isl_qpolynomial_div: further normalize divs by reducing coefficients
authorSven Verdoolaege <skimo@kotnet.org>
Thu, 2 Dec 2010 14:38:01 +0000 (15:38 +0100)
committerSven Verdoolaege <skimo@kotnet.org>
Tue, 7 Dec 2010 09:40:16 +0000 (10:40 +0100)
This reduces the number of distinct divs that can appear inside
a quasi-polynomial description.

Signed-off-by: Sven Verdoolaege <skimo@kotnet.org>
isl_polynomial.c
isl_test.c

index f5f1828..f0ca434 100644 (file)
@@ -1687,6 +1687,75 @@ error:
        return NULL;
 }
 
+__isl_give struct isl_upoly *isl_upoly_subs(__isl_take struct isl_upoly *up,
+       unsigned first, unsigned n, __isl_keep struct isl_upoly **subs)
+{
+       int i;
+       struct isl_upoly_rec *rec;
+       struct isl_upoly *base, *res;
+
+       if (!up)
+               return NULL;
+
+       if (isl_upoly_is_cst(up))
+               return up;
+
+       if (up->var < first)
+               return up;
+
+       rec = isl_upoly_as_rec(up);
+       if (!rec)
+               goto error;
+
+       isl_assert(up->ctx, rec->n >= 1, goto error);
+
+       if (up->var >= first + n)
+               base = isl_upoly_var_pow(up->ctx, up->var, 1);
+       else
+               base = isl_upoly_copy(subs[up->var - first]);
+
+       res = isl_upoly_subs(isl_upoly_copy(rec->p[rec->n - 1]), first, n, subs);
+       for (i = rec->n - 2; i >= 0; --i) {
+               struct isl_upoly *t;
+               t = isl_upoly_subs(isl_upoly_copy(rec->p[i]), first, n, subs);
+               res = isl_upoly_mul(res, isl_upoly_copy(base));
+               res = isl_upoly_sum(res, t);
+       }
+
+       isl_upoly_free(base);
+       isl_upoly_free(up);
+                               
+       return res;
+error:
+       isl_upoly_free(up);
+       return NULL;
+}      
+
+__isl_give struct isl_upoly *isl_upoly_from_affine(isl_ctx *ctx, isl_int *f,
+       isl_int denom, unsigned len)
+{
+       int i;
+       struct isl_upoly *up;
+
+       isl_assert(ctx, len >= 1, return NULL);
+
+       up = isl_upoly_rat_cst(ctx, f[0], denom);
+       for (i = 0; i < len - 1; ++i) {
+               struct isl_upoly *t;
+               struct isl_upoly *c;
+
+               if (isl_int_is_zero(f[1 + i]))
+                       continue;
+
+               c = isl_upoly_rat_cst(ctx, f[1 + i], denom);
+               t = isl_upoly_var_pow(ctx, i, 1);
+               t = isl_upoly_mul(c, t);
+               up = isl_upoly_sum(up, t);
+       }
+
+       return up;
+}
+
 /* Remove common factor of non-constant terms and denominator.
  */
 static void normalize_div(__isl_keep isl_qpolynomial *qp, int div)
@@ -1708,6 +1777,233 @@ static void normalize_div(__isl_keep isl_qpolynomial *qp, int div)
                            ctx->normalize_gcd);
 }
 
+/* Replace the integer division identified by "div" by the polynomial "s".
+ * The integer division is assumed not to appear in the definition
+ * of any other integer divisions.
+ */
+static __isl_give isl_qpolynomial *substitute_div(
+       __isl_take isl_qpolynomial *qp,
+       int div, __isl_take struct isl_upoly *s)
+{
+       int i;
+       int total;
+       int *reordering;
+
+       if (!qp || !s)
+               goto error;
+
+       qp = isl_qpolynomial_cow(qp);
+       if (!qp)
+               goto error;
+
+       total = isl_dim_total(qp->dim);
+       qp->upoly = isl_upoly_subs(qp->upoly, total + div, 1, &s);
+       if (!qp->upoly)
+               goto error;
+
+       reordering = isl_alloc_array(qp->dim->ctx, int, total + qp->div->n_row);
+       if (!reordering)
+               goto error;
+       for (i = 0; i < total + div; ++i)
+               reordering[i] = i;
+       for (i = total + div + 1; i < total + qp->div->n_row; ++i)
+               reordering[i] = i - 1;
+       qp->div = isl_mat_drop_rows(qp->div, div, 1);
+       qp->div = isl_mat_drop_cols(qp->div, 2 + total + div, 1);
+       qp->upoly = reorder(qp->upoly, reordering);
+       free(reordering);
+
+       if (!qp->upoly || !qp->div)
+               goto error;
+
+       isl_upoly_free(s);
+       return qp;
+error:
+       isl_qpolynomial_free(qp);
+       isl_upoly_free(s);
+       return NULL;
+}
+
+/* Replace all integer divisions [e/d] that turn out to not actually be integer
+ * divisions because d is equal to 1 by their definition, i.e., e.
+ */
+static __isl_give isl_qpolynomial *substitute_non_divs(
+       __isl_take isl_qpolynomial *qp)
+{
+       int i, j;
+       int total;
+       struct isl_upoly *s;
+
+       if (!qp)
+               return NULL;
+
+       total = isl_dim_total(qp->dim);
+       for (i = 0; qp && i < qp->div->n_row; ++i) {
+               if (!isl_int_is_one(qp->div->row[i][0]))
+                       continue;
+               for (j = i + 1; j < qp->div->n_row; ++j) {
+                       if (isl_int_is_zero(qp->div->row[j][2 + total + i]))
+                               continue;
+                       isl_seq_combine(qp->div->row[j] + 1,
+                               qp->div->ctx->one, qp->div->row[j] + 1,
+                               qp->div->row[j][2 + total + i],
+                               qp->div->row[i] + 1, 1 + total + i);
+                       isl_int_set_si(qp->div->row[j][2 + total + i], 0);
+                       normalize_div(qp, j);
+               }
+               s = isl_upoly_from_affine(qp->dim->ctx, qp->div->row[i] + 1,
+                                       qp->div->row[i][0], qp->div->n_col - 1);
+               qp = substitute_div(qp, i, s);
+               --i;
+       }
+
+       return qp;
+}
+
+/* Reduce the coefficients of div "div" to lie in the interval [0, d-1],
+ * with d the denominator.  When replacing the coefficient e of x by
+ * d * frac(e/d) = e - d * floor(e/d), we are subtracting d * floor(e/d) * x
+ * inside the division, so we need to add floor(e/d) * x outside.
+ * That is, we replace q by q' + floor(e/d) * x and we therefore need
+ * to adjust the coefficient of x in each later div that depends on the
+ * current div "div" and also in the affine expression "aff"
+ * (if it too depends on "div").
+ */
+static void reduce_div(__isl_keep isl_qpolynomial *qp, int div,
+       __isl_keep isl_vec *aff)
+{
+       int i, j;
+       isl_int v;
+       unsigned total = qp->div->n_col - qp->div->n_row - 2;
+
+       isl_int_init(v);
+       for (i = 0; i < 1 + total + div; ++i) {
+               if (isl_int_is_nonneg(qp->div->row[div][1 + i]) &&
+                   isl_int_lt(qp->div->row[div][1 + i], qp->div->row[div][0]))
+                       continue;
+               isl_int_fdiv_q(v, qp->div->row[div][1 + i], qp->div->row[div][0]);
+               isl_int_fdiv_r(qp->div->row[div][1 + i],
+                               qp->div->row[div][1 + i], qp->div->row[div][0]);
+               if (!isl_int_is_zero(aff->el[1 + total + div]))
+                       isl_int_addmul(aff->el[i], v, aff->el[1 + total + div]);
+               for (j = div + 1; j < qp->div->n_row; ++j) {
+                       if (isl_int_is_zero(qp->div->row[j][2 + total + div]))
+                               continue;
+                       isl_int_addmul(qp->div->row[j][1 + i],
+                                       v, qp->div->row[j][2 + total + div]);
+               }
+       }
+       isl_int_clear(v);
+}
+
+/* Check if the last non-zero coefficient is bigger that half of the
+ * denominator.  If so, we will invert the div to further reduce the number
+ * of distinct divs that may appear.
+ * If the last non-zero coefficient is exactly half the denominator,
+ * then we continue looking for earlier coefficients that are bigger
+ * than half the denominator.
+ */
+static int needs_invert(__isl_keep isl_mat *div, int row)
+{
+       int i;
+       int cmp;
+
+       for (i = div->n_col - 1; i >= 1; --i) {
+               if (isl_int_is_zero(div->row[row][i]))
+                       continue;
+               isl_int_mul_ui(div->row[row][i], div->row[row][i], 2);
+               cmp = isl_int_cmp(div->row[row][i], div->row[row][0]);
+               isl_int_divexact_ui(div->row[row][i], div->row[row][i], 2);
+               if (cmp)
+                       return cmp > 0;
+               if (i == 1)
+                       return 1;
+       }
+
+       return 0;
+}
+
+/* Replace div "div" q = [e/d] by -[(-e+(d-1))/d].
+ * We only invert the coefficients of e (and the coefficient of q in
+ * later divs and in "aff").  After calling this function, the
+ * coefficients of e should be reduced again.
+ */
+static void invert_div(__isl_keep isl_qpolynomial *qp, int div,
+       __isl_keep isl_vec *aff)
+{
+       unsigned total = qp->div->n_col - qp->div->n_row - 2;
+
+       isl_seq_neg(qp->div->row[div] + 1,
+                   qp->div->row[div] + 1, qp->div->n_col - 1);
+       isl_int_sub_ui(qp->div->row[div][1], qp->div->row[div][1], 1);
+       isl_int_add(qp->div->row[div][1],
+                   qp->div->row[div][1], qp->div->row[div][0]);
+       if (!isl_int_is_zero(aff->el[1 + total + div]))
+               isl_int_neg(aff->el[1 + total + div], aff->el[1 + total + div]);
+       isl_mat_col_mul(qp->div, 2 + total + div,
+                       qp->div->ctx->negone, 2 + total + div);
+}
+
+/* Assuming "qp" is a monomial, reduce all its divs to have coefficients
+ * in the interval [0, d-1], with d the denominator and such that the
+ * last non-zero coefficient that is not equal to d/2 is smaller than d/2.
+ *
+ * After the reduction, some divs may have become redundant or identical,
+ * so we call substitute_non_divs and sort_divs.  If these functions
+ * eliminate divs of merge * two or more divs into one, the coefficients
+ * of the enclosing divs may have to be reduced again, so we call
+ * ourselves recursively if the number of divs decreases.
+ */
+static __isl_give isl_qpolynomial *reduce_divs(__isl_take isl_qpolynomial *qp)
+{
+       int i, j;
+       isl_vec *aff = NULL;
+       struct isl_upoly *s;
+       unsigned n_div;
+
+       if (!qp)
+               return NULL;
+
+       aff = isl_vec_alloc(qp->div->ctx, qp->div->n_col - 1);
+       aff = isl_vec_clr(aff);
+       if (!aff)
+               goto error;
+
+       isl_int_set_si(aff->el[1 + qp->upoly->var], 1);
+
+       for (i = 0; i < qp->div->n_row; ++i) {
+               normalize_div(qp, i);
+               reduce_div(qp, i, aff);
+               if (needs_invert(qp->div, i)) {
+                       invert_div(qp, i, aff);
+                       reduce_div(qp, i, aff);
+               }
+       }
+
+       s = isl_upoly_from_affine(qp->div->ctx, aff->el,
+                                 qp->div->ctx->one, aff->size);
+       qp->upoly = isl_upoly_subs(qp->upoly, qp->upoly->var, 1, &s);
+       isl_upoly_free(s);
+       if (!qp->upoly)
+               goto error;
+
+       isl_vec_free(aff);
+
+       n_div = qp->div->n_row;
+       qp = substitute_non_divs(qp);
+       qp = sort_divs(qp);
+       if (qp && qp->div->n_row < n_div)
+               return reduce_divs(qp);
+
+       return qp;
+error:
+       isl_qpolynomial_free(qp);
+       isl_vec_free(aff);
+       return NULL;
+}
+
+/* Assumes each div only depends on earlier divs.
+ */
 __isl_give isl_qpolynomial *isl_qpolynomial_div_pow(__isl_take isl_div *div,
        int power)
 {
@@ -1729,10 +2025,8 @@ __isl_give isl_qpolynomial *isl_qpolynomial_div_pow(__isl_take isl_div *div,
        if (!qp)
                goto error;
 
-       for (i = 0; i < div->bmap->n_div; ++i) {
+       for (i = 0; i < div->bmap->n_div; ++i)
                isl_seq_cpy(qp->div->row[i], div->bmap->div[i], qp->div->n_col);
-               normalize_div(qp, i);
-       }
 
        for (i = 0; i < 1 + power; ++i) {
                rec->p[i] = isl_upoly_zero(div->ctx);
@@ -1745,7 +2039,7 @@ __isl_give isl_qpolynomial *isl_qpolynomial_div_pow(__isl_take isl_div *div,
 
        isl_div_free(div);
 
-       qp = sort_divs(qp);
+       qp = reduce_divs(qp);
 
        return qp;
 error:
@@ -1943,158 +2237,6 @@ error:
        return NULL;
 }
 
-__isl_give struct isl_upoly *isl_upoly_subs(__isl_take struct isl_upoly *up,
-       unsigned first, unsigned n, __isl_keep struct isl_upoly **subs)
-{
-       int i;
-       struct isl_upoly_rec *rec;
-       struct isl_upoly *base, *res;
-
-       if (!up)
-               return NULL;
-
-       if (isl_upoly_is_cst(up))
-               return up;
-
-       if (up->var < first)
-               return up;
-
-       rec = isl_upoly_as_rec(up);
-       if (!rec)
-               goto error;
-
-       isl_assert(up->ctx, rec->n >= 1, goto error);
-
-       if (up->var >= first + n)
-               base = isl_upoly_var_pow(up->ctx, up->var, 1);
-       else
-               base = isl_upoly_copy(subs[up->var - first]);
-
-       res = isl_upoly_subs(isl_upoly_copy(rec->p[rec->n - 1]), first, n, subs);
-       for (i = rec->n - 2; i >= 0; --i) {
-               struct isl_upoly *t;
-               t = isl_upoly_subs(isl_upoly_copy(rec->p[i]), first, n, subs);
-               res = isl_upoly_mul(res, isl_upoly_copy(base));
-               res = isl_upoly_sum(res, t);
-       }
-
-       isl_upoly_free(base);
-       isl_upoly_free(up);
-                               
-       return res;
-error:
-       isl_upoly_free(up);
-       return NULL;
-}      
-
-__isl_give struct isl_upoly *isl_upoly_from_affine(isl_ctx *ctx, isl_int *f,
-       isl_int denom, unsigned len)
-{
-       int i;
-       struct isl_upoly *up;
-
-       isl_assert(ctx, len >= 1, return NULL);
-
-       up = isl_upoly_rat_cst(ctx, f[0], denom);
-       for (i = 0; i < len - 1; ++i) {
-               struct isl_upoly *t;
-               struct isl_upoly *c;
-
-               if (isl_int_is_zero(f[1 + i]))
-                       continue;
-
-               c = isl_upoly_rat_cst(ctx, f[1 + i], denom);
-               t = isl_upoly_var_pow(ctx, i, 1);
-               t = isl_upoly_mul(c, t);
-               up = isl_upoly_sum(up, t);
-       }
-
-       return up;
-}
-
-/* Replace the integer division identified by "div" by the polynomial "s".
- * The integer division is assumed not to appear in the definition
- * of any other integer divisions.
- */
-static __isl_give isl_qpolynomial *substitute_div(
-       __isl_take isl_qpolynomial *qp,
-       int div, __isl_take struct isl_upoly *s)
-{
-       int i;
-       int total;
-       int *reordering;
-
-       if (!qp || !s)
-               goto error;
-
-       qp = isl_qpolynomial_cow(qp);
-       if (!qp)
-               goto error;
-
-       total = isl_dim_total(qp->dim);
-       qp->upoly = isl_upoly_subs(qp->upoly, total + div, 1, &s);
-       if (!qp->upoly)
-               goto error;
-
-       reordering = isl_alloc_array(qp->dim->ctx, int, total + qp->div->n_row);
-       if (!reordering)
-               goto error;
-       for (i = 0; i < total + div; ++i)
-               reordering[i] = i;
-       for (i = total + div + 1; i < total + qp->div->n_row; ++i)
-               reordering[i] = i - 1;
-       qp->div = isl_mat_drop_rows(qp->div, div, 1);
-       qp->div = isl_mat_drop_cols(qp->div, 2 + total + div, 1);
-       qp->upoly = reorder(qp->upoly, reordering);
-       free(reordering);
-
-       if (!qp->upoly || !qp->div)
-               goto error;
-
-       isl_upoly_free(s);
-       return qp;
-error:
-       isl_qpolynomial_free(qp);
-       isl_upoly_free(s);
-       return NULL;
-}
-
-/* Replace all integer divisions [e/d] that turn out to not actually be integer
- * divisions because d is equal to 1 by their definition, i.e., e.
- */
-static __isl_give isl_qpolynomial *substitute_non_divs(
-       __isl_take isl_qpolynomial *qp)
-{
-       int i, j;
-       int total;
-       struct isl_upoly *s;
-
-       if (!qp)
-               return NULL;
-
-       total = isl_dim_total(qp->dim);
-       for (i = 0; qp && i < qp->div->n_row; ++i) {
-               if (!isl_int_is_one(qp->div->row[i][0]))
-                       continue;
-               for (j = i + 1; j < qp->div->n_row; ++j) {
-                       if (isl_int_is_zero(qp->div->row[j][2 + total + i]))
-                               continue;
-                       isl_seq_combine(qp->div->row[j] + 1,
-                               qp->div->ctx->one, qp->div->row[j] + 1,
-                               qp->div->row[j][2 + total + i],
-                               qp->div->row[i] + 1, 1 + total + i);
-                       isl_int_set_si(qp->div->row[j][2 + total + i], 0);
-                       normalize_div(qp, j);
-               }
-               s = isl_upoly_from_affine(qp->dim->ctx, qp->div->row[i] + 1,
-                                       qp->div->row[i][0], qp->div->n_col - 1);
-               qp = substitute_div(qp, i, s);
-               --i;
-       }
-
-       return qp;
-}
-
 __isl_give isl_qpolynomial *isl_qpolynomial_substitute_equalities(
        __isl_take isl_qpolynomial *qp, __isl_take isl_basic_set *eq)
 {
index 858a902..8501e84 100644 (file)
@@ -1491,6 +1491,17 @@ void test_pwqp(struct isl_ctx *ctx)
        assert(isl_pw_qpolynomial_is_zero(pwqp1));
 
        isl_pw_qpolynomial_free(pwqp1);
+
+       str = "{ [x] -> ([x/2] + [(x+1)/2]) }";
+       pwqp1 = isl_pw_qpolynomial_read_from_str(ctx, str);
+       str = "{ [x] -> x }";
+       pwqp2 = isl_pw_qpolynomial_read_from_str(ctx, str);
+
+       pwqp1 = isl_pw_qpolynomial_sub(pwqp1, pwqp2);
+
+       assert(isl_pw_qpolynomial_is_zero(pwqp1));
+
+       isl_pw_qpolynomial_free(pwqp1);
 }
 
 void test_split_periods(isl_ctx *ctx)