isl_mat: keep track of the actual number of columns in a row
[platform/upstream/isl.git] / isl_mat.c
index fb7c915..c1ba26e 100644 (file)
--- a/isl_mat.c
+++ b/isl_mat.c
@@ -1,3 +1,4 @@
+#include "isl_dim.h"
 #include "isl_seq.h"
 #include "isl_mat.h"
 #include "isl_map_private.h"
@@ -23,9 +24,12 @@ struct isl_mat *isl_mat_alloc(struct isl_ctx *ctx,
        for (i = 0; i < n_row; ++i)
                mat->row[i] = mat->block.data + i * n_col;
 
+       mat->ctx = ctx;
+       isl_ctx_ref(ctx);
        mat->ref = 1;
        mat->n_row = n_row;
        mat->n_col = n_col;
+       mat->max_col = n_col;
        mat->flags = 0;
 
        return mat;
@@ -35,6 +39,60 @@ error:
        return NULL;
 }
 
+struct isl_mat *isl_mat_extend(struct isl_mat *mat,
+       unsigned n_row, unsigned n_col)
+{
+       int i;
+       isl_int *old;
+
+       if (!mat)
+               return NULL;
+
+       if (mat->max_col >= n_col && mat->n_row >= n_row) {
+               if (mat->n_col < n_col)
+                       mat->n_col = n_col;
+               return mat;
+       }
+
+       if (mat->max_col < n_col) {
+               struct isl_mat *new_mat;
+
+               new_mat = isl_mat_alloc(mat->ctx, n_row, n_col);
+               if (!new_mat)
+                       goto error;
+               for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
+                       isl_seq_cpy(new_mat->row[i], mat->row[i], mat->n_col);
+               isl_mat_free(mat);
+               return new_mat;
+       }
+
+       mat = isl_mat_cow(mat);
+       if (!mat)
+               goto error;
+
+       assert(mat->ref == 1);
+       old = mat->block.data;
+       mat->block = isl_blk_extend(mat->ctx, mat->block, n_row * mat->max_col);
+       if (isl_blk_is_error(mat->block))
+               goto error;
+       mat->row = isl_realloc_array(mat->ctx, mat->row, isl_int *, n_row);
+       if (!mat->row)
+               goto error;
+
+       for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
+               mat->row[i] = mat->block.data + (mat->row[i] - old);
+       for (i = mat->n_row; i < n_row; ++i)
+               mat->row[i] = mat->block.data + i * mat->max_col;
+       mat->n_row = n_row;
+       if (mat->n_col < n_col)
+               mat->n_col = n_col;
+
+       return mat;
+error:
+       isl_mat_free(mat);
+       return NULL;
+}
+
 struct isl_mat *isl_mat_sub_alloc(struct isl_ctx *ctx, isl_int **row,
        unsigned first_row, unsigned n_row, unsigned first_col, unsigned n_col)
 {
@@ -49,6 +107,8 @@ struct isl_mat *isl_mat_sub_alloc(struct isl_ctx *ctx, isl_int **row,
                goto error;
        for (i = 0; i < n_row; ++i)
                mat->row[i] = row[first_row+i] + first_col;
+       mat->ctx = ctx;
+       isl_ctx_ref(ctx);
        mat->ref = 1;
        mat->n_row = n_row;
        mat->n_col = n_col;
@@ -78,7 +138,7 @@ void isl_mat_sub_neg(struct isl_ctx *ctx, isl_int **dst, isl_int **src,
                isl_seq_neg(dst[i]+dst_col, src[i]+src_col, n_col);
 }
 
-struct isl_mat *isl_mat_copy(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat)
+struct isl_mat *isl_mat_copy(struct isl_mat *mat)
 {
        if (!mat)
                return NULL;
@@ -87,14 +147,14 @@ struct isl_mat *isl_mat_copy(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat)
        return mat;
 }
 
-struct isl_mat *isl_mat_dup(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat)
+struct isl_mat *isl_mat_dup(struct isl_mat *mat)
 {
        int i;
        struct isl_mat *mat2;
 
        if (!mat)
                return NULL;
-       mat2 = isl_mat_alloc(ctx, mat->n_row, mat->n_col);
+       mat2 = isl_mat_alloc(mat->ctx, mat->n_row, mat->n_col);
        if (!mat2)
                return NULL;
        for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
@@ -102,21 +162,21 @@ struct isl_mat *isl_mat_dup(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat)
        return mat2;
 }
 
-struct isl_mat *isl_mat_cow(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat)
+struct isl_mat *isl_mat_cow(struct isl_mat *mat)
 {
        struct isl_mat *mat2;
        if (!mat)
                return NULL;
 
-       if (mat->ref == 1 && !F_ISSET(mat, ISL_MAT_BORROWED))
+       if (mat->ref == 1 && !ISL_F_ISSET(mat, ISL_MAT_BORROWED))
                return mat;
 
-       mat2 = isl_mat_dup(ctx, mat);
-       isl_mat_free(ctx, mat);
+       mat2 = isl_mat_dup(mat);
+       isl_mat_free(mat);
        return mat2;
 }
 
-void isl_mat_free(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat)
+void isl_mat_free(struct isl_mat *mat)
 {
        if (!mat)
                return;
@@ -124,8 +184,9 @@ void isl_mat_free(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat)
        if (--mat->ref > 0)
                return;
 
-       if (!F_ISSET(mat, ISL_MAT_BORROWED))
-               isl_blk_free(ctx, mat->block);
+       if (!ISL_F_ISSET(mat, ISL_MAT_BORROWED))
+               isl_blk_free(mat->ctx, mat->block);
+       isl_ctx_deref(mat->ctx);
        free(mat->row);
        free(mat);
 }
@@ -147,8 +208,7 @@ struct isl_mat *isl_mat_identity(struct isl_ctx *ctx, unsigned n_row)
        return mat;
 }
 
-struct isl_vec *isl_mat_vec_product(struct isl_ctx *ctx,
-       struct isl_mat *mat, struct isl_vec *vec)
+struct isl_vec *isl_mat_vec_product(struct isl_mat *mat, struct isl_vec *vec)
 {
        int i;
        struct isl_vec *prod;
@@ -158,24 +218,24 @@ struct isl_vec *isl_mat_vec_product(struct isl_ctx *ctx,
 
        isl_assert(ctx, mat->n_col == vec->size, goto error);
 
-       prod = isl_vec_alloc(ctx, mat->n_row);
+       prod = isl_vec_alloc(mat->ctx, mat->n_row);
        if (!prod)
                goto error;
 
        for (i = 0; i < prod->size; ++i)
-               isl_seq_inner_product(mat->row[i], vec->block.data, vec->size,
+               isl_seq_inner_product(mat->row[i], vec->el, vec->size,
                                        &prod->block.data[i]);
-       isl_mat_free(ctx, mat);
-       isl_vec_free(ctx, vec);
+       isl_mat_free(mat);
+       isl_vec_free(vec);
        return prod;
 error:
-       isl_mat_free(ctx, mat);
-       isl_vec_free(ctx, vec);
+       isl_mat_free(mat);
+       isl_vec_free(vec);
        return NULL;
 }
 
-struct isl_mat *isl_mat_aff_direct_sum(struct isl_ctx *ctx,
-       struct isl_mat *left, struct isl_mat *right)
+struct isl_mat *isl_mat_aff_direct_sum(struct isl_mat *left,
+       struct isl_mat *right)
 {
        int i;
        struct isl_mat *sum;
@@ -194,7 +254,7 @@ struct isl_mat *isl_mat_aff_direct_sum(struct isl_ctx *ctx,
            isl_seq_first_non_zero(right->row[0]+1, right->n_col-1) == -1,
            goto error);
 
-       sum = isl_mat_alloc(ctx, left->n_row, left->n_col + right->n_col - 1);
+       sum = isl_mat_alloc(left->ctx, left->n_row, left->n_col + right->n_col - 1);
        if (!sum)
                goto error;
        isl_int_lcm(sum->row[0][0], left->row[0][0], right->row[0][0]);
@@ -215,16 +275,16 @@ struct isl_mat *isl_mat_aff_direct_sum(struct isl_ctx *ctx,
 
        isl_int_divexact(left->row[0][0], sum->row[0][0], left->row[0][0]);
        isl_int_divexact(right->row[0][0], sum->row[0][0], right->row[0][0]);
-       isl_mat_free(ctx, left);
-       isl_mat_free(ctx, right);
+       isl_mat_free(left);
+       isl_mat_free(right);
        return sum;
 error:
-       isl_mat_free(ctx, left);
-       isl_mat_free(ctx, right);
+       isl_mat_free(left);
+       isl_mat_free(right);
        return NULL;
 }
 
-static void exchange(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *M, struct isl_mat **U,
+static void exchange(struct isl_mat *M, struct isl_mat **U,
        struct isl_mat **Q, unsigned row, unsigned i, unsigned j)
 {
        int r;
@@ -235,13 +295,13 @@ static void exchange(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *M, struct isl_mat **U,
                        isl_int_swap((*U)->row[r][i], (*U)->row[r][j]);
        }
        if (Q)
-               isl_mat_swap_rows(ctx, *Q, i, j);
+               isl_mat_swap_rows(*Q, i, j);
 }
 
-static void subtract(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *M, struct isl_mat **U,
+static void subtract(struct isl_mat *M, struct isl_mat **U,
        struct isl_mat **Q, unsigned row, unsigned i, unsigned j, isl_int m)
 {
-       int r, c;
+       int r;
        for (r = row; r < M->n_row; ++r)
                isl_int_submul(M->row[r][j], m, M->row[r][i]);
        if (U) {
@@ -254,7 +314,7 @@ static void subtract(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *M, struct isl_mat **U,
        }
 }
 
-static void oppose(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *M, struct isl_mat **U,
+static void oppose(struct isl_mat *M, struct isl_mat **U,
        struct isl_mat **Q, unsigned row, unsigned col)
 {
        int r;
@@ -275,11 +335,13 @@ static void oppose(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *M, struct isl_mat **U,
  *
  * with U and Q unimodular matrices and H a matrix in column echelon form
  * such that on each echelon row the entries in the non-echelon column
- * are non-negative and stricly smaller than the entries in the echelon
- * column.  If U or Q are NULL, then these matrices are not computed.
+ * are non-negative (if neg == 0) or non-positive (if neg == 1)
+ * and stricly smaller (in absolute value) than the entries in the echelon
+ * column.
+ * If U or Q are NULL, then these matrices are not computed.
  */
-struct isl_mat *isl_mat_left_hermite(struct isl_ctx *ctx,
-       struct isl_mat *M, struct isl_mat **U, struct isl_mat **Q)
+struct isl_mat *isl_mat_left_hermite(struct isl_mat *M, int neg,
+       struct isl_mat **U, struct isl_mat **Q)
 {
        isl_int c;
        int row, col;
@@ -290,16 +352,16 @@ struct isl_mat *isl_mat_left_hermite(struct isl_ctx *ctx,
                *Q = NULL;
        if (!M)
                goto error;
-       M = isl_mat_cow(ctx, M);
+       M = isl_mat_cow(M);
        if (!M)
                goto error;
        if (U) {
-               *U = isl_mat_identity(ctx, M->n_col);
+               *U = isl_mat_identity(M->ctx, M->n_col);
                if (!*U)
                        goto error;
        }
        if (Q) {
-               *Q = isl_mat_identity(ctx, M->n_col);
+               *Q = isl_mat_identity(M->ctx, M->n_col);
                if (!*Q)
                        goto error;
        }
@@ -313,27 +375,30 @@ struct isl_mat *isl_mat_left_hermite(struct isl_ctx *ctx,
                        continue;
                first += col;
                if (first != col)
-                       exchange(ctx, M, U, Q, row, first, col);
+                       exchange(M, U, Q, row, first, col);
                if (isl_int_is_neg(M->row[row][col]))
-                       oppose(ctx, M, U, Q, row, col);
+                       oppose(M, U, Q, row, col);
                first = col+1;
                while ((off = isl_seq_first_non_zero(M->row[row]+first,
                                                       M->n_col-first)) != -1) {
                        first += off;
                        isl_int_fdiv_q(c, M->row[row][first], M->row[row][col]);
-                       subtract(ctx, M, U, Q, row, col, first, c);
+                       subtract(M, U, Q, row, col, first, c);
                        if (!isl_int_is_zero(M->row[row][first]))
-                               exchange(ctx, M, U, Q, row, first, col);
+                               exchange(M, U, Q, row, first, col);
                        else
                                ++first;
                }
                for (i = 0; i < col; ++i) {
                        if (isl_int_is_zero(M->row[row][i]))
                                continue;
-                       isl_int_fdiv_q(c, M->row[row][i], M->row[row][col]);
+                       if (neg)
+                               isl_int_cdiv_q(c, M->row[row][i], M->row[row][col]);
+                       else
+                               isl_int_fdiv_q(c, M->row[row][i], M->row[row][col]);
                        if (isl_int_is_zero(c))
                                continue;
-                       subtract(ctx, M, U, Q, row, col, i, c);
+                       subtract(M, U, Q, row, col, i, c);
                }
                ++col;
        }
@@ -342,24 +407,53 @@ struct isl_mat *isl_mat_left_hermite(struct isl_ctx *ctx,
        return M;
 error:
        if (Q) {
-               isl_mat_free(ctx, *Q);
+               isl_mat_free(*Q);
                *Q = NULL;
        }
        if (U) {
-               isl_mat_free(ctx, *U);
+               isl_mat_free(*U);
                *U = NULL;
        }
        return NULL;
 }
 
-struct isl_mat *isl_mat_lin_to_aff(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat)
+struct isl_mat *isl_mat_right_kernel(struct isl_mat *mat)
+{
+       int i, rank;
+       struct isl_mat *U = NULL;
+       struct isl_mat *K;
+
+       mat = isl_mat_left_hermite(mat, 0, &U, NULL);
+       if (!mat || !U)
+               goto error;
+
+       for (i = 0, rank = 0; rank < mat->n_col; ++rank) {
+               while (i < mat->n_row && isl_int_is_zero(mat->row[i][rank]))
+                       ++i;
+               if (i >= mat->n_row)
+                       break;
+       }
+       K = isl_mat_alloc(U->ctx, U->n_row, U->n_col - rank);
+       if (!K)
+               goto error;
+       isl_mat_sub_copy(K->ctx, K->row, U->row, U->n_row, 0, rank, U->n_col-rank);
+       isl_mat_free(mat);
+       isl_mat_free(U);
+       return K;
+error:
+       isl_mat_free(mat);
+       isl_mat_free(U);
+       return NULL;
+}
+
+struct isl_mat *isl_mat_lin_to_aff(struct isl_mat *mat)
 {
        int i;
        struct isl_mat *mat2;
 
        if (!mat)
                return NULL;
-       mat2 = isl_mat_alloc(ctx, 1+mat->n_row, 1+mat->n_col);
+       mat2 = isl_mat_alloc(mat->ctx, 1+mat->n_row, 1+mat->n_col);
        if (!mat2)
                return NULL;
        isl_int_set_si(mat2->row[0][0], 1);
@@ -368,7 +462,7 @@ struct isl_mat *isl_mat_lin_to_aff(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat)
                isl_int_set_si(mat2->row[1+i][0], 0);
                isl_seq_cpy(mat2->row[1+i]+1, mat->row[i], mat->n_col);
        }
-       isl_mat_free(ctx, mat);
+       isl_mat_free(mat);
        return mat2;
 }
 
@@ -396,38 +490,36 @@ static int row_abs_min_non_zero(isl_int **row, unsigned n_row, unsigned col)
        return min;
 }
 
-static void inv_exchange(struct isl_ctx *ctx,
-       struct isl_mat *left, struct isl_mat *right,
+static void inv_exchange(struct isl_mat *left, struct isl_mat *right,
        unsigned i, unsigned j)
 {
-       left = isl_mat_swap_rows(ctx, left, i, j);
-       right = isl_mat_swap_rows(ctx, right, i, j);
+       left = isl_mat_swap_rows(left, i, j);
+       right = isl_mat_swap_rows(right, i, j);
 }
 
-static void inv_oppose(struct isl_ctx *ctx,
+static void inv_oppose(
        struct isl_mat *left, struct isl_mat *right, unsigned row)
 {
        isl_seq_neg(left->row[row]+row, left->row[row]+row, left->n_col-row);
        isl_seq_neg(right->row[row], right->row[row], right->n_col);
 }
 
-static void inv_subtract(struct isl_ctx *ctx,
-       struct isl_mat *left, struct isl_mat *right,
+static void inv_subtract(struct isl_mat *left, struct isl_mat *right,
        unsigned row, unsigned i, isl_int m)
 {
        isl_int_neg(m, m);
        isl_seq_combine(left->row[i]+row,
-                       ctx->one, left->row[i]+row,
+                       left->ctx->one, left->row[i]+row,
                        m, left->row[row]+row,
                        left->n_col-row);
-       isl_seq_combine(right->row[i], ctx->one, right->row[i],
+       isl_seq_combine(right->row[i], right->ctx->one, right->row[i],
                        m, right->row[row], right->n_col);
 }
 
 /* Compute inv(left)*right
  */
-struct isl_mat *isl_mat_inverse_product(struct isl_ctx *ctx,
-       struct isl_mat *left, struct isl_mat *right)
+struct isl_mat *isl_mat_inverse_product(struct isl_mat *left,
+       struct isl_mat *right)
 {
        int row;
        isl_int a, b;
@@ -435,16 +527,16 @@ struct isl_mat *isl_mat_inverse_product(struct isl_ctx *ctx,
        if (!left || !right)
                goto error;
 
-       isl_assert(ctx, left->n_row == left->n_col, goto error);
-       isl_assert(ctx, left->n_row == right->n_row, goto error);
+       isl_assert(left->ctx, left->n_row == left->n_col, goto error);
+       isl_assert(left->ctx, left->n_row == right->n_row, goto error);
 
        if (left->n_row == 0) {
-               isl_mat_free(ctx, left);
+               isl_mat_free(left);
                return right;
        }
 
-       left = isl_mat_cow(ctx, left);
-       right = isl_mat_cow(ctx, right);
+       left = isl_mat_cow(left);
+       right = isl_mat_cow(right);
        if (!left || !right)
                goto error;
 
@@ -460,18 +552,18 @@ struct isl_mat *isl_mat_inverse_product(struct isl_ctx *ctx,
                }
                pivot += row;
                if (pivot != row)
-                       inv_exchange(ctx, left, right, pivot, row);
+                       inv_exchange(left, right, pivot, row);
                if (isl_int_is_neg(left->row[row][row]))
-                       inv_oppose(ctx, left, right, row);
+                       inv_oppose(left, right, row);
                first = row+1;
                while ((off = row_first_non_zero(left->row+first,
                                        left->n_row-first, row)) != -1) {
                        first += off;
                        isl_int_fdiv_q(a, left->row[first][row],
                                        left->row[row][row]);
-                       inv_subtract(ctx, left, right, row, first, a);
+                       inv_subtract(left, right, row, first, a);
                        if (!isl_int_is_zero(left->row[first][row]))
-                               inv_exchange(ctx, left, right, row, first);
+                               inv_exchange(left, right, row, first);
                        else
                                ++first;
                }
@@ -508,22 +600,167 @@ struct isl_mat *isl_mat_inverse_product(struct isl_ctx *ctx,
        }
        isl_int_clear(a);
 
-       isl_mat_free(ctx, left);
+       isl_mat_free(left);
        return right;
 error:
-       isl_mat_free(ctx, left);
-       isl_mat_free(ctx, right);
+       isl_mat_free(left);
+       isl_mat_free(right);
        return NULL;
 }
 
-struct isl_mat *isl_mat_swap_rows(struct isl_ctx *ctx,
-       struct isl_mat *mat, unsigned i, unsigned j)
+void isl_mat_col_scale(struct isl_mat *mat, unsigned col, isl_int m)
+{
+       int i;
+
+       for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
+               isl_int_mul(mat->row[i][col], mat->row[i][col], m);
+}
+
+void isl_mat_col_combine(struct isl_mat *mat, unsigned dst,
+       isl_int m1, unsigned src1, isl_int m2, unsigned src2)
+{
+       int i;
+       isl_int tmp;
+
+       isl_int_init(tmp);
+       for (i = 0; i < mat->n_row; ++i) {
+               isl_int_mul(tmp, m1, mat->row[i][src1]);
+               isl_int_addmul(tmp, m2, mat->row[i][src2]);
+               isl_int_set(mat->row[i][dst], tmp);
+       }
+       isl_int_clear(tmp);
+}
+
+struct isl_mat *isl_mat_right_inverse(struct isl_mat *mat)
+{
+       struct isl_mat *inv;
+       int row;
+       isl_int a, b;
+
+       mat = isl_mat_cow(mat);
+       if (!mat)
+               return NULL;
+
+       inv = isl_mat_identity(mat->ctx, mat->n_col);
+       inv = isl_mat_cow(inv);
+       if (!inv)
+               goto error;
+
+       isl_int_init(a);
+       isl_int_init(b);
+       for (row = 0; row < mat->n_row; ++row) {
+               int pivot, first, i, off;
+               pivot = isl_seq_abs_min_non_zero(mat->row[row]+row, mat->n_col-row);
+               if (pivot < 0) {
+                       isl_int_clear(a);
+                       isl_int_clear(b);
+                       goto error;
+               }
+               pivot += row;
+               if (pivot != row)
+                       exchange(mat, &inv, NULL, row, pivot, row);
+               if (isl_int_is_neg(mat->row[row][row]))
+                       oppose(mat, &inv, NULL, row, row);
+               first = row+1;
+               while ((off = isl_seq_first_non_zero(mat->row[row]+first,
+                                                   mat->n_col-first)) != -1) {
+                       first += off;
+                       isl_int_fdiv_q(a, mat->row[row][first],
+                                                   mat->row[row][row]);
+                       subtract(mat, &inv, NULL, row, row, first, a);
+                       if (!isl_int_is_zero(mat->row[row][first]))
+                               exchange(mat, &inv, NULL, row, row, first);
+                       else
+                               ++first;
+               }
+               for (i = 0; i < row; ++i) {
+                       if (isl_int_is_zero(mat->row[row][i]))
+                               continue;
+                       isl_int_gcd(a, mat->row[row][row], mat->row[row][i]);
+                       isl_int_divexact(b, mat->row[row][i], a);
+                       isl_int_divexact(a, mat->row[row][row], a);
+                       isl_int_neg(a, a);
+                       isl_mat_col_combine(mat, i, a, i, b, row);
+                       isl_mat_col_combine(inv, i, a, i, b, row);
+               }
+       }
+       isl_int_clear(b);
+
+       isl_int_set(a, mat->row[0][0]);
+       for (row = 1; row < mat->n_row; ++row)
+               isl_int_lcm(a, a, mat->row[row][row]);
+       if (isl_int_is_zero(a)){
+               isl_int_clear(a);
+               goto error;
+       }
+       for (row = 0; row < mat->n_row; ++row) {
+               isl_int_divexact(mat->row[row][row], a, mat->row[row][row]);
+               if (isl_int_is_one(mat->row[row][row]))
+                       continue;
+               isl_mat_col_scale(inv, row, mat->row[row][row]);
+       }
+       isl_int_clear(a);
+
+       isl_mat_free(mat);
+
+       return inv;
+error:
+       isl_mat_free(mat);
+       return NULL;
+}
+
+struct isl_mat *isl_mat_transpose(struct isl_mat *mat)
+{
+       struct isl_mat *transpose = NULL;
+       int i, j;
+
+       if (mat->n_col == mat->n_row) {
+               mat = isl_mat_cow(mat);
+               if (!mat)
+                       return NULL;
+               for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
+                       for (j = i + 1; j < mat->n_col; ++j)
+                               isl_int_swap(mat->row[i][j], mat->row[j][i]);
+               return mat;
+       }
+       transpose = isl_mat_alloc(mat->ctx, mat->n_col, mat->n_row);
+       if (!transpose)
+               goto error;
+       for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
+               for (j = 0; j < mat->n_col; ++j)
+                       isl_int_set(transpose->row[j][i], mat->row[i][j]);
+       isl_mat_free(mat);
+       return transpose;
+error:
+       isl_mat_free(mat);
+       return NULL;
+}
+
+struct isl_mat *isl_mat_swap_cols(struct isl_mat *mat, unsigned i, unsigned j)
+{
+       int r;
+
+       mat = isl_mat_cow(mat);
+       if (!mat)
+               return NULL;
+       isl_assert(ctx, i < mat->n_col, goto error);
+       isl_assert(ctx, j < mat->n_col, goto error);
+
+       for (r = 0; r < mat->n_row; ++r)
+               isl_int_swap(mat->row[r][i], mat->row[r][j]);
+       return mat;
+error:
+       isl_mat_free(mat);
+       return NULL;
+}
+
+struct isl_mat *isl_mat_swap_rows(struct isl_mat *mat, unsigned i, unsigned j)
 {
        isl_int *t;
 
        if (!mat)
                return NULL;
-       mat = isl_mat_cow(ctx, mat);
+       mat = isl_mat_cow(mat);
        if (!mat)
                return NULL;
        t = mat->row[i];
@@ -532,8 +769,7 @@ struct isl_mat *isl_mat_swap_rows(struct isl_ctx *ctx,
        return mat;
 }
 
-struct isl_mat *isl_mat_product(struct isl_ctx *ctx,
-       struct isl_mat *left, struct isl_mat *right)
+struct isl_mat *isl_mat_product(struct isl_mat *left, struct isl_mat *right)
 {
        int i, j, k;
        struct isl_mat *prod;
@@ -541,7 +777,7 @@ struct isl_mat *isl_mat_product(struct isl_ctx *ctx,
        if (!left || !right)
                goto error;
        isl_assert(ctx, left->n_col == right->n_row, goto error);
-       prod = isl_mat_alloc(ctx, left->n_row, right->n_col);
+       prod = isl_mat_alloc(left->ctx, left->n_row, right->n_col);
        if (!prod)
                goto error;
        if (left->n_col == 0) {
@@ -558,65 +794,159 @@ struct isl_mat *isl_mat_product(struct isl_ctx *ctx,
                                            left->row[i][k], right->row[k][j]);
                }
        }
-       isl_mat_free(ctx, left);
-       isl_mat_free(ctx, right);
+       isl_mat_free(left);
+       isl_mat_free(right);
        return prod;
 error:
-       isl_mat_free(ctx, left);
-       isl_mat_free(ctx, right);
+       isl_mat_free(left);
+       isl_mat_free(right);
        return NULL;
 }
 
-struct isl_basic_set *isl_basic_set_preimage(struct isl_ctx *ctx,
-       struct isl_basic_set *bset, struct isl_mat *mat)
+/* Replace the variables x in the rows q by x' given by x = M x',
+ * with M the matrix mat.
+ *
+ * If the number of new variables is greater than the original
+ * number of variables, then the rows q have already been
+ * preextended.  If the new number is smaller, then the coefficients
+ * of the divs, which are not changed, need to be shifted down.
+ * The row q may be the equalities, the inequalities or the
+ * div expressions.  In the latter case, has_div is true and
+ * we need to take into account the extra denominator column.
+ */
+static int preimage(struct isl_ctx *ctx, isl_int **q, unsigned n,
+       unsigned n_div, int has_div, struct isl_mat *mat)
 {
-       struct isl_mat *t;
        int i;
+       struct isl_mat *t;
+       int e;
+
+       if (mat->n_col >= mat->n_row)
+               e = 0;
+       else
+               e = mat->n_row - mat->n_col;
+       if (has_div)
+               for (i = 0; i < n; ++i)
+                       isl_int_mul(q[i][0], q[i][0], mat->row[0][0]);
+       t = isl_mat_sub_alloc(mat->ctx, q, 0, n, has_div, mat->n_row);
+       t = isl_mat_product(t, mat);
+       if (!t)
+               return -1;
+       for (i = 0; i < n; ++i) {
+               isl_seq_swp_or_cpy(q[i] + has_div, t->row[i], t->n_col);
+               isl_seq_cpy(q[i] + has_div + t->n_col,
+                           q[i] + has_div + t->n_col + e, n_div);
+               isl_seq_clr(q[i] + has_div + t->n_col + n_div, e);
+       }
+       isl_mat_free(t);
+       return 0;
+}
+
+/* Replace the variables x in bset by x' given by x = M x', with
+ * M the matrix mat.
+ *
+ * If there are fewer variables x' then there are x, then we perform
+ * the transformation in place, which that, in principle,
+ * this frees up some extra variables as the number
+ * of columns remains constant, but we would have to extend
+ * the div array too as the number of rows in this array is assumed
+ * to be equal to extra.
+ */
+struct isl_basic_set *isl_basic_set_preimage(struct isl_basic_set *bset,
+       struct isl_mat *mat)
+{
+       struct isl_ctx *ctx;
 
        if (!bset || !mat)
                goto error;
 
-       bset = isl_basic_set_cow(ctx, bset);
+       ctx = bset->ctx;
+       bset = isl_basic_set_cow(bset);
        if (!bset)
                goto error;
 
-       isl_assert(ctx, bset->nparam == 0, goto error);
-       isl_assert(ctx, bset->n_div == 0, goto error);
-       isl_assert(ctx, 1+bset->dim == mat->n_row, goto error);
+       isl_assert(ctx, bset->dim->nparam == 0, goto error);
+       isl_assert(ctx, 1+bset->dim->n_out == mat->n_row, goto error);
 
-       t = isl_mat_sub_alloc(ctx, bset->eq, 0, bset->n_eq, 0, mat->n_row);
-       t = isl_mat_product(ctx, t, isl_mat_copy(ctx, mat));
-       if (!t)
+       if (mat->n_col > mat->n_row)
+               bset = isl_basic_set_extend(bset, 0, mat->n_col-1, 0,
+                                               0, 0);
+       else if (mat->n_col < mat->n_row) {
+               bset->dim = isl_dim_cow(bset->dim);
+               if (!bset->dim)
+                       goto error;
+               bset->dim->n_out -= mat->n_row - mat->n_col;
+       }
+
+       if (preimage(ctx, bset->eq, bset->n_eq, bset->n_div, 0,
+                       isl_mat_copy(mat)) < 0)
                goto error;
-       for (i = 0; i < bset->n_eq; ++i)
-               isl_seq_swp_or_cpy(bset->eq[i], t->row[i], t->n_col);
-       isl_mat_free(ctx, t);
 
-       t = isl_mat_sub_alloc(ctx, bset->ineq, 0, bset->n_ineq, 0, mat->n_row);
-       t = isl_mat_product(ctx, t, isl_mat_copy(ctx, mat));
-       if (!t)
+       if (preimage(ctx, bset->ineq, bset->n_ineq, bset->n_div, 0,
+                       isl_mat_copy(mat)) < 0)
                goto error;
-       for (i = 0; i < bset->n_ineq; ++i)
-               isl_seq_swp_or_cpy(bset->ineq[i], t->row[i], t->n_col);
-       isl_mat_free(ctx, t);
 
-       bset->dim -= mat->n_row - mat->n_col;
-       bset = isl_basic_set_simplify(ctx, bset);
-       bset = isl_basic_set_finalize(ctx, bset);
+       if (preimage(ctx, bset->div, bset->n_div, bset->n_div, 1, mat) < 0)
+               goto error2;
+
+       ISL_F_CLR(bset, ISL_BASIC_SET_NO_IMPLICIT);
+       ISL_F_CLR(bset, ISL_BASIC_SET_NO_REDUNDANT);
+       ISL_F_CLR(bset, ISL_BASIC_SET_NORMALIZED);
+       ISL_F_CLR(bset, ISL_BASIC_SET_NORMALIZED_DIVS);
+       ISL_F_CLR(bset, ISL_BASIC_SET_ALL_EQUALITIES);
+
+       bset = isl_basic_set_simplify(bset);
+       bset = isl_basic_set_finalize(bset);
 
-       isl_mat_free(ctx, mat);
        return bset;
 error:
-       isl_mat_free(ctx, mat);
-       isl_basic_set_free(ctx, bset);
+       isl_mat_free(mat);
+error2:
+       isl_basic_set_free(bset);
+       return NULL;
+}
+
+struct isl_set *isl_set_preimage(struct isl_set *set, struct isl_mat *mat)
+{
+       struct isl_ctx *ctx;
+       int i;
+
+       set = isl_set_cow(set);
+       if (!set)
+               return NULL;
+
+       ctx = set->ctx;
+       for (i = 0; i < set->n; ++i) {
+               set->p[i] = isl_basic_set_preimage(set->p[i],
+                                                   isl_mat_copy(mat));
+               if (!set->p[i])
+                       goto error;
+       }
+       if (mat->n_col != mat->n_row) {
+               set->dim = isl_dim_cow(set->dim);
+               if (!set->dim)
+                       goto error;
+               set->dim->n_out += mat->n_col;
+               set->dim->n_out -= mat->n_row;
+       }
+       isl_mat_free(mat);
+       ISL_F_CLR(set, ISL_SET_NORMALIZED);
+       return set;
+error:
+       isl_set_free(set);
+       isl_mat_free(mat);
        return NULL;
 }
 
-void isl_mat_dump(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat,
-                               FILE *out, int indent)
+void isl_mat_dump(struct isl_mat *mat, FILE *out, int indent)
 {
        int i, j;
 
+       if (!mat) {
+               fprintf(out, "%*snull mat\n", indent, "");
+               return;
+       }
+
        if (mat->n_row == 0)
                fprintf(out, "%*s[]\n", indent, "");
 
@@ -628,7 +958,7 @@ void isl_mat_dump(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat,
                for (j = 0; j < mat->n_col; ++j) {
                        if (j)
                            fprintf(out, ",");
-                       isl_int_print(out, mat->row[i][j]);
+                       isl_int_print(out, mat->row[i][j], 0);
                }
                if (i == mat->n_row-1)
                        fprintf(out, "]]\n");
@@ -637,28 +967,28 @@ void isl_mat_dump(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat,
        }
 }
 
-struct isl_mat *isl_mat_drop_col(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat,
-                               unsigned col)
+struct isl_mat *isl_mat_drop_cols(struct isl_mat *mat, unsigned col, unsigned n)
 {
        int r;
 
+       mat = isl_mat_cow(mat);
        if (!mat)
                return NULL;
 
-       if (col != mat->n_col-1) {
+       if (col != mat->n_col-n) {
                for (r = 0; r < mat->n_row; ++r)
-                       isl_seq_cpy(mat->row[r]+col, mat->row[r]+col+1,
-                                       mat->n_col - col - 1);
+                       isl_seq_cpy(mat->row[r]+col, mat->row[r]+col+n,
+                                       mat->n_col - col - n);
        }
-       mat->n_col--;
+       mat->n_col -= n;
        return mat;
 }
 
-struct isl_mat *isl_mat_drop_rows(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat,
-                               unsigned row, unsigned n)
+struct isl_mat *isl_mat_drop_rows(struct isl_mat *mat, unsigned row, unsigned n)
 {
        int r;
 
+       mat = isl_mat_cow(mat);
        if (!mat)
                return NULL;
 
@@ -668,3 +998,45 @@ struct isl_mat *isl_mat_drop_rows(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat,
        mat->n_row -= n;
        return mat;
 }
+
+void isl_mat_col_submul(struct isl_mat *mat,
+                       int dst_col, isl_int f, int src_col)
+{
+       int i;
+
+       for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
+               isl_int_submul(mat->row[i][dst_col], f, mat->row[i][src_col]);
+}
+
+void isl_mat_col_mul(struct isl_mat *mat, int dst_col, isl_int f, int src_col)
+{
+       int i;
+
+       for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
+               isl_int_mul(mat->row[i][dst_col], f, mat->row[i][src_col]);
+}
+
+struct isl_mat *isl_mat_unimodular_complete(struct isl_mat *M, int row)
+{
+       int r;
+       struct isl_mat *H = NULL, *Q = NULL;
+
+       isl_assert(ctx, M->n_row == M->n_col, goto error);
+       M->n_row = row;
+       H = isl_mat_left_hermite(isl_mat_copy(M), 0, NULL, &Q);
+       M->n_row = M->n_col;
+       if (!H)
+               goto error;
+       for (r = 0; r < row; ++r)
+               isl_assert(ctx, isl_int_is_one(H->row[r][r]), goto error);
+       for (r = row; r < M->n_row; ++r)
+               isl_seq_cpy(M->row[r], Q->row[r], M->n_col);
+       isl_mat_free(H);
+       isl_mat_free(Q);
+       return M;
+error:
+       isl_mat_free(H);
+       isl_mat_free(Q);
+       isl_mat_free(M);
+       return NULL;
+}