basis_reduction_tab.c

   1 #include <assert.h>
   2 #include "isl_seq.h"
   3 #include "isl_tab.h"
   4
   5 struct tab_lp {
   6         struct isl_ctx  *ctx;
   7         struct isl_vec  *row;
   8         struct isl_tab  *tab;
   9         struct isl_tab_undo     **stack;
  10         isl_int         *obj;
  11         isl_int          opt;
  12         isl_int          opt_denom;
  13         isl_int          tmp;
  14         isl_int          tmp2;
  15         int              neq;
  16         unsigned         dim;
  17         /* number of constraints in initial product tableau */
  18         int              con_offset;
  19         /* objective function has fixed or no integer value */
  20         int              is_fixed;
  21 };
  22
  23 static struct tab_lp *init_lp(struct isl_basic_set *bset);
  24 static void set_lp_obj(struct tab_lp *lp, isl_int *row, int dim);
  25 static int solve_lp(struct tab_lp *lp);
  26 static void get_obj_val(struct tab_lp* lp, mpq_t *F);
  27 static void delete_lp(struct tab_lp *lp);
  28 static int add_lp_row(struct tab_lp *lp, isl_int *row, int dim);
  29 static void get_alpha(struct tab_lp* lp, int row, mpq_t *alpha);
  30 static void del_lp_row(struct tab_lp *lp);
  31 static int cut_lp_to_hyperplane(struct tab_lp *lp, isl_int *row);
  32
  33 #define GBR_LP                              struct tab_lp
  34 #define GBR_type                            mpq_t
  35 #define GBR_init(v)                         mpq_init(v)
  36 #define GBR_clear(v)                        mpq_clear(v)
  37 #define GBR_set(a,b)                        mpq_set(a,b)
  38 #define GBR_set_ui(a,b)                     mpq_set_ui(a,b,1)
  39 #define GBR_mul(a,b,c)                      mpq_mul(a,b,c)
  40 #define GBR_lt(a,b)                         (mpq_cmp(a,b) < 0)
  41 #define GBR_is_zero(a)                      (mpq_sgn(a) == 0)
  42 #define GBR_floor(a,b)                      mpz_fdiv_q(a,mpq_numref(b),mpq_denref(b))
  43 #define GBR_ceil(a,b)                       mpz_cdiv_q(a,mpq_numref(b),mpq_denref(b))
  44 #define GBR_lp_init(P)                      init_lp(P)
  45 #define GBR_lp_set_obj(lp, obj, dim)        set_lp_obj(lp, obj, dim)
  46 #define GBR_lp_solve(lp)                    solve_lp(lp)
  47 #define GBR_lp_get_obj_val(lp, F)           get_obj_val(lp, F)
  48 #define GBR_lp_delete(lp)                   delete_lp(lp)
  49 #define GBR_lp_next_row(lp)                 lp->neq
  50 #define GBR_lp_add_row(lp, row, dim)        add_lp_row(lp, row, dim)
  51 #define GBR_lp_get_alpha(lp, row, alpha)    get_alpha(lp, row, alpha)
  52 #define GBR_lp_del_row(lp)                  del_lp_row(lp)
  53 #define GBR_lp_is_fixed(lp)                 (lp)->is_fixed
  54 #define GBR_lp_cut(lp, obj)                 cut_lp_to_hyperplane(lp, obj)
  55 #include "basis_reduction_templ.c"
  56
  57 /* Set up a tableau for the Cartesian product of bset with itself.
  58  * This could be optimized by first setting up a tableau for bset
  59  * and then performing the Cartesian product on the tableau.
  60  */
  61 static struct isl_tab *gbr_tab(struct isl_basic_set *bset,
  62         struct isl_vec *row)
  63 {
  64         int i, j;
  65         unsigned dim;
  66         struct isl_tab *tab;
  67
  68         if (!bset || !row)
  69                 return NULL;
  70
  71         dim = isl_basic_set_total_dim(bset);
  72         tab = isl_tab_alloc(bset->ctx, 2 * bset->n_ineq + 3 * dim + 1, 2 * dim, 0);
  73
  74         for (i = 0; i < 2; ++i) {
  75                 isl_seq_clr(row->el + 1 + (1 - i) * dim, dim);
  76                 for (j = 0; j < bset->n_ineq; ++j) {
  77                         isl_int_set(row->el[0], bset->ineq[j][0]);
  78                         isl_seq_cpy(row->el + 1 + i * dim,
  79                                     bset->ineq[j] + 1, dim);
  80                         tab = isl_tab_add_ineq(tab, row->el);
  81                         if (!tab || tab->empty)
  82                                 return tab;
  83                 }
  84         }
  85
  86         return tab;
  87 }
  88
  89 static struct tab_lp *init_lp(struct isl_basic_set *bset)
  90 {
  91         struct tab_lp *lp = NULL;
  92
  93         if (!bset)
  94                 return NULL;
  95
  96         isl_assert(bset->ctx, bset->n_eq == 0, return NULL);
  97
  98         lp = isl_calloc_type(bset->ctx, struct tab_lp);
  99         if (!lp)
 100                 return NULL;
 101
 102         isl_int_init(lp->opt);
 103         isl_int_init(lp->opt_denom);
 104         isl_int_init(lp->tmp);
 105         isl_int_init(lp->tmp2);
 106
 107         lp->dim = isl_basic_set_total_dim(bset);
 108
 109         lp->ctx = bset->ctx;
 110         isl_ctx_ref(lp->ctx);
 111
 112         lp->stack = isl_alloc_array(lp->ctx, struct isl_tab_undo *, lp->dim);
 113
 114         lp->row = isl_vec_alloc(lp->ctx, 1 + 2 * lp->dim);
 115         if (!lp->row)
 116                 goto error;
 117         lp->tab = gbr_tab(bset, lp->row);
 118         if (!lp->tab)
 119                 goto error;
 120         lp->con_offset = lp->tab->n_con;
 121         lp->obj = NULL;
 122         lp->neq = 0;
 123
 124         return lp;
 125 error:
 126         delete_lp(lp);
 127         return NULL;
 128 }
 129
 130 static void set_lp_obj(struct tab_lp *lp, isl_int *row, int dim)
 131 {
 132         lp->obj = row;
 133 }
 134
 135 static int solve_lp(struct tab_lp *lp)
 136 {
 137         enum isl_lp_result res;
 138         unsigned flags = 0;
 139
 140         lp->is_fixed = 0;
 141
 142         isl_int_set_si(lp->row->el[0], 0);
 143         isl_seq_cpy(lp->row->el + 1, lp->obj, lp->dim);
 144         isl_seq_neg(lp->row->el + 1 + lp->dim, lp->obj, lp->dim);
 145         if (lp->neq)
 146                 flags = ISL_TAB_SAVE_DUAL;
 147         res = isl_tab_min(lp->tab, lp->row->el, lp->ctx->one,
 148                           &lp->opt, &lp->opt_denom, flags);
 149         isl_int_mul_ui(lp->opt_denom, lp->opt_denom, 2);
 150         if (isl_int_abs_lt(lp->opt, lp->opt_denom)) {
 151                 struct isl_vec *sample = isl_tab_get_sample_value(lp->tab);
 152                 if (!sample)
 153                         return -1;
 154                 isl_seq_inner_product(lp->obj, sample->el + 1, lp->dim, &lp->tmp);
 155                 isl_seq_inner_product(lp->obj, sample->el + 1 + lp->dim, lp->dim, &lp->tmp2);
 156                 isl_int_cdiv_q(lp->tmp, lp->tmp, sample->el[0]);
 157                 isl_int_fdiv_q(lp->tmp2, lp->tmp2, sample->el[0]);
 158                 if (isl_int_ge(lp->tmp, lp->tmp2))
 159                         lp->is_fixed = 1;
 160                 isl_vec_free(sample);
 161         }
 162         isl_int_divexact_ui(lp->opt_denom, lp->opt_denom, 2);
 163         if (res != isl_lp_ok)
 164                 return -1;
 165         return 0;
 166 }
 167
 168 /* The current objective function has a fixed (or no) integer value.
 169  * Cut the tableau to the hyperplane that fixes this value in
 170  * both halves of the tableau.
 171  * Return 1 if the resulting tableau is empty.
 172  */
 173 static int cut_lp_to_hyperplane(struct tab_lp *lp, isl_int *row)
 174 {
 175         enum isl_lp_result res;
 176
 177         isl_int_set_si(lp->row->el[0], 0);
 178         isl_seq_cpy(lp->row->el + 1, row, lp->dim);
 179         isl_seq_clr(lp->row->el + 1 + lp->dim, lp->dim);
 180         res = isl_tab_min(lp->tab, lp->row->el, lp->ctx->one,
 181                           &lp->tmp, NULL, 0);
 182         if (res != isl_lp_ok)
 183                 return -1;
 184
 185         isl_int_neg(lp->row->el[0], lp->tmp);
 186         lp->tab = isl_tab_add_eq(lp->tab, lp->row->el);
 187
 188         isl_seq_cpy(lp->row->el + 1 + lp->dim, row, lp->dim);
 189         isl_seq_clr(lp->row->el + 1, lp->dim);
 190         lp->tab = isl_tab_add_eq(lp->tab, lp->row->el);
 191
 192         lp->con_offset += 2;
 193
 194         return lp->tab->empty;
 195 }
 196
 197 static void get_obj_val(struct tab_lp* lp, mpq_t *F)
 198 {
 199         isl_int_neg(mpq_numref(*F), lp->opt);
 200         isl_int_set(mpq_denref(*F), lp->opt_denom);
 201 }
 202
 203 static void delete_lp(struct tab_lp *lp)
 204 {
 205         if (!lp)
 206                 return;
 207
 208         isl_int_clear(lp->opt);
 209         isl_int_clear(lp->opt_denom);
 210         isl_int_clear(lp->tmp);
 211         isl_int_clear(lp->tmp2);
 212         isl_vec_free(lp->row);
 213         free(lp->stack);
 214         isl_tab_free(lp->tab);
 215         isl_ctx_deref(lp->ctx);
 216         free(lp);
 217 }
 218
 219 static int add_lp_row(struct tab_lp *lp, isl_int *row, int dim)
 220 {
 221         lp->stack[lp->neq] = isl_tab_snap(lp->tab);
 222
 223         isl_int_set_si(lp->row->el[0], 0);
 224         isl_seq_cpy(lp->row->el + 1, row, lp->dim);
 225         isl_seq_neg(lp->row->el + 1 + lp->dim, row, lp->dim);
 226
 227         lp->tab = isl_tab_add_valid_eq(lp->tab, lp->row->el);
 228
 229         return lp->neq++;
 230 }
 231
 232 static void get_alpha(struct tab_lp* lp, int row, mpq_t *alpha)
 233 {
 234         row += lp->con_offset;
 235         isl_int_neg(mpq_numref(*alpha), lp->tab->dual->el[1 + row]);
 236         isl_int_set(mpq_denref(*alpha), lp->tab->dual->el[0]);
 237 }
 238
 239 static void del_lp_row(struct tab_lp *lp)
 240 {
 241         lp->neq--;
 242         isl_tab_rollback(lp->tab, lp->stack[lp->neq]);
 243 }