sample: remove lineality and skew into positive orthant
authorSven Verdoolaege <skimo@kotnet.org>
Fri, 22 Aug 2008 14:31:44 +0000 (16:31 +0200)
committerSven Verdoolaege <skimo@kotnet.org>
Mon, 25 Aug 2008 08:24:29 +0000 (10:24 +0200)
These changes are needed if we want isl_basic_set_sample
to always return an actual point.  Without them, the lexmin
may be unbounded and we effectively get a ray.

isl_convex_hull.c
isl_equalities.c
isl_mat.c
isl_mat.h
isl_sample.c
isl_sample_piplib.c

index b140b47..8c7ea3f 100644 (file)
@@ -610,10 +610,10 @@ static struct isl_basic_set *compute_facet(struct isl_ctx *ctx,
        isl_int_set_si(m->row[0][0], 1);
        isl_seq_clr(m->row[0]+1, set->dim);
        isl_seq_cpy(m->row[1], c, 1+set->dim);
-       m = isl_mat_left_hermite(ctx, m, &U, &Q);
+       m = isl_mat_left_hermite(ctx, m, 0, &U, &Q);
        if (!m)
                goto error;
-       U = isl_mat_drop_col(ctx, U, 1);
+       U = isl_mat_drop_cols(ctx, U, 1, 1);
        Q = isl_mat_drop_rows(ctx, Q, 1, 1);
        set = isl_set_preimage(ctx, set, U);
        facet = uset_convex_hull(ctx, set);
@@ -857,7 +857,7 @@ static struct isl_basic_set *modulo_lineality(struct isl_ctx *ctx,
        old_dim = set->dim;
        new_dim = bounds->n_row;
        H = isl_mat_sub_alloc(ctx, bounds->row, 0, bounds->n_row, 1, set->dim);
-       H = isl_mat_left_hermite(ctx, H, &U, &Q);
+       H = isl_mat_left_hermite(ctx, H, 0, &U, &Q);
        if (!H)
                goto error;
        U = isl_mat_lin_to_aff(ctx, U);
index 408d2dd..a4aeac4 100644 (file)
@@ -60,7 +60,7 @@ static struct isl_basic_set *compress_variables(struct isl_ctx *ctx,
                return bset;
 
        H = isl_mat_sub_alloc(ctx, bset->eq, 0, bset->n_eq, 1, bset->dim);
-       H = isl_mat_left_hermite(ctx, H, &U, T2);
+       H = isl_mat_left_hermite(ctx, H, 0, &U, T2);
        if (!H || !U || (T2 && !*T2))
                goto error;
        if (T2) {
index 9b4558c..4b3b20a 100644 (file)
--- a/isl_mat.c
+++ b/isl_mat.c
@@ -275,11 +275,13 @@ 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 *M, int neg, struct isl_mat **U, struct isl_mat **Q)
 {
        isl_int c;
        int row, col;
@@ -330,7 +332,10 @@ struct isl_mat *isl_mat_left_hermite(struct isl_ctx *ctx,
                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);
@@ -780,20 +785,20 @@ 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_ctx *ctx, struct isl_mat *mat,
+                               unsigned col, unsigned n)
 {
        int r;
 
        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;
 }
 
index dc17fd2..ba8ac07 100644 (file)
--- a/isl_mat.h
+++ b/isl_mat.h
@@ -49,7 +49,7 @@ struct isl_vec *isl_mat_vec_product(struct isl_ctx *ctx,
 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_left_hermite(struct isl_ctx *ctx,
-       struct isl_mat *M, struct isl_mat **U, struct isl_mat **Q);
+       struct isl_mat *M, int neg, struct isl_mat **U, struct isl_mat **Q);
 struct isl_mat *isl_mat_lin_to_aff(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat);
 struct isl_mat *isl_mat_inverse_product(struct isl_ctx *ctx,
        struct isl_mat *left, struct isl_mat *right);
@@ -58,8 +58,8 @@ struct isl_mat *isl_mat_product(struct isl_ctx *ctx,
 struct isl_mat *isl_mat_right_inverse(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_ctx *ctx, struct isl_mat *mat,
+                               unsigned col, unsigned n);
 struct isl_mat *isl_mat_drop_rows(struct isl_ctx *ctx, struct isl_mat *mat,
                                unsigned row, unsigned n);
 
index 75514d2..35f08f6 100644 (file)
@@ -55,9 +55,89 @@ static struct isl_vec *interval_sample(struct isl_ctx *ctx,
        return sample;
 }
 
+static struct isl_mat *independent_bounds(struct isl_ctx *ctx,
+       struct isl_basic_set *bset)
+{
+       int i, j, n;
+       struct isl_mat *dirs = NULL;
+
+       if (!bset)
+               return NULL;
+
+       if (bset->n_ineq == 0)
+               return isl_mat_alloc(ctx, 0, bset->dim);
+
+       dirs = isl_mat_alloc(ctx, bset->dim, bset->dim);
+       if (!dirs)
+               return NULL;
+       isl_seq_cpy(dirs->row[0], bset->ineq[0]+1, dirs->n_col);
+       for (j = 1, n = 1; n < bset->dim && j < bset->n_ineq; ++j) {
+               int pos;
+
+               isl_seq_cpy(dirs->row[n], bset->ineq[j]+1, dirs->n_col);
+
+               pos = isl_seq_first_non_zero(dirs->row[n], dirs->n_col);
+               if (pos < 0)
+                       continue;
+               for (i = 0; i < n; ++i) {
+                       int pos_i;
+                       pos_i = isl_seq_first_non_zero(dirs->row[i], dirs->n_col);
+                       if (pos_i < pos)
+                               continue;
+                       if (pos_i > pos)
+                               break;
+                       isl_seq_elim(dirs->row[n], dirs->row[i], pos,
+                                       dirs->n_col, NULL);
+                       pos = isl_seq_first_non_zero(dirs->row[n], dirs->n_col);
+                       if (pos < 0)
+                               break;
+               }
+               if (pos < 0)
+                       continue;
+               if (i < n) {
+                       int k;
+                       isl_int *t = dirs->row[n];
+                       for (k = n; k > i; --k)
+                               dirs->row[k] = dirs->row[k-1];
+                       dirs->row[i] = t;
+               }
+               ++n;
+       }
+       dirs->n_row = n;
+       return dirs;
+}
+
+static struct isl_basic_set *remove_lineality(struct isl_ctx *ctx,
+       struct isl_basic_set *bset, struct isl_mat *bounds, struct isl_mat **T)
+{
+       struct isl_mat *U = NULL;
+       unsigned old_dim, new_dim;
+
+       old_dim = bset->dim;
+       new_dim = bounds->n_row;
+       *T = NULL;
+       bounds = isl_mat_left_hermite(ctx, bounds, 0, &U, NULL);
+       if (!bounds)
+               goto error;
+       U = isl_mat_lin_to_aff(ctx, U);
+       U = isl_mat_drop_cols(ctx, U, 1 + new_dim, old_dim - new_dim);
+       bset = isl_basic_set_preimage(ctx, bset, isl_mat_copy(ctx, U));
+       if (!bset)
+               goto error;
+       *T = U;
+       isl_mat_free(ctx, bounds);
+       return bset;
+error:
+       isl_mat_free(ctx, bounds);
+       isl_mat_free(ctx, U);
+       isl_basic_set_free(ctx, bset);
+       return NULL;
+}
+
 struct isl_vec *isl_basic_set_sample(struct isl_ctx *ctx,
        struct isl_basic_set *bset)
 {
+       struct isl_mat *bounds;
        if (!bset)
                return NULL;
 
@@ -85,6 +165,23 @@ struct isl_vec *isl_basic_set_sample(struct isl_ctx *ctx,
                return point_sample(ctx, bset);
        if (bset->dim == 1)
                return interval_sample(ctx, bset);
+       bounds = independent_bounds(ctx, bset);
+       if (!bounds)
+               goto error;
+       if (bounds->n_row == bset->dim)
+               isl_mat_free(ctx, bounds);
+       else {
+               struct isl_mat *T;
+               struct isl_vec *sample;
+
+               bset = remove_lineality(ctx, bset, bounds, &T);
+               sample = isl_basic_set_sample(ctx, bset);
+               if (sample && sample->size != 0)
+                       sample = isl_mat_vec_product(ctx, T, sample);
+               else
+                       isl_mat_free(ctx, T);
+               return sample;
+       }
        return isl_pip_basic_set_sample(ctx, bset);
 error:
        isl_basic_set_free(ctx, bset);
index 19aa601..b0bf2cf 100644 (file)
+#include "isl_mat.h"
 #include "isl_vec.h"
 #include "isl_piplib.h"
 #include "isl_sample_piplib.h"
 
+static void swap_inequality(struct isl_basic_set *bset, int a, int b)
+{
+       isl_int *t = bset->ineq[a];
+       bset->ineq[a] = bset->ineq[b];
+       bset->ineq[b] = t;
+}
+
+static struct isl_mat *independent_bounds(struct isl_ctx *ctx,
+       struct isl_basic_set *bset)
+{
+       int i, j, n;
+       struct isl_mat *dirs = NULL;
+       struct isl_mat *bounds = NULL;
+
+       if (!bset)
+               return NULL;
+
+       bounds = isl_mat_alloc(ctx, 1+bset->dim, 1+bset->dim);
+       if (!bounds)
+               return NULL;
+
+       isl_int_set_si(bounds->row[0][0], 1);
+       isl_seq_clr(bounds->row[0]+1, bset->dim);
+       bounds->n_row = 1;
+
+       if (bset->n_ineq == 0)
+               return bounds;
+
+       dirs = isl_mat_alloc(ctx, bset->dim, bset->dim);
+       if (!dirs) {
+               isl_mat_free(ctx, bounds);
+               return NULL;
+       }
+       isl_seq_cpy(dirs->row[0], bset->ineq[0]+1, dirs->n_col);
+       isl_seq_cpy(bounds->row[1], bset->ineq[0], bounds->n_col);
+       for (j = 1, n = 1; n < bset->dim && j < bset->n_ineq; ++j) {
+               int pos;
+
+               isl_seq_cpy(dirs->row[n], bset->ineq[j]+1, dirs->n_col);
+
+               pos = isl_seq_first_non_zero(dirs->row[n], dirs->n_col);
+               if (pos < 0)
+                       continue;
+               for (i = 0; i < n; ++i) {
+                       int pos_i;
+                       pos_i = isl_seq_first_non_zero(dirs->row[i], dirs->n_col);
+                       if (pos_i < pos)
+                               continue;
+                       if (pos_i > pos)
+                               break;
+                       isl_seq_elim(dirs->row[n], dirs->row[i], pos,
+                                       dirs->n_col, NULL);
+                       pos = isl_seq_first_non_zero(dirs->row[n], dirs->n_col);
+                       if (pos < 0)
+                               break;
+               }
+               if (pos < 0)
+                       continue;
+               if (i < n) {
+                       int k;
+                       isl_int *t = dirs->row[n];
+                       for (k = n; k > i; --k)
+                               dirs->row[k] = dirs->row[k-1];
+                       dirs->row[i] = t;
+               }
+               ++n;
+               isl_seq_cpy(bounds->row[n], bset->ineq[j], bounds->n_col);
+       }
+       isl_mat_free(ctx, dirs);
+       bounds->n_row = 1+n;
+       return bounds;
+}
+
+/* Skew into positive orthant and project out lineality space */
+static struct isl_basic_set *isl_basic_set_skew_to_positive_orthant(
+       struct isl_ctx *ctx, struct isl_basic_set *bset,
+       struct isl_mat **T)
+{
+       struct isl_mat *U = NULL;
+       struct isl_mat *bounds = NULL;
+       int i, j;
+       unsigned old_dim, new_dim;
+
+       *T = NULL;
+       if (!bset)
+               return NULL;
+
+       isl_assert(ctx, bset->nparam == 0, goto error);
+       isl_assert(ctx, bset->n_div == 0, goto error);
+       isl_assert(ctx, bset->n_eq == 0, goto error);
+       
+       /* Try to move (multiples of) unit rows up. */
+       for (i = 0, j = 0; i < bset->n_ineq; ++i) {
+               int pos = isl_seq_first_non_zero(bset->ineq[i]+1,
+                                                           bset->dim);
+               if (pos < 0)
+                       continue;
+               if (isl_seq_first_non_zero(bset->ineq[i]+1+pos+1,
+                                               bset->dim-pos-1) >= 0)
+                       continue;
+               if (i != j)
+                       swap_inequality(bset, i, j);
+               ++j;
+       }
+       bounds = independent_bounds(ctx, bset);
+       if (!bounds)
+               goto error;
+       old_dim = bset->dim;
+       new_dim = bounds->n_row - 1;
+       bounds = isl_mat_left_hermite(ctx, bounds, 1, &U, NULL);
+       if (!bounds)
+               goto error;
+       U = isl_mat_drop_cols(ctx, U, 1 + new_dim, old_dim - new_dim);
+       bset = isl_basic_set_preimage(ctx, bset, isl_mat_copy(ctx, U));
+       if (!bset)
+               goto error;
+       *T = U;
+       isl_mat_free(ctx, bounds);
+       return bset;
+error:
+       isl_mat_free(ctx, bounds);
+       isl_mat_free(ctx, U);
+       isl_basic_set_free(ctx, bset);
+       return NULL;
+}
+
 struct isl_vec *isl_pip_basic_set_sample(struct isl_ctx *ctx,
        struct isl_basic_set *bset)
 {
        PipOptions      *options = NULL;
        PipMatrix       *domain = NULL;
        PipQuast        *sol = NULL;
-       struct isl_basic_map *bmap = (struct isl_basic_map *)bset;
        struct isl_vec *vec = NULL;
        unsigned        dim;
+       struct isl_mat *T;
 
-       if (!bmap)
+       if (!bset)
+               goto error;
+       isl_assert(ctx, bset->nparam == 0, goto error);
+       isl_assert(ctx, bset->n_div == 0, goto error);
+       bset = isl_basic_set_skew_to_positive_orthant(ctx, bset, &T);
+       if (!bset)
                goto error;
-       dim = bmap->nparam + bmap->n_in + bmap->n_out;
-       domain = isl_basic_map_to_pip(bmap, 0, 0, 0);
+       dim = bset->dim;
+       domain = isl_basic_map_to_pip((struct isl_basic_map *)bset, 0, 0, 0);
        if (!domain)
                goto error;
 
        options = pip_options_init();
        if (!options)
                goto error;
-       options->Simplify = 1;
-       options->Urs_unknowns = -1;
        sol = pip_solve(domain, NULL, -1, options);
        if (!sol)
                goto error;
-       if (!sol->list)
+       if (!sol->list) {
                vec = isl_vec_alloc(ctx, 0);
-       else {
+               isl_mat_free(ctx, T);
+       } else {
                PipList *l;
                int i;
                vec = isl_vec_alloc(ctx, 1 + dim);
@@ -39,22 +170,22 @@ struct isl_vec *isl_pip_basic_set_sample(struct isl_ctx *ctx,
                for (i = 0, l = sol->list; l && i < dim; ++i, l = l->next) {
                        isl_seq_cpy_from_pip(&vec->block.data[1+i],
                                        &l->vector->the_vector[0], 1);
-                       if (entier_zero_p(l->vector->the_deno[0]))
-                               isl_int_set_si(vec->block.data[0], 0);
+                       isl_assert(ctx, !entier_zero_p(l->vector->the_deno[0]),
+                                       goto error);
                }
-               if (i != dim)
-                       goto error;
+               isl_assert(ctx, i == dim, goto error);
+               vec = isl_mat_vec_product(ctx, T, vec);
        }
 
        pip_quast_free(sol);
        pip_options_free(options);
        pip_matrix_free(domain);
 
-       isl_basic_map_free(ctx, bmap);
+       isl_basic_set_free(ctx, bset);
        return vec;
 error:
        isl_vec_free(ctx, vec);
-       isl_basic_map_free(ctx, bmap);
+       isl_basic_set_free(ctx, bset);
        if (sol)
                pip_quast_free(sol);
        if (domain)