časová náročnost kladená na řešení problému a proto je nutné hledat metody, které nám umožní rychleji dosáhnout správného výsledku. Jakýkoliv složitější fyzikální problém je často popsán soustavou rovnic, ve kterých se nezřídka vyskytují elementární funkce jako sinus, kosinus či exponenciály. Cílem práce je navrhnout a implementovat metody, které pro požadovanou přesnost co nejefektivněji vypočítájí hodnotu elementární funkce v zadaném bodě. Jádrem práce je použití metod založených na AGM (aritmeticko-geometrický průměr), jenž poskytuje časovou složitost v řádu $O(M(n)\log_2{n})$ vzhledem k operaci násobení. Lepší složitosti již nelze dosáhnut. Existuje řada knihoven, které již podporují víceslovní aritmetiku, jednou z nich je knihovna GMP, která bude prostředkem pro realizaci efektivních metod. Na závěr práce budou implementované algoritmy porovnané s existujícími řešeními. Nowadays high-precision computations are still more desired. Either for simulation on a level of atoms where every digit is important and inaccurary in computation can cause invalid result or numerical approximations in partial differential equations solving where a small deviation causes a result to be useless. The computations are carried over data types with precision of order hundred to thousand digits, or even more. This creates pressure on time complexity of problem solving and so it is essential to find very efficient methods for computation. Every complex physical problem is usually described by a system of equations frequently containing elementary functions like sinus, cosines or exponentials. The aim of the work is to design and implement methods that for a given precision, arbitrary elementary function and a point compute its value in the most efficent way. The core of the work is an application of methods based on AGM (arithmetic-geometric mean) with a time complexity of order $O(M(n)\log_2{n})$ 9(expresed for multiplication $M(n)$). The complexity can not be improved. There are many libraries supporting multi-precision atithmetic, one of which is GMP and is about to be used for efficent method implementation. In the end all implemented methods are compared with existing ones.
Keywords: AGM; argument reduction; arithmetic-geometric mean; efficient methods; elementary functions; function approximation; high-precision computations; multi-precision arithmetic; Taylor's polynom; AGM; aproximace funkcí; aritmeticko-geometrický průměr; efektivní metody; elementární funkce; redukce argumentů; Taylorův polynom; vysoce přesné výpočty; víceslovní aritmetika

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/53443

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-588648


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses