| Viewing file:  chebyshev.py (61.32 KB)      -rw-r--r-- Select action/file-type:
 
  (+) |  (+) |  (+) | Code (+) | Session (+) |  (+) | SDB (+) |  (+) |  (+) |  (+) |  (+) |  (+) | 
 
"""====================================================
 Chebyshev Series (:mod:`numpy.polynomial.chebyshev`)
 ====================================================
 
 This module provides a number of objects (mostly functions) useful for
 dealing with Chebyshev series, including a `Chebyshev` class that
 encapsulates the usual arithmetic operations.  (General information
 on how this module represents and works with such polynomials is in the
 docstring for its "parent" sub-package, `numpy.polynomial`).
 
 Classes
 -------
 
 .. autosummary::
 :toctree: generated/
 
 Chebyshev
 
 
 Constants
 ---------
 
 .. autosummary::
 :toctree: generated/
 
 chebdomain
 chebzero
 chebone
 chebx
 
 Arithmetic
 ----------
 
 .. autosummary::
 :toctree: generated/
 
 chebadd
 chebsub
 chebmulx
 chebmul
 chebdiv
 chebpow
 chebval
 chebval2d
 chebval3d
 chebgrid2d
 chebgrid3d
 
 Calculus
 --------
 
 .. autosummary::
 :toctree: generated/
 
 chebder
 chebint
 
 Misc Functions
 --------------
 
 .. autosummary::
 :toctree: generated/
 
 chebfromroots
 chebroots
 chebvander
 chebvander2d
 chebvander3d
 chebgauss
 chebweight
 chebcompanion
 chebfit
 chebpts1
 chebpts2
 chebtrim
 chebline
 cheb2poly
 poly2cheb
 chebinterpolate
 
 See also
 --------
 `numpy.polynomial`
 
 Notes
 -----
 The implementations of multiplication, division, integration, and
 differentiation use the algebraic identities [1]_:
 
 .. math::
 T_n(x) = \\frac{z^n + z^{-n}}{2} \\\\
 z\\frac{dx}{dz} = \\frac{z - z^{-1}}{2}.
 
 where
 
 .. math:: x = \\frac{z + z^{-1}}{2}.
 
 These identities allow a Chebyshev series to be expressed as a finite,
 symmetric Laurent series.  In this module, this sort of Laurent series
 is referred to as a "z-series."
 
 References
 ----------
 .. [1] A. T. Benjamin, et al., "Combinatorial Trigonometry with Chebyshev
 Polynomials," *Journal of Statistical Planning and Inference 14*, 2008
 (https://web.archive.org/web/20080221202153/https://www.math.hmc.edu/~benjamin/papers/CombTrig.pdf, pg. 4)
 
 """
 import numpy as np
 import numpy.linalg as la
 from numpy.core.multiarray import normalize_axis_index
 
 from . import polyutils as pu
 from ._polybase import ABCPolyBase
 
 __all__ = [
 'chebzero', 'chebone', 'chebx', 'chebdomain', 'chebline', 'chebadd',
 'chebsub', 'chebmulx', 'chebmul', 'chebdiv', 'chebpow', 'chebval',
 'chebder', 'chebint', 'cheb2poly', 'poly2cheb', 'chebfromroots',
 'chebvander', 'chebfit', 'chebtrim', 'chebroots', 'chebpts1',
 'chebpts2', 'Chebyshev', 'chebval2d', 'chebval3d', 'chebgrid2d',
 'chebgrid3d', 'chebvander2d', 'chebvander3d', 'chebcompanion',
 'chebgauss', 'chebweight', 'chebinterpolate']
 
 chebtrim = pu.trimcoef
 
 #
 # A collection of functions for manipulating z-series. These are private
 # functions and do minimal error checking.
 #
 
 def _cseries_to_zseries(c):
 """Convert Chebyshev series to z-series.
 
 Convert a Chebyshev series to the equivalent z-series. The result is
 never an empty array. The dtype of the return is the same as that of
 the input. No checks are run on the arguments as this routine is for
 internal use.
 
 Parameters
 ----------
 c : 1-D ndarray
 Chebyshev coefficients, ordered from low to high
 
 Returns
 -------
 zs : 1-D ndarray
 Odd length symmetric z-series, ordered from  low to high.
 
 """
 n = c.size
 zs = np.zeros(2*n-1, dtype=c.dtype)
 zs[n-1:] = c/2
 return zs + zs[::-1]
 
 
 def _zseries_to_cseries(zs):
 """Convert z-series to a Chebyshev series.
 
 Convert a z series to the equivalent Chebyshev series. The result is
 never an empty array. The dtype of the return is the same as that of
 the input. No checks are run on the arguments as this routine is for
 internal use.
 
 Parameters
 ----------
 zs : 1-D ndarray
 Odd length symmetric z-series, ordered from  low to high.
 
 Returns
 -------
 c : 1-D ndarray
 Chebyshev coefficients, ordered from  low to high.
 
 """
 n = (zs.size + 1)//2
 c = zs[n-1:].copy()
 c[1:n] *= 2
 return c
 
 
 def _zseries_mul(z1, z2):
 """Multiply two z-series.
 
 Multiply two z-series to produce a z-series.
 
 Parameters
 ----------
 z1, z2 : 1-D ndarray
 The arrays must be 1-D but this is not checked.
 
 Returns
 -------
 product : 1-D ndarray
 The product z-series.
 
 Notes
 -----
 This is simply convolution. If symmetric/anti-symmetric z-series are
 denoted by S/A then the following rules apply:
 
 S*S, A*A -> S
 S*A, A*S -> A
 
 """
 return np.convolve(z1, z2)
 
 
 def _zseries_div(z1, z2):
 """Divide the first z-series by the second.
 
 Divide `z1` by `z2` and return the quotient and remainder as z-series.
 Warning: this implementation only applies when both z1 and z2 have the
 same symmetry, which is sufficient for present purposes.
 
 Parameters
 ----------
 z1, z2 : 1-D ndarray
 The arrays must be 1-D and have the same symmetry, but this is not
 checked.
 
 Returns
 -------
 
 (quotient, remainder) : 1-D ndarrays
 Quotient and remainder as z-series.
 
 Notes
 -----
 This is not the same as polynomial division on account of the desired form
 of the remainder. If symmetric/anti-symmetric z-series are denoted by S/A
 then the following rules apply:
 
 S/S -> S,S
 A/A -> S,A
 
 The restriction to types of the same symmetry could be fixed but seems like
 unneeded generality. There is no natural form for the remainder in the case
 where there is no symmetry.
 
 """
 z1 = z1.copy()
 z2 = z2.copy()
 lc1 = len(z1)
 lc2 = len(z2)
 if lc2 == 1:
 z1 /= z2
 return z1, z1[:1]*0
 elif lc1 < lc2:
 return z1[:1]*0, z1
 else:
 dlen = lc1 - lc2
 scl = z2[0]
 z2 /= scl
 quo = np.empty(dlen + 1, dtype=z1.dtype)
 i = 0
 j = dlen
 while i < j:
 r = z1[i]
 quo[i] = z1[i]
 quo[dlen - i] = r
 tmp = r*z2
 z1[i:i+lc2] -= tmp
 z1[j:j+lc2] -= tmp
 i += 1
 j -= 1
 r = z1[i]
 quo[i] = r
 tmp = r*z2
 z1[i:i+lc2] -= tmp
 quo /= scl
 rem = z1[i+1:i-1+lc2].copy()
 return quo, rem
 
 
 def _zseries_der(zs):
 """Differentiate a z-series.
 
 The derivative is with respect to x, not z. This is achieved using the
 chain rule and the value of dx/dz given in the module notes.
 
 Parameters
 ----------
 zs : z-series
 The z-series to differentiate.
 
 Returns
 -------
 derivative : z-series
 The derivative
 
 Notes
 -----
 The zseries for x (ns) has been multiplied by two in order to avoid
 using floats that are incompatible with Decimal and likely other
 specialized scalar types. This scaling has been compensated by
 multiplying the value of zs by two also so that the two cancels in the
 division.
 
 """
 n = len(zs)//2
 ns = np.array([-1, 0, 1], dtype=zs.dtype)
 zs *= np.arange(-n, n+1)*2
 d, r = _zseries_div(zs, ns)
 return d
 
 
 def _zseries_int(zs):
 """Integrate a z-series.
 
 The integral is with respect to x, not z. This is achieved by a change
 of variable using dx/dz given in the module notes.
 
 Parameters
 ----------
 zs : z-series
 The z-series to integrate
 
 Returns
 -------
 integral : z-series
 The indefinite integral
 
 Notes
 -----
 The zseries for x (ns) has been multiplied by two in order to avoid
 using floats that are incompatible with Decimal and likely other
 specialized scalar types. This scaling has been compensated by
 dividing the resulting zs by two.
 
 """
 n = 1 + len(zs)//2
 ns = np.array([-1, 0, 1], dtype=zs.dtype)
 zs = _zseries_mul(zs, ns)
 div = np.arange(-n, n+1)*2
 zs[:n] /= div[:n]
 zs[n+1:] /= div[n+1:]
 zs[n] = 0
 return zs
 
 #
 # Chebyshev series functions
 #
 
 
 def poly2cheb(pol):
 """
 Convert a polynomial to a Chebyshev series.
 
 Convert an array representing the coefficients of a polynomial (relative
 to the "standard" basis) ordered from lowest degree to highest, to an
 array of the coefficients of the equivalent Chebyshev series, ordered
 from lowest to highest degree.
 
 Parameters
 ----------
 pol : array_like
 1-D array containing the polynomial coefficients
 
 Returns
 -------
 c : ndarray
 1-D array containing the coefficients of the equivalent Chebyshev
 series.
 
 See Also
 --------
 cheb2poly
 
 Notes
 -----
 The easy way to do conversions between polynomial basis sets
 is to use the convert method of a class instance.
 
 Examples
 --------
 >>> from numpy import polynomial as P
 >>> p = P.Polynomial(range(4))
 >>> p
 Polynomial([0., 1., 2., 3.], domain=[-1,  1], window=[-1,  1])
 >>> c = p.convert(kind=P.Chebyshev)
 >>> c
 Chebyshev([1.  , 3.25, 1.  , 0.75], domain=[-1.,  1.], window=[-1.,  1.])
 >>> P.chebyshev.poly2cheb(range(4))
 array([1.  , 3.25, 1.  , 0.75])
 
 """
 [pol] = pu.as_series([pol])
 deg = len(pol) - 1
 res = 0
 for i in range(deg, -1, -1):
 res = chebadd(chebmulx(res), pol[i])
 return res
 
 
 def cheb2poly(c):
 """
 Convert a Chebyshev series to a polynomial.
 
 Convert an array representing the coefficients of a Chebyshev series,
 ordered from lowest degree to highest, to an array of the coefficients
 of the equivalent polynomial (relative to the "standard" basis) ordered
 from lowest to highest degree.
 
 Parameters
 ----------
 c : array_like
 1-D array containing the Chebyshev series coefficients, ordered
 from lowest order term to highest.
 
 Returns
 -------
 pol : ndarray
 1-D array containing the coefficients of the equivalent polynomial
 (relative to the "standard" basis) ordered from lowest order term
 to highest.
 
 See Also
 --------
 poly2cheb
 
 Notes
 -----
 The easy way to do conversions between polynomial basis sets
 is to use the convert method of a class instance.
 
 Examples
 --------
 >>> from numpy import polynomial as P
 >>> c = P.Chebyshev(range(4))
 >>> c
 Chebyshev([0., 1., 2., 3.], domain=[-1,  1], window=[-1,  1])
 >>> p = c.convert(kind=P.Polynomial)
 >>> p
 Polynomial([-2., -8.,  4., 12.], domain=[-1.,  1.], window=[-1.,  1.])
 >>> P.chebyshev.cheb2poly(range(4))
 array([-2.,  -8.,   4.,  12.])
 
 """
 from .polynomial import polyadd, polysub, polymulx
 
 [c] = pu.as_series([c])
 n = len(c)
 if n < 3:
 return c
 else:
 c0 = c[-2]
 c1 = c[-1]
 # i is the current degree of c1
 for i in range(n - 1, 1, -1):
 tmp = c0
 c0 = polysub(c[i - 2], c1)
 c1 = polyadd(tmp, polymulx(c1)*2)
 return polyadd(c0, polymulx(c1))
 
 
 #
 # These are constant arrays are of integer type so as to be compatible
 # with the widest range of other types, such as Decimal.
 #
 
 # Chebyshev default domain.
 chebdomain = np.array([-1, 1])
 
 # Chebyshev coefficients representing zero.
 chebzero = np.array([0])
 
 # Chebyshev coefficients representing one.
 chebone = np.array([1])
 
 # Chebyshev coefficients representing the identity x.
 chebx = np.array([0, 1])
 
 
 def chebline(off, scl):
 """
 Chebyshev series whose graph is a straight line.
 
 Parameters
 ----------
 off, scl : scalars
 The specified line is given by ``off + scl*x``.
 
 Returns
 -------
 y : ndarray
 This module's representation of the Chebyshev series for
 ``off + scl*x``.
 
 See Also
 --------
 numpy.polynomial.polynomial.polyline
 numpy.polynomial.legendre.legline
 numpy.polynomial.laguerre.lagline
 numpy.polynomial.hermite.hermline
 numpy.polynomial.hermite_e.hermeline
 
 Examples
 --------
 >>> import numpy.polynomial.chebyshev as C
 >>> C.chebline(3,2)
 array([3, 2])
 >>> C.chebval(-3, C.chebline(3,2)) # should be -3
 -3.0
 
 """
 if scl != 0:
 return np.array([off, scl])
 else:
 return np.array([off])
 
 
 def chebfromroots(roots):
 """
 Generate a Chebyshev series with given roots.
 
 The function returns the coefficients of the polynomial
 
 .. math:: p(x) = (x - r_0) * (x - r_1) * ... * (x - r_n),
 
 in Chebyshev form, where the `r_n` are the roots specified in `roots`.
 If a zero has multiplicity n, then it must appear in `roots` n times.
 For instance, if 2 is a root of multiplicity three and 3 is a root of
 multiplicity 2, then `roots` looks something like [2, 2, 2, 3, 3]. The
 roots can appear in any order.
 
 If the returned coefficients are `c`, then
 
 .. math:: p(x) = c_0 + c_1 * T_1(x) + ... +  c_n * T_n(x)
 
 The coefficient of the last term is not generally 1 for monic
 polynomials in Chebyshev form.
 
 Parameters
 ----------
 roots : array_like
 Sequence containing the roots.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray
 1-D array of coefficients.  If all roots are real then `out` is a
 real array, if some of the roots are complex, then `out` is complex
 even if all the coefficients in the result are real (see Examples
 below).
 
 See Also
 --------
 numpy.polynomial.polynomial.polyfromroots
 numpy.polynomial.legendre.legfromroots
 numpy.polynomial.laguerre.lagfromroots
 numpy.polynomial.hermite.hermfromroots
 numpy.polynomial.hermite_e.hermefromroots
 
 Examples
 --------
 >>> import numpy.polynomial.chebyshev as C
 >>> C.chebfromroots((-1,0,1)) # x^3 - x relative to the standard basis
 array([ 0.  , -0.25,  0.  ,  0.25])
 >>> j = complex(0,1)
 >>> C.chebfromroots((-j,j)) # x^2 + 1 relative to the standard basis
 array([1.5+0.j, 0. +0.j, 0.5+0.j])
 
 """
 return pu._fromroots(chebline, chebmul, roots)
 
 
 def chebadd(c1, c2):
 """
 Add one Chebyshev series to another.
 
 Returns the sum of two Chebyshev series `c1` + `c2`.  The arguments
 are sequences of coefficients ordered from lowest order term to
 highest, i.e., [1,2,3] represents the series ``T_0 + 2*T_1 + 3*T_2``.
 
 Parameters
 ----------
 c1, c2 : array_like
 1-D arrays of Chebyshev series coefficients ordered from low to
 high.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray
 Array representing the Chebyshev series of their sum.
 
 See Also
 --------
 chebsub, chebmulx, chebmul, chebdiv, chebpow
 
 Notes
 -----
 Unlike multiplication, division, etc., the sum of two Chebyshev series
 is a Chebyshev series (without having to "reproject" the result onto
 the basis set) so addition, just like that of "standard" polynomials,
 is simply "component-wise."
 
 Examples
 --------
 >>> from numpy.polynomial import chebyshev as C
 >>> c1 = (1,2,3)
 >>> c2 = (3,2,1)
 >>> C.chebadd(c1,c2)
 array([4., 4., 4.])
 
 """
 return pu._add(c1, c2)
 
 
 def chebsub(c1, c2):
 """
 Subtract one Chebyshev series from another.
 
 Returns the difference of two Chebyshev series `c1` - `c2`.  The
 sequences of coefficients are from lowest order term to highest, i.e.,
 [1,2,3] represents the series ``T_0 + 2*T_1 + 3*T_2``.
 
 Parameters
 ----------
 c1, c2 : array_like
 1-D arrays of Chebyshev series coefficients ordered from low to
 high.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray
 Of Chebyshev series coefficients representing their difference.
 
 See Also
 --------
 chebadd, chebmulx, chebmul, chebdiv, chebpow
 
 Notes
 -----
 Unlike multiplication, division, etc., the difference of two Chebyshev
 series is a Chebyshev series (without having to "reproject" the result
 onto the basis set) so subtraction, just like that of "standard"
 polynomials, is simply "component-wise."
 
 Examples
 --------
 >>> from numpy.polynomial import chebyshev as C
 >>> c1 = (1,2,3)
 >>> c2 = (3,2,1)
 >>> C.chebsub(c1,c2)
 array([-2.,  0.,  2.])
 >>> C.chebsub(c2,c1) # -C.chebsub(c1,c2)
 array([ 2.,  0., -2.])
 
 """
 return pu._sub(c1, c2)
 
 
 def chebmulx(c):
 """Multiply a Chebyshev series by x.
 
 Multiply the polynomial `c` by x, where x is the independent
 variable.
 
 
 Parameters
 ----------
 c : array_like
 1-D array of Chebyshev series coefficients ordered from low to
 high.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray
 Array representing the result of the multiplication.
 
 Notes
 -----
 
 .. versionadded:: 1.5.0
 
 Examples
 --------
 >>> from numpy.polynomial import chebyshev as C
 >>> C.chebmulx([1,2,3])
 array([1. , 2.5, 1. , 1.5])
 
 """
 # c is a trimmed copy
 [c] = pu.as_series([c])
 # The zero series needs special treatment
 if len(c) == 1 and c[0] == 0:
 return c
 
 prd = np.empty(len(c) + 1, dtype=c.dtype)
 prd[0] = c[0]*0
 prd[1] = c[0]
 if len(c) > 1:
 tmp = c[1:]/2
 prd[2:] = tmp
 prd[0:-2] += tmp
 return prd
 
 
 def chebmul(c1, c2):
 """
 Multiply one Chebyshev series by another.
 
 Returns the product of two Chebyshev series `c1` * `c2`.  The arguments
 are sequences of coefficients, from lowest order "term" to highest,
 e.g., [1,2,3] represents the series ``T_0 + 2*T_1 + 3*T_2``.
 
 Parameters
 ----------
 c1, c2 : array_like
 1-D arrays of Chebyshev series coefficients ordered from low to
 high.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray
 Of Chebyshev series coefficients representing their product.
 
 See Also
 --------
 chebadd, chebsub, chebmulx, chebdiv, chebpow
 
 Notes
 -----
 In general, the (polynomial) product of two C-series results in terms
 that are not in the Chebyshev polynomial basis set.  Thus, to express
 the product as a C-series, it is typically necessary to "reproject"
 the product onto said basis set, which typically produces
 "unintuitive live" (but correct) results; see Examples section below.
 
 Examples
 --------
 >>> from numpy.polynomial import chebyshev as C
 >>> c1 = (1,2,3)
 >>> c2 = (3,2,1)
 >>> C.chebmul(c1,c2) # multiplication requires "reprojection"
 array([  6.5,  12. ,  12. ,   4. ,   1.5])
 
 """
 # c1, c2 are trimmed copies
 [c1, c2] = pu.as_series([c1, c2])
 z1 = _cseries_to_zseries(c1)
 z2 = _cseries_to_zseries(c2)
 prd = _zseries_mul(z1, z2)
 ret = _zseries_to_cseries(prd)
 return pu.trimseq(ret)
 
 
 def chebdiv(c1, c2):
 """
 Divide one Chebyshev series by another.
 
 Returns the quotient-with-remainder of two Chebyshev series
 `c1` / `c2`.  The arguments are sequences of coefficients from lowest
 order "term" to highest, e.g., [1,2,3] represents the series
 ``T_0 + 2*T_1 + 3*T_2``.
 
 Parameters
 ----------
 c1, c2 : array_like
 1-D arrays of Chebyshev series coefficients ordered from low to
 high.
 
 Returns
 -------
 [quo, rem] : ndarrays
 Of Chebyshev series coefficients representing the quotient and
 remainder.
 
 See Also
 --------
 chebadd, chebsub, chebmulx, chebmul, chebpow
 
 Notes
 -----
 In general, the (polynomial) division of one C-series by another
 results in quotient and remainder terms that are not in the Chebyshev
 polynomial basis set.  Thus, to express these results as C-series, it
 is typically necessary to "reproject" the results onto said basis
 set, which typically produces "unintuitive" (but correct) results;
 see Examples section below.
 
 Examples
 --------
 >>> from numpy.polynomial import chebyshev as C
 >>> c1 = (1,2,3)
 >>> c2 = (3,2,1)
 >>> C.chebdiv(c1,c2) # quotient "intuitive," remainder not
 (array([3.]), array([-8., -4.]))
 >>> c2 = (0,1,2,3)
 >>> C.chebdiv(c2,c1) # neither "intuitive"
 (array([0., 2.]), array([-2., -4.]))
 
 """
 # c1, c2 are trimmed copies
 [c1, c2] = pu.as_series([c1, c2])
 if c2[-1] == 0:
 raise ZeroDivisionError()
 
 # note: this is more efficient than `pu._div(chebmul, c1, c2)`
 lc1 = len(c1)
 lc2 = len(c2)
 if lc1 < lc2:
 return c1[:1]*0, c1
 elif lc2 == 1:
 return c1/c2[-1], c1[:1]*0
 else:
 z1 = _cseries_to_zseries(c1)
 z2 = _cseries_to_zseries(c2)
 quo, rem = _zseries_div(z1, z2)
 quo = pu.trimseq(_zseries_to_cseries(quo))
 rem = pu.trimseq(_zseries_to_cseries(rem))
 return quo, rem
 
 
 def chebpow(c, pow, maxpower=16):
 """Raise a Chebyshev series to a power.
 
 Returns the Chebyshev series `c` raised to the power `pow`. The
 argument `c` is a sequence of coefficients ordered from low to high.
 i.e., [1,2,3] is the series  ``T_0 + 2*T_1 + 3*T_2.``
 
 Parameters
 ----------
 c : array_like
 1-D array of Chebyshev series coefficients ordered from low to
 high.
 pow : integer
 Power to which the series will be raised
 maxpower : integer, optional
 Maximum power allowed. This is mainly to limit growth of the series
 to unmanageable size. Default is 16
 
 Returns
 -------
 coef : ndarray
 Chebyshev series of power.
 
 See Also
 --------
 chebadd, chebsub, chebmulx, chebmul, chebdiv
 
 Examples
 --------
 >>> from numpy.polynomial import chebyshev as C
 >>> C.chebpow([1, 2, 3, 4], 2)
 array([15.5, 22. , 16. , ..., 12.5, 12. ,  8. ])
 
 """
 # note: this is more efficient than `pu._pow(chebmul, c1, c2)`, as it
 # avoids converting between z and c series repeatedly
 
 # c is a trimmed copy
 [c] = pu.as_series([c])
 power = int(pow)
 if power != pow or power < 0:
 raise ValueError("Power must be a non-negative integer.")
 elif maxpower is not None and power > maxpower:
 raise ValueError("Power is too large")
 elif power == 0:
 return np.array([1], dtype=c.dtype)
 elif power == 1:
 return c
 else:
 # This can be made more efficient by using powers of two
 # in the usual way.
 zs = _cseries_to_zseries(c)
 prd = zs
 for i in range(2, power + 1):
 prd = np.convolve(prd, zs)
 return _zseries_to_cseries(prd)
 
 
 def chebder(c, m=1, scl=1, axis=0):
 """
 Differentiate a Chebyshev series.
 
 Returns the Chebyshev series coefficients `c` differentiated `m` times
 along `axis`.  At each iteration the result is multiplied by `scl` (the
 scaling factor is for use in a linear change of variable). The argument
 `c` is an array of coefficients from low to high degree along each
 axis, e.g., [1,2,3] represents the series ``1*T_0 + 2*T_1 + 3*T_2``
 while [[1,2],[1,2]] represents ``1*T_0(x)*T_0(y) + 1*T_1(x)*T_0(y) +
 2*T_0(x)*T_1(y) + 2*T_1(x)*T_1(y)`` if axis=0 is ``x`` and axis=1 is
 ``y``.
 
 Parameters
 ----------
 c : array_like
 Array of Chebyshev series coefficients. If c is multidimensional
 the different axis correspond to different variables with the
 degree in each axis given by the corresponding index.
 m : int, optional
 Number of derivatives taken, must be non-negative. (Default: 1)
 scl : scalar, optional
 Each differentiation is multiplied by `scl`.  The end result is
 multiplication by ``scl**m``.  This is for use in a linear change of
 variable. (Default: 1)
 axis : int, optional
 Axis over which the derivative is taken. (Default: 0).
 
 .. versionadded:: 1.7.0
 
 Returns
 -------
 der : ndarray
 Chebyshev series of the derivative.
 
 See Also
 --------
 chebint
 
 Notes
 -----
 In general, the result of differentiating a C-series needs to be
 "reprojected" onto the C-series basis set. Thus, typically, the
 result of this function is "unintuitive," albeit correct; see Examples
 section below.
 
 Examples
 --------
 >>> from numpy.polynomial import chebyshev as C
 >>> c = (1,2,3,4)
 >>> C.chebder(c)
 array([14., 12., 24.])
 >>> C.chebder(c,3)
 array([96.])
 >>> C.chebder(c,scl=-1)
 array([-14., -12., -24.])
 >>> C.chebder(c,2,-1)
 array([12.,  96.])
 
 """
 c = np.array(c, ndmin=1, copy=True)
 if c.dtype.char in '?bBhHiIlLqQpP':
 c = c.astype(np.double)
 cnt = pu._deprecate_as_int(m, "the order of derivation")
 iaxis = pu._deprecate_as_int(axis, "the axis")
 if cnt < 0:
 raise ValueError("The order of derivation must be non-negative")
 iaxis = normalize_axis_index(iaxis, c.ndim)
 
 if cnt == 0:
 return c
 
 c = np.moveaxis(c, iaxis, 0)
 n = len(c)
 if cnt >= n:
 c = c[:1]*0
 else:
 for i in range(cnt):
 n = n - 1
 c *= scl
 der = np.empty((n,) + c.shape[1:], dtype=c.dtype)
 for j in range(n, 2, -1):
 der[j - 1] = (2*j)*c[j]
 c[j - 2] += (j*c[j])/(j - 2)
 if n > 1:
 der[1] = 4*c[2]
 der[0] = c[1]
 c = der
 c = np.moveaxis(c, 0, iaxis)
 return c
 
 
 def chebint(c, m=1, k=[], lbnd=0, scl=1, axis=0):
 """
 Integrate a Chebyshev series.
 
 Returns the Chebyshev series coefficients `c` integrated `m` times from
 `lbnd` along `axis`. At each iteration the resulting series is
 **multiplied** by `scl` and an integration constant, `k`, is added.
 The scaling factor is for use in a linear change of variable.  ("Buyer
 beware": note that, depending on what one is doing, one may want `scl`
 to be the reciprocal of what one might expect; for more information,
 see the Notes section below.)  The argument `c` is an array of
 coefficients from low to high degree along each axis, e.g., [1,2,3]
 represents the series ``T_0 + 2*T_1 + 3*T_2`` while [[1,2],[1,2]]
 represents ``1*T_0(x)*T_0(y) + 1*T_1(x)*T_0(y) + 2*T_0(x)*T_1(y) +
 2*T_1(x)*T_1(y)`` if axis=0 is ``x`` and axis=1 is ``y``.
 
 Parameters
 ----------
 c : array_like
 Array of Chebyshev series coefficients. If c is multidimensional
 the different axis correspond to different variables with the
 degree in each axis given by the corresponding index.
 m : int, optional
 Order of integration, must be positive. (Default: 1)
 k : {[], list, scalar}, optional
 Integration constant(s).  The value of the first integral at zero
 is the first value in the list, the value of the second integral
 at zero is the second value, etc.  If ``k == []`` (the default),
 all constants are set to zero.  If ``m == 1``, a single scalar can
 be given instead of a list.
 lbnd : scalar, optional
 The lower bound of the integral. (Default: 0)
 scl : scalar, optional
 Following each integration the result is *multiplied* by `scl`
 before the integration constant is added. (Default: 1)
 axis : int, optional
 Axis over which the integral is taken. (Default: 0).
 
 .. versionadded:: 1.7.0
 
 Returns
 -------
 S : ndarray
 C-series coefficients of the integral.
 
 Raises
 ------
 ValueError
 If ``m < 1``, ``len(k) > m``, ``np.ndim(lbnd) != 0``, or
 ``np.ndim(scl) != 0``.
 
 See Also
 --------
 chebder
 
 Notes
 -----
 Note that the result of each integration is *multiplied* by `scl`.
 Why is this important to note?  Say one is making a linear change of
 variable :math:`u = ax + b` in an integral relative to `x`.  Then
 :math:`dx = du/a`, so one will need to set `scl` equal to
 :math:`1/a`- perhaps not what one would have first thought.
 
 Also note that, in general, the result of integrating a C-series needs
 to be "reprojected" onto the C-series basis set.  Thus, typically,
 the result of this function is "unintuitive," albeit correct; see
 Examples section below.
 
 Examples
 --------
 >>> from numpy.polynomial import chebyshev as C
 >>> c = (1,2,3)
 >>> C.chebint(c)
 array([ 0.5, -0.5,  0.5,  0.5])
 >>> C.chebint(c,3)
 array([ 0.03125   , -0.1875    ,  0.04166667, -0.05208333,  0.01041667, # may vary
 0.00625   ])
 >>> C.chebint(c, k=3)
 array([ 3.5, -0.5,  0.5,  0.5])
 >>> C.chebint(c,lbnd=-2)
 array([ 8.5, -0.5,  0.5,  0.5])
 >>> C.chebint(c,scl=-2)
 array([-1.,  1., -1., -1.])
 
 """
 c = np.array(c, ndmin=1, copy=True)
 if c.dtype.char in '?bBhHiIlLqQpP':
 c = c.astype(np.double)
 if not np.iterable(k):
 k = [k]
 cnt = pu._deprecate_as_int(m, "the order of integration")
 iaxis = pu._deprecate_as_int(axis, "the axis")
 if cnt < 0:
 raise ValueError("The order of integration must be non-negative")
 if len(k) > cnt:
 raise ValueError("Too many integration constants")
 if np.ndim(lbnd) != 0:
 raise ValueError("lbnd must be a scalar.")
 if np.ndim(scl) != 0:
 raise ValueError("scl must be a scalar.")
 iaxis = normalize_axis_index(iaxis, c.ndim)
 
 if cnt == 0:
 return c
 
 c = np.moveaxis(c, iaxis, 0)
 k = list(k) + [0]*(cnt - len(k))
 for i in range(cnt):
 n = len(c)
 c *= scl
 if n == 1 and np.all(c[0] == 0):
 c[0] += k[i]
 else:
 tmp = np.empty((n + 1,) + c.shape[1:], dtype=c.dtype)
 tmp[0] = c[0]*0
 tmp[1] = c[0]
 if n > 1:
 tmp[2] = c[1]/4
 for j in range(2, n):
 tmp[j + 1] = c[j]/(2*(j + 1))
 tmp[j - 1] -= c[j]/(2*(j - 1))
 tmp[0] += k[i] - chebval(lbnd, tmp)
 c = tmp
 c = np.moveaxis(c, 0, iaxis)
 return c
 
 
 def chebval(x, c, tensor=True):
 """
 Evaluate a Chebyshev series at points x.
 
 If `c` is of length `n + 1`, this function returns the value:
 
 .. math:: p(x) = c_0 * T_0(x) + c_1 * T_1(x) + ... + c_n * T_n(x)
 
 The parameter `x` is converted to an array only if it is a tuple or a
 list, otherwise it is treated as a scalar. In either case, either `x`
 or its elements must support multiplication and addition both with
 themselves and with the elements of `c`.
 
 If `c` is a 1-D array, then `p(x)` will have the same shape as `x`.  If
 `c` is multidimensional, then the shape of the result depends on the
 value of `tensor`. If `tensor` is true the shape will be c.shape[1:] +
 x.shape. If `tensor` is false the shape will be c.shape[1:]. Note that
 scalars have shape (,).
 
 Trailing zeros in the coefficients will be used in the evaluation, so
 they should be avoided if efficiency is a concern.
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like, compatible object
 If `x` is a list or tuple, it is converted to an ndarray, otherwise
 it is left unchanged and treated as a scalar. In either case, `x`
 or its elements must support addition and multiplication with
 themselves and with the elements of `c`.
 c : array_like
 Array of coefficients ordered so that the coefficients for terms of
 degree n are contained in c[n]. If `c` is multidimensional the
 remaining indices enumerate multiple polynomials. In the two
 dimensional case the coefficients may be thought of as stored in
 the columns of `c`.
 tensor : boolean, optional
 If True, the shape of the coefficient array is extended with ones
 on the right, one for each dimension of `x`. Scalars have dimension 0
 for this action. The result is that every column of coefficients in
 `c` is evaluated for every element of `x`. If False, `x` is broadcast
 over the columns of `c` for the evaluation.  This keyword is useful
 when `c` is multidimensional. The default value is True.
 
 .. versionadded:: 1.7.0
 
 Returns
 -------
 values : ndarray, algebra_like
 The shape of the return value is described above.
 
 See Also
 --------
 chebval2d, chebgrid2d, chebval3d, chebgrid3d
 
 Notes
 -----
 The evaluation uses Clenshaw recursion, aka synthetic division.
 
 """
 c = np.array(c, ndmin=1, copy=True)
 if c.dtype.char in '?bBhHiIlLqQpP':
 c = c.astype(np.double)
 if isinstance(x, (tuple, list)):
 x = np.asarray(x)
 if isinstance(x, np.ndarray) and tensor:
 c = c.reshape(c.shape + (1,)*x.ndim)
 
 if len(c) == 1:
 c0 = c[0]
 c1 = 0
 elif len(c) == 2:
 c0 = c[0]
 c1 = c[1]
 else:
 x2 = 2*x
 c0 = c[-2]
 c1 = c[-1]
 for i in range(3, len(c) + 1):
 tmp = c0
 c0 = c[-i] - c1
 c1 = tmp + c1*x2
 return c0 + c1*x
 
 
 def chebval2d(x, y, c):
 """
 Evaluate a 2-D Chebyshev series at points (x, y).
 
 This function returns the values:
 
 .. math:: p(x,y) = \\sum_{i,j} c_{i,j} * T_i(x) * T_j(y)
 
 The parameters `x` and `y` are converted to arrays only if they are
 tuples or a lists, otherwise they are treated as a scalars and they
 must have the same shape after conversion. In either case, either `x`
 and `y` or their elements must support multiplication and addition both
 with themselves and with the elements of `c`.
 
 If `c` is a 1-D array a one is implicitly appended to its shape to make
 it 2-D. The shape of the result will be c.shape[2:] + x.shape.
 
 Parameters
 ----------
 x, y : array_like, compatible objects
 The two dimensional series is evaluated at the points `(x, y)`,
 where `x` and `y` must have the same shape. If `x` or `y` is a list
 or tuple, it is first converted to an ndarray, otherwise it is left
 unchanged and if it isn't an ndarray it is treated as a scalar.
 c : array_like
 Array of coefficients ordered so that the coefficient of the term
 of multi-degree i,j is contained in ``c[i,j]``. If `c` has
 dimension greater than 2 the remaining indices enumerate multiple
 sets of coefficients.
 
 Returns
 -------
 values : ndarray, compatible object
 The values of the two dimensional Chebyshev series at points formed
 from pairs of corresponding values from `x` and `y`.
 
 See Also
 --------
 chebval, chebgrid2d, chebval3d, chebgrid3d
 
 Notes
 -----
 
 .. versionadded:: 1.7.0
 
 """
 return pu._valnd(chebval, c, x, y)
 
 
 def chebgrid2d(x, y, c):
 """
 Evaluate a 2-D Chebyshev series on the Cartesian product of x and y.
 
 This function returns the values:
 
 .. math:: p(a,b) = \\sum_{i,j} c_{i,j} * T_i(a) * T_j(b),
 
 where the points `(a, b)` consist of all pairs formed by taking
 `a` from `x` and `b` from `y`. The resulting points form a grid with
 `x` in the first dimension and `y` in the second.
 
 The parameters `x` and `y` are converted to arrays only if they are
 tuples or a lists, otherwise they are treated as a scalars. In either
 case, either `x` and `y` or their elements must support multiplication
 and addition both with themselves and with the elements of `c`.
 
 If `c` has fewer than two dimensions, ones are implicitly appended to
 its shape to make it 2-D. The shape of the result will be c.shape[2:] +
 x.shape + y.shape.
 
 Parameters
 ----------
 x, y : array_like, compatible objects
 The two dimensional series is evaluated at the points in the
 Cartesian product of `x` and `y`.  If `x` or `y` is a list or
 tuple, it is first converted to an ndarray, otherwise it is left
 unchanged and, if it isn't an ndarray, it is treated as a scalar.
 c : array_like
 Array of coefficients ordered so that the coefficient of the term of
 multi-degree i,j is contained in `c[i,j]`. If `c` has dimension
 greater than two the remaining indices enumerate multiple sets of
 coefficients.
 
 Returns
 -------
 values : ndarray, compatible object
 The values of the two dimensional Chebyshev series at points in the
 Cartesian product of `x` and `y`.
 
 See Also
 --------
 chebval, chebval2d, chebval3d, chebgrid3d
 
 Notes
 -----
 
 .. versionadded:: 1.7.0
 
 """
 return pu._gridnd(chebval, c, x, y)
 
 
 def chebval3d(x, y, z, c):
 """
 Evaluate a 3-D Chebyshev series at points (x, y, z).
 
 This function returns the values:
 
 .. math:: p(x,y,z) = \\sum_{i,j,k} c_{i,j,k} * T_i(x) * T_j(y) * T_k(z)
 
 The parameters `x`, `y`, and `z` are converted to arrays only if
 they are tuples or a lists, otherwise they are treated as a scalars and
 they must have the same shape after conversion. In either case, either
 `x`, `y`, and `z` or their elements must support multiplication and
 addition both with themselves and with the elements of `c`.
 
 If `c` has fewer than 3 dimensions, ones are implicitly appended to its
 shape to make it 3-D. The shape of the result will be c.shape[3:] +
 x.shape.
 
 Parameters
 ----------
 x, y, z : array_like, compatible object
 The three dimensional series is evaluated at the points
 `(x, y, z)`, where `x`, `y`, and `z` must have the same shape.  If
 any of `x`, `y`, or `z` is a list or tuple, it is first converted
 to an ndarray, otherwise it is left unchanged and if it isn't an
 ndarray it is  treated as a scalar.
 c : array_like
 Array of coefficients ordered so that the coefficient of the term of
 multi-degree i,j,k is contained in ``c[i,j,k]``. If `c` has dimension
 greater than 3 the remaining indices enumerate multiple sets of
 coefficients.
 
 Returns
 -------
 values : ndarray, compatible object
 The values of the multidimensional polynomial on points formed with
 triples of corresponding values from `x`, `y`, and `z`.
 
 See Also
 --------
 chebval, chebval2d, chebgrid2d, chebgrid3d
 
 Notes
 -----
 
 .. versionadded:: 1.7.0
 
 """
 return pu._valnd(chebval, c, x, y, z)
 
 
 def chebgrid3d(x, y, z, c):
 """
 Evaluate a 3-D Chebyshev series on the Cartesian product of x, y, and z.
 
 This function returns the values:
 
 .. math:: p(a,b,c) = \\sum_{i,j,k} c_{i,j,k} * T_i(a) * T_j(b) * T_k(c)
 
 where the points `(a, b, c)` consist of all triples formed by taking
 `a` from `x`, `b` from `y`, and `c` from `z`. The resulting points form
 a grid with `x` in the first dimension, `y` in the second, and `z` in
 the third.
 
 The parameters `x`, `y`, and `z` are converted to arrays only if they
 are tuples or a lists, otherwise they are treated as a scalars. In
 either case, either `x`, `y`, and `z` or their elements must support
 multiplication and addition both with themselves and with the elements
 of `c`.
 
 If `c` has fewer than three dimensions, ones are implicitly appended to
 its shape to make it 3-D. The shape of the result will be c.shape[3:] +
 x.shape + y.shape + z.shape.
 
 Parameters
 ----------
 x, y, z : array_like, compatible objects
 The three dimensional series is evaluated at the points in the
 Cartesian product of `x`, `y`, and `z`.  If `x`,`y`, or `z` is a
 list or tuple, it is first converted to an ndarray, otherwise it is
 left unchanged and, if it isn't an ndarray, it is treated as a
 scalar.
 c : array_like
 Array of coefficients ordered so that the coefficients for terms of
 degree i,j are contained in ``c[i,j]``. If `c` has dimension
 greater than two the remaining indices enumerate multiple sets of
 coefficients.
 
 Returns
 -------
 values : ndarray, compatible object
 The values of the two dimensional polynomial at points in the Cartesian
 product of `x` and `y`.
 
 See Also
 --------
 chebval, chebval2d, chebgrid2d, chebval3d
 
 Notes
 -----
 
 .. versionadded:: 1.7.0
 
 """
 return pu._gridnd(chebval, c, x, y, z)
 
 
 def chebvander(x, deg):
 """Pseudo-Vandermonde matrix of given degree.
 
 Returns the pseudo-Vandermonde matrix of degree `deg` and sample points
 `x`. The pseudo-Vandermonde matrix is defined by
 
 .. math:: V[..., i] = T_i(x),
 
 where `0 <= i <= deg`. The leading indices of `V` index the elements of
 `x` and the last index is the degree of the Chebyshev polynomial.
 
 If `c` is a 1-D array of coefficients of length `n + 1` and `V` is the
 matrix ``V = chebvander(x, n)``, then ``np.dot(V, c)`` and
 ``chebval(x, c)`` are the same up to roundoff.  This equivalence is
 useful both for least squares fitting and for the evaluation of a large
 number of Chebyshev series of the same degree and sample points.
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like
 Array of points. The dtype is converted to float64 or complex128
 depending on whether any of the elements are complex. If `x` is
 scalar it is converted to a 1-D array.
 deg : int
 Degree of the resulting matrix.
 
 Returns
 -------
 vander : ndarray
 The pseudo Vandermonde matrix. The shape of the returned matrix is
 ``x.shape + (deg + 1,)``, where The last index is the degree of the
 corresponding Chebyshev polynomial.  The dtype will be the same as
 the converted `x`.
 
 """
 ideg = pu._deprecate_as_int(deg, "deg")
 if ideg < 0:
 raise ValueError("deg must be non-negative")
 
 x = np.array(x, copy=False, ndmin=1) + 0.0
 dims = (ideg + 1,) + x.shape
 dtyp = x.dtype
 v = np.empty(dims, dtype=dtyp)
 # Use forward recursion to generate the entries.
 v[0] = x*0 + 1
 if ideg > 0:
 x2 = 2*x
 v[1] = x
 for i in range(2, ideg + 1):
 v[i] = v[i-1]*x2 - v[i-2]
 return np.moveaxis(v, 0, -1)
 
 
 def chebvander2d(x, y, deg):
 """Pseudo-Vandermonde matrix of given degrees.
 
 Returns the pseudo-Vandermonde matrix of degrees `deg` and sample
 points `(x, y)`. The pseudo-Vandermonde matrix is defined by
 
 .. math:: V[..., (deg[1] + 1)*i + j] = T_i(x) * T_j(y),
 
 where `0 <= i <= deg[0]` and `0 <= j <= deg[1]`. The leading indices of
 `V` index the points `(x, y)` and the last index encodes the degrees of
 the Chebyshev polynomials.
 
 If ``V = chebvander2d(x, y, [xdeg, ydeg])``, then the columns of `V`
 correspond to the elements of a 2-D coefficient array `c` of shape
 (xdeg + 1, ydeg + 1) in the order
 
 .. math:: c_{00}, c_{01}, c_{02} ... , c_{10}, c_{11}, c_{12} ...
 
 and ``np.dot(V, c.flat)`` and ``chebval2d(x, y, c)`` will be the same
 up to roundoff. This equivalence is useful both for least squares
 fitting and for the evaluation of a large number of 2-D Chebyshev
 series of the same degrees and sample points.
 
 Parameters
 ----------
 x, y : array_like
 Arrays of point coordinates, all of the same shape. The dtypes
 will be converted to either float64 or complex128 depending on
 whether any of the elements are complex. Scalars are converted to
 1-D arrays.
 deg : list of ints
 List of maximum degrees of the form [x_deg, y_deg].
 
 Returns
 -------
 vander2d : ndarray
 The shape of the returned matrix is ``x.shape + (order,)``, where
 :math:`order = (deg[0]+1)*(deg[1]+1)`.  The dtype will be the same
 as the converted `x` and `y`.
 
 See Also
 --------
 chebvander, chebvander3d, chebval2d, chebval3d
 
 Notes
 -----
 
 .. versionadded:: 1.7.0
 
 """
 return pu._vander_nd_flat((chebvander, chebvander), (x, y), deg)
 
 
 def chebvander3d(x, y, z, deg):
 """Pseudo-Vandermonde matrix of given degrees.
 
 Returns the pseudo-Vandermonde matrix of degrees `deg` and sample
 points `(x, y, z)`. If `l, m, n` are the given degrees in `x, y, z`,
 then The pseudo-Vandermonde matrix is defined by
 
 .. math:: V[..., (m+1)(n+1)i + (n+1)j + k] = T_i(x)*T_j(y)*T_k(z),
 
 where `0 <= i <= l`, `0 <= j <= m`, and `0 <= j <= n`.  The leading
 indices of `V` index the points `(x, y, z)` and the last index encodes
 the degrees of the Chebyshev polynomials.
 
 If ``V = chebvander3d(x, y, z, [xdeg, ydeg, zdeg])``, then the columns
 of `V` correspond to the elements of a 3-D coefficient array `c` of
 shape (xdeg + 1, ydeg + 1, zdeg + 1) in the order
 
 .. math:: c_{000}, c_{001}, c_{002},... , c_{010}, c_{011}, c_{012},...
 
 and ``np.dot(V, c.flat)`` and ``chebval3d(x, y, z, c)`` will be the
 same up to roundoff. This equivalence is useful both for least squares
 fitting and for the evaluation of a large number of 3-D Chebyshev
 series of the same degrees and sample points.
 
 Parameters
 ----------
 x, y, z : array_like
 Arrays of point coordinates, all of the same shape. The dtypes will
 be converted to either float64 or complex128 depending on whether
 any of the elements are complex. Scalars are converted to 1-D
 arrays.
 deg : list of ints
 List of maximum degrees of the form [x_deg, y_deg, z_deg].
 
 Returns
 -------
 vander3d : ndarray
 The shape of the returned matrix is ``x.shape + (order,)``, where
 :math:`order = (deg[0]+1)*(deg[1]+1)*(deg[2]+1)`.  The dtype will
 be the same as the converted `x`, `y`, and `z`.
 
 See Also
 --------
 chebvander, chebvander3d, chebval2d, chebval3d
 
 Notes
 -----
 
 .. versionadded:: 1.7.0
 
 """
 return pu._vander_nd_flat((chebvander, chebvander, chebvander), (x, y, z), deg)
 
 
 def chebfit(x, y, deg, rcond=None, full=False, w=None):
 """
 Least squares fit of Chebyshev series to data.
 
 Return the coefficients of a Chebyshev series of degree `deg` that is the
 least squares fit to the data values `y` given at points `x`. If `y` is
 1-D the returned coefficients will also be 1-D. If `y` is 2-D multiple
 fits are done, one for each column of `y`, and the resulting
 coefficients are stored in the corresponding columns of a 2-D return.
 The fitted polynomial(s) are in the form
 
 .. math::  p(x) = c_0 + c_1 * T_1(x) + ... + c_n * T_n(x),
 
 where `n` is `deg`.
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like, shape (M,)
 x-coordinates of the M sample points ``(x[i], y[i])``.
 y : array_like, shape (M,) or (M, K)
 y-coordinates of the sample points. Several data sets of sample
 points sharing the same x-coordinates can be fitted at once by
 passing in a 2D-array that contains one dataset per column.
 deg : int or 1-D array_like
 Degree(s) of the fitting polynomials. If `deg` is a single integer,
 all terms up to and including the `deg`'th term are included in the
 fit. For NumPy versions >= 1.11.0 a list of integers specifying the
 degrees of the terms to include may be used instead.
 rcond : float, optional
 Relative condition number of the fit. Singular values smaller than
 this relative to the largest singular value will be ignored. The
 default value is len(x)*eps, where eps is the relative precision of
 the float type, about 2e-16 in most cases.
 full : bool, optional
 Switch determining nature of return value. When it is False (the
 default) just the coefficients are returned, when True diagnostic
 information from the singular value decomposition is also returned.
 w : array_like, shape (`M`,), optional
 Weights. If not None, the weight ``w[i]`` applies to the unsquared
 residual ``y[i] - y_hat[i]`` at ``x[i]``. Ideally the weights are
 chosen so that the errors of the products ``w[i]*y[i]`` all have the
 same variance.  When using inverse-variance weighting, use
 ``w[i] = 1/sigma(y[i])``.  The default value is None.
 
 .. versionadded:: 1.5.0
 
 Returns
 -------
 coef : ndarray, shape (M,) or (M, K)
 Chebyshev coefficients ordered from low to high. If `y` was 2-D,
 the coefficients for the data in column k  of `y` are in column
 `k`.
 
 [residuals, rank, singular_values, rcond] : list
 These values are only returned if ``full == True``
 
 - residuals -- sum of squared residuals of the least squares fit
 - rank -- the numerical rank of the scaled Vandermonde matrix
 - singular_values -- singular values of the scaled Vandermonde matrix
 - rcond -- value of `rcond`.
 
 For more details, see `numpy.linalg.lstsq`.
 
 Warns
 -----
 RankWarning
 The rank of the coefficient matrix in the least-squares fit is
 deficient. The warning is only raised if ``full == False``.  The
 warnings can be turned off by
 
 >>> import warnings
 >>> warnings.simplefilter('ignore', np.RankWarning)
 
 See Also
 --------
 numpy.polynomial.polynomial.polyfit
 numpy.polynomial.legendre.legfit
 numpy.polynomial.laguerre.lagfit
 numpy.polynomial.hermite.hermfit
 numpy.polynomial.hermite_e.hermefit
 chebval : Evaluates a Chebyshev series.
 chebvander : Vandermonde matrix of Chebyshev series.
 chebweight : Chebyshev weight function.
 numpy.linalg.lstsq : Computes a least-squares fit from the matrix.
 scipy.interpolate.UnivariateSpline : Computes spline fits.
 
 Notes
 -----
 The solution is the coefficients of the Chebyshev series `p` that
 minimizes the sum of the weighted squared errors
 
 .. math:: E = \\sum_j w_j^2 * |y_j - p(x_j)|^2,
 
 where :math:`w_j` are the weights. This problem is solved by setting up
 as the (typically) overdetermined matrix equation
 
 .. math:: V(x) * c = w * y,
 
 where `V` is the weighted pseudo Vandermonde matrix of `x`, `c` are the
 coefficients to be solved for, `w` are the weights, and `y` are the
 observed values.  This equation is then solved using the singular value
 decomposition of `V`.
 
 If some of the singular values of `V` are so small that they are
 neglected, then a `RankWarning` will be issued. This means that the
 coefficient values may be poorly determined. Using a lower order fit
 will usually get rid of the warning.  The `rcond` parameter can also be
 set to a value smaller than its default, but the resulting fit may be
 spurious and have large contributions from roundoff error.
 
 Fits using Chebyshev series are usually better conditioned than fits
 using power series, but much can depend on the distribution of the
 sample points and the smoothness of the data. If the quality of the fit
 is inadequate splines may be a good alternative.
 
 References
 ----------
 .. [1] Wikipedia, "Curve fitting",
 https://en.wikipedia.org/wiki/Curve_fitting
 
 Examples
 --------
 
 """
 return pu._fit(chebvander, x, y, deg, rcond, full, w)
 
 
 def chebcompanion(c):
 """Return the scaled companion matrix of c.
 
 The basis polynomials are scaled so that the companion matrix is
 symmetric when `c` is a Chebyshev basis polynomial. This provides
 better eigenvalue estimates than the unscaled case and for basis
 polynomials the eigenvalues are guaranteed to be real if
 `numpy.linalg.eigvalsh` is used to obtain them.
 
 Parameters
 ----------
 c : array_like
 1-D array of Chebyshev series coefficients ordered from low to high
 degree.
 
 Returns
 -------
 mat : ndarray
 Scaled companion matrix of dimensions (deg, deg).
 
 Notes
 -----
 
 .. versionadded:: 1.7.0
 
 """
 # c is a trimmed copy
 [c] = pu.as_series([c])
 if len(c) < 2:
 raise ValueError('Series must have maximum degree of at least 1.')
 if len(c) == 2:
 return np.array([[-c[0]/c[1]]])
 
 n = len(c) - 1
 mat = np.zeros((n, n), dtype=c.dtype)
 scl = np.array([1.] + [np.sqrt(.5)]*(n-1))
 top = mat.reshape(-1)[1::n+1]
 bot = mat.reshape(-1)[n::n+1]
 top[0] = np.sqrt(.5)
 top[1:] = 1/2
 bot[...] = top
 mat[:, -1] -= (c[:-1]/c[-1])*(scl/scl[-1])*.5
 return mat
 
 
 def chebroots(c):
 """
 Compute the roots of a Chebyshev series.
 
 Return the roots (a.k.a. "zeros") of the polynomial
 
 .. math:: p(x) = \\sum_i c[i] * T_i(x).
 
 Parameters
 ----------
 c : 1-D array_like
 1-D array of coefficients.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray
 Array of the roots of the series. If all the roots are real,
 then `out` is also real, otherwise it is complex.
 
 See Also
 --------
 numpy.polynomial.polynomial.polyroots
 numpy.polynomial.legendre.legroots
 numpy.polynomial.laguerre.lagroots
 numpy.polynomial.hermite.hermroots
 numpy.polynomial.hermite_e.hermeroots
 
 Notes
 -----
 The root estimates are obtained as the eigenvalues of the companion
 matrix, Roots far from the origin of the complex plane may have large
 errors due to the numerical instability of the series for such
 values. Roots with multiplicity greater than 1 will also show larger
 errors as the value of the series near such points is relatively
 insensitive to errors in the roots. Isolated roots near the origin can
 be improved by a few iterations of Newton's method.
 
 The Chebyshev series basis polynomials aren't powers of `x` so the
 results of this function may seem unintuitive.
 
 Examples
 --------
 >>> import numpy.polynomial.chebyshev as cheb
 >>> cheb.chebroots((-1, 1,-1, 1)) # T3 - T2 + T1 - T0 has real roots
 array([ -5.00000000e-01,   2.60860684e-17,   1.00000000e+00]) # may vary
 
 """
 # c is a trimmed copy
 [c] = pu.as_series([c])
 if len(c) < 2:
 return np.array([], dtype=c.dtype)
 if len(c) == 2:
 return np.array([-c[0]/c[1]])
 
 # rotated companion matrix reduces error
 m = chebcompanion(c)[::-1,::-1]
 r = la.eigvals(m)
 r.sort()
 return r
 
 
 def chebinterpolate(func, deg, args=()):
 """Interpolate a function at the Chebyshev points of the first kind.
 
 Returns the Chebyshev series that interpolates `func` at the Chebyshev
 points of the first kind in the interval [-1, 1]. The interpolating
 series tends to a minmax approximation to `func` with increasing `deg`
 if the function is continuous in the interval.
 
 .. versionadded:: 1.14.0
 
 Parameters
 ----------
 func : function
 The function to be approximated. It must be a function of a single
 variable of the form ``f(x, a, b, c...)``, where ``a, b, c...`` are
 extra arguments passed in the `args` parameter.
 deg : int
 Degree of the interpolating polynomial
 args : tuple, optional
 Extra arguments to be used in the function call. Default is no extra
 arguments.
 
 Returns
 -------
 coef : ndarray, shape (deg + 1,)
 Chebyshev coefficients of the interpolating series ordered from low to
 high.
 
 Examples
 --------
 >>> import numpy.polynomial.chebyshev as C
 >>> C.chebfromfunction(lambda x: np.tanh(x) + 0.5, 8)
 array([  5.00000000e-01,   8.11675684e-01,  -9.86864911e-17,
 -5.42457905e-02,  -2.71387850e-16,   4.51658839e-03,
 2.46716228e-17,  -3.79694221e-04,  -3.26899002e-16])
 
 Notes
 -----
 
 The Chebyshev polynomials used in the interpolation are orthogonal when
 sampled at the Chebyshev points of the first kind. If it is desired to
 constrain some of the coefficients they can simply be set to the desired
 value after the interpolation, no new interpolation or fit is needed. This
 is especially useful if it is known apriori that some of coefficients are
 zero. For instance, if the function is even then the coefficients of the
 terms of odd degree in the result can be set to zero.
 
 """
 deg = np.asarray(deg)
 
 # check arguments.
 if deg.ndim > 0 or deg.dtype.kind not in 'iu' or deg.size == 0:
 raise TypeError("deg must be an int")
 if deg < 0:
 raise ValueError("expected deg >= 0")
 
 order = deg + 1
 xcheb = chebpts1(order)
 yfunc = func(xcheb, *args)
 m = chebvander(xcheb, deg)
 c = np.dot(m.T, yfunc)
 c[0] /= order
 c[1:] /= 0.5*order
 
 return c
 
 
 def chebgauss(deg):
 """
 Gauss-Chebyshev quadrature.
 
 Computes the sample points and weights for Gauss-Chebyshev quadrature.
 These sample points and weights will correctly integrate polynomials of
 degree :math:`2*deg - 1` or less over the interval :math:`[-1, 1]` with
 the weight function :math:`f(x) = 1/\\sqrt{1 - x^2}`.
 
 Parameters
 ----------
 deg : int
 Number of sample points and weights. It must be >= 1.
 
 Returns
 -------
 x : ndarray
 1-D ndarray containing the sample points.
 y : ndarray
 1-D ndarray containing the weights.
 
 Notes
 -----
 
 .. versionadded:: 1.7.0
 
 The results have only been tested up to degree 100, higher degrees may
 be problematic. For Gauss-Chebyshev there are closed form solutions for
 the sample points and weights. If n = `deg`, then
 
 .. math:: x_i = \\cos(\\pi (2 i - 1) / (2 n))
 
 .. math:: w_i = \\pi / n
 
 """
 ideg = pu._deprecate_as_int(deg, "deg")
 if ideg <= 0:
 raise ValueError("deg must be a positive integer")
 
 x = np.cos(np.pi * np.arange(1, 2*ideg, 2) / (2.0*ideg))
 w = np.ones(ideg)*(np.pi/ideg)
 
 return x, w
 
 
 def chebweight(x):
 """
 The weight function of the Chebyshev polynomials.
 
 The weight function is :math:`1/\\sqrt{1 - x^2}` and the interval of
 integration is :math:`[-1, 1]`. The Chebyshev polynomials are
 orthogonal, but not normalized, with respect to this weight function.
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like
 Values at which the weight function will be computed.
 
 Returns
 -------
 w : ndarray
 The weight function at `x`.
 
 Notes
 -----
 
 .. versionadded:: 1.7.0
 
 """
 w = 1./(np.sqrt(1. + x) * np.sqrt(1. - x))
 return w
 
 
 def chebpts1(npts):
 """
 Chebyshev points of the first kind.
 
 The Chebyshev points of the first kind are the points ``cos(x)``,
 where ``x = [pi*(k + .5)/npts for k in range(npts)]``.
 
 Parameters
 ----------
 npts : int
 Number of sample points desired.
 
 Returns
 -------
 pts : ndarray
 The Chebyshev points of the first kind.
 
 See Also
 --------
 chebpts2
 
 Notes
 -----
 
 .. versionadded:: 1.5.0
 
 """
 _npts = int(npts)
 if _npts != npts:
 raise ValueError("npts must be integer")
 if _npts < 1:
 raise ValueError("npts must be >= 1")
 
 x = 0.5 * np.pi / _npts * np.arange(-_npts+1, _npts+1, 2)
 return np.sin(x)
 
 
 def chebpts2(npts):
 """
 Chebyshev points of the second kind.
 
 The Chebyshev points of the second kind are the points ``cos(x)``,
 where ``x = [pi*k/(npts - 1) for k in range(npts)]`` sorted in ascending
 order.
 
 Parameters
 ----------
 npts : int
 Number of sample points desired.
 
 Returns
 -------
 pts : ndarray
 The Chebyshev points of the second kind.
 
 Notes
 -----
 
 .. versionadded:: 1.5.0
 
 """
 _npts = int(npts)
 if _npts != npts:
 raise ValueError("npts must be integer")
 if _npts < 2:
 raise ValueError("npts must be >= 2")
 
 x = np.linspace(-np.pi, 0, _npts)
 return np.cos(x)
 
 
 #
 # Chebyshev series class
 #
 
 class Chebyshev(ABCPolyBase):
 """A Chebyshev series class.
 
 The Chebyshev class provides the standard Python numerical methods
 '+', '-', '*', '//', '%', 'divmod', '**', and '()' as well as the
 methods listed below.
 
 Parameters
 ----------
 coef : array_like
 Chebyshev coefficients in order of increasing degree, i.e.,
 ``(1, 2, 3)`` gives ``1*T_0(x) + 2*T_1(x) + 3*T_2(x)``.
 domain : (2,) array_like, optional
 Domain to use. The interval ``[domain[0], domain[1]]`` is mapped
 to the interval ``[window[0], window[1]]`` by shifting and scaling.
 The default value is [-1, 1].
 window : (2,) array_like, optional
 Window, see `domain` for its use. The default value is [-1, 1].
 
 .. versionadded:: 1.6.0
 symbol : str, optional
 Symbol used to represent the independent variable in string
 representations of the polynomial expression, e.g. for printing.
 The symbol must be a valid Python identifier. Default value is 'x'.
 
 .. versionadded:: 1.24
 
 """
 # Virtual Functions
 _add = staticmethod(chebadd)
 _sub = staticmethod(chebsub)
 _mul = staticmethod(chebmul)
 _div = staticmethod(chebdiv)
 _pow = staticmethod(chebpow)
 _val = staticmethod(chebval)
 _int = staticmethod(chebint)
 _der = staticmethod(chebder)
 _fit = staticmethod(chebfit)
 _line = staticmethod(chebline)
 _roots = staticmethod(chebroots)
 _fromroots = staticmethod(chebfromroots)
 
 @classmethod
 def interpolate(cls, func, deg, domain=None, args=()):
 """Interpolate a function at the Chebyshev points of the first kind.
 
 Returns the series that interpolates `func` at the Chebyshev points of
 the first kind scaled and shifted to the `domain`. The resulting series
 tends to a minmax approximation of `func` when the function is
 continuous in the domain.
 
 .. versionadded:: 1.14.0
 
 Parameters
 ----------
 func : function
 The function to be interpolated. It must be a function of a single
 variable of the form ``f(x, a, b, c...)``, where ``a, b, c...`` are
 extra arguments passed in the `args` parameter.
 deg : int
 Degree of the interpolating polynomial.
 domain : {None, [beg, end]}, optional
 Domain over which `func` is interpolated. The default is None, in
 which case the domain is [-1, 1].
 args : tuple, optional
 Extra arguments to be used in the function call. Default is no
 extra arguments.
 
 Returns
 -------
 polynomial : Chebyshev instance
 Interpolating Chebyshev instance.
 
 Notes
 -----
 See `numpy.polynomial.chebfromfunction` for more details.
 
 """
 if domain is None:
 domain = cls.domain
 xfunc = lambda x: func(pu.mapdomain(x, cls.window, domain), *args)
 coef = chebinterpolate(xfunc, deg)
 return cls(coef, domain=domain)
 
 # Virtual properties
 domain = np.array(chebdomain)
 window = np.array(chebdomain)
 basis_name = 'T'
 
 |