add isl_aff_mod_val
[platform/upstream/isl.git] / isl_equalities.c
index 895ed8f..9589032 100644 (file)
-#include "isl_mat.h"
+/*
+ * Copyright 2008-2009 Katholieke Universiteit Leuven
+ * Copyright 2010      INRIA Saclay
+ *
+ * Use of this software is governed by the MIT license
+ *
+ * Written by Sven Verdoolaege, K.U.Leuven, Departement
+ * Computerwetenschappen, Celestijnenlaan 200A, B-3001 Leuven, Belgium
+ * and INRIA Saclay - Ile-de-France, Parc Club Orsay Universite,
+ * ZAC des vignes, 4 rue Jacques Monod, 91893 Orsay, France
+ */
+
+#include <isl_mat_private.h>
+#include <isl/seq.h>
 #include "isl_map_private.h"
 #include "isl_equalities.h"
 
-/* Use the n equalities of bset to unimodularly transform the
- * variables x such that n transformed variables x1' have a constant value
- * and rewrite the constraints of bset in terms of the remaining
- * transformed variables x2'.  The matrix pointed to by T maps
- * the new variables x2' back to the original variables x, while T2
- * maps the original variables to the new variables.
+/* Given a set of modulo constraints
+ *
+ *             c + A y = 0 mod d
+ *
+ * this function computes a particular solution y_0
+ *
+ * The input is given as a matrix B = [ c A ] and a vector d.
+ *
+ * The output is matrix containing the solution y_0 or
+ * a zero-column matrix if the constraints admit no integer solution.
+ *
+ * The given set of constrains is equivalent to
+ *
+ *             c + A y = -D x
+ *
+ * with D = diag d and x a fresh set of variables.
+ * Reducing both c and A modulo d does not change the
+ * value of y in the solution and may lead to smaller coefficients.
+ * Let M = [ D A ] and [ H 0 ] = M U, the Hermite normal form of M.
+ * Then
+ *               [ x ]
+ *             M [ y ] = - c
+ * and so
+ *                            [ x ]
+ *             [ H 0 ] U^{-1} [ y ] = - c
+ * Let
+ *             [ A ]          [ x ]
+ *             [ B ] = U^{-1} [ y ]
+ * then
+ *             H A + 0 B = -c
+ *
+ * so B may be chosen arbitrarily, e.g., B = 0, and then
+ *
+ *                    [ x ] = [ -c ]
+ *             U^{-1} [ y ] = [  0 ]
+ * or
+ *             [ x ]     [ -c ]
+ *             [ y ] = U [  0 ]
+ * specifically,
+ *
+ *             y = U_{2,1} (-c)
+ *
+ * If any of the coordinates of this y are non-integer
+ * then the constraints admit no integer solution and
+ * a zero-column matrix is returned.
+ */
+static struct isl_mat *particular_solution(struct isl_mat *B, struct isl_vec *d)
+{
+       int i, j;
+       struct isl_mat *M = NULL;
+       struct isl_mat *C = NULL;
+       struct isl_mat *U = NULL;
+       struct isl_mat *H = NULL;
+       struct isl_mat *cst = NULL;
+       struct isl_mat *T = NULL;
+
+       M = isl_mat_alloc(B->ctx, B->n_row, B->n_row + B->n_col - 1);
+       C = isl_mat_alloc(B->ctx, 1 + B->n_row, 1);
+       if (!M || !C)
+               goto error;
+       isl_int_set_si(C->row[0][0], 1);
+       for (i = 0; i < B->n_row; ++i) {
+               isl_seq_clr(M->row[i], B->n_row);
+               isl_int_set(M->row[i][i], d->block.data[i]);
+               isl_int_neg(C->row[1 + i][0], B->row[i][0]);
+               isl_int_fdiv_r(C->row[1+i][0], C->row[1+i][0], M->row[i][i]);
+               for (j = 0; j < B->n_col - 1; ++j)
+                       isl_int_fdiv_r(M->row[i][B->n_row + j],
+                                       B->row[i][1 + j], M->row[i][i]);
+       }
+       M = isl_mat_left_hermite(M, 0, &U, NULL);
+       if (!M || !U)
+               goto error;
+       H = isl_mat_sub_alloc(M, 0, B->n_row, 0, B->n_row);
+       H = isl_mat_lin_to_aff(H);
+       C = isl_mat_inverse_product(H, C);
+       if (!C)
+               goto error;
+       for (i = 0; i < B->n_row; ++i) {
+               if (!isl_int_is_divisible_by(C->row[1+i][0], C->row[0][0]))
+                       break;
+               isl_int_divexact(C->row[1+i][0], C->row[1+i][0], C->row[0][0]);
+       }
+       if (i < B->n_row)
+               cst = isl_mat_alloc(B->ctx, B->n_row, 0);
+       else
+               cst = isl_mat_sub_alloc(C, 1, B->n_row, 0, 1);
+       T = isl_mat_sub_alloc(U, B->n_row, B->n_col - 1, 0, B->n_row);
+       cst = isl_mat_product(T, cst);
+       isl_mat_free(M);
+       isl_mat_free(C);
+       isl_mat_free(U);
+       return cst;
+error:
+       isl_mat_free(M);
+       isl_mat_free(C);
+       isl_mat_free(U);
+       return NULL;
+}
+
+/* Compute and return the matrix
+ *
+ *             U_1^{-1} diag(d_1, 1, ..., 1)
+ *
+ * with U_1 the unimodular completion of the first (and only) row of B.
+ * The columns of this matrix generate the lattice that satisfies
+ * the single (linear) modulo constraint.
+ */
+static struct isl_mat *parameter_compression_1(
+                       struct isl_mat *B, struct isl_vec *d)
+{
+       struct isl_mat *U;
+
+       U = isl_mat_alloc(B->ctx, B->n_col - 1, B->n_col - 1);
+       if (!U)
+               return NULL;
+       isl_seq_cpy(U->row[0], B->row[0] + 1, B->n_col - 1);
+       U = isl_mat_unimodular_complete(U, 1);
+       U = isl_mat_right_inverse(U);
+       if (!U)
+               return NULL;
+       isl_mat_col_mul(U, 0, d->block.data[0], 0);
+       U = isl_mat_lin_to_aff(U);
+       return U;
+}
+
+/* Compute a common lattice of solutions to the linear modulo
+ * constraints specified by B and d.
+ * See also the documentation of isl_mat_parameter_compression.
+ * We put the matrix
+ * 
+ *             A = [ L_1^{-T} L_2^{-T} ... L_k^{-T} ]
+ *
+ * on a common denominator.  This denominator D is the lcm of modulos d.
+ * Since L_i = U_i^{-1} diag(d_i, 1, ... 1), we have
+ * L_i^{-T} = U_i^T diag(d_i, 1, ... 1)^{-T} = U_i^T diag(1/d_i, 1, ..., 1).
+ * Putting this on the common denominator, we have
+ * D * L_i^{-T} = U_i^T diag(D/d_i, D, ..., D).
+ */
+static struct isl_mat *parameter_compression_multi(
+                       struct isl_mat *B, struct isl_vec *d)
+{
+       int i, j, k;
+       isl_int D;
+       struct isl_mat *A = NULL, *U = NULL;
+       struct isl_mat *T;
+       unsigned size;
+
+       isl_int_init(D);
+
+       isl_vec_lcm(d, &D);
+
+       size = B->n_col - 1;
+       A = isl_mat_alloc(B->ctx, size, B->n_row * size);
+       U = isl_mat_alloc(B->ctx, size, size);
+       if (!U || !A)
+               goto error;
+       for (i = 0; i < B->n_row; ++i) {
+               isl_seq_cpy(U->row[0], B->row[i] + 1, size);
+               U = isl_mat_unimodular_complete(U, 1);
+               if (!U)
+                       goto error;
+               isl_int_divexact(D, D, d->block.data[i]);
+               for (k = 0; k < U->n_col; ++k)
+                       isl_int_mul(A->row[k][i*size+0], D, U->row[0][k]);
+               isl_int_mul(D, D, d->block.data[i]);
+               for (j = 1; j < U->n_row; ++j)
+                       for (k = 0; k < U->n_col; ++k)
+                               isl_int_mul(A->row[k][i*size+j],
+                                               D, U->row[j][k]);
+       }
+       A = isl_mat_left_hermite(A, 0, NULL, NULL);
+       T = isl_mat_sub_alloc(A, 0, A->n_row, 0, A->n_row);
+       T = isl_mat_lin_to_aff(T);
+       if (!T)
+               goto error;
+       isl_int_set(T->row[0][0], D);
+       T = isl_mat_right_inverse(T);
+       if (!T)
+               goto error;
+       isl_assert(T->ctx, isl_int_is_one(T->row[0][0]), goto error);
+       T = isl_mat_transpose(T);
+       isl_mat_free(A);
+       isl_mat_free(U);
+
+       isl_int_clear(D);
+       return T;
+error:
+       isl_mat_free(A);
+       isl_mat_free(U);
+       isl_int_clear(D);
+       return NULL;
+}
+
+/* Given a set of modulo constraints
+ *
+ *             c + A y = 0 mod d
+ *
+ * this function returns an affine transformation T,
+ *
+ *             y = T y'
+ *
+ * that bijectively maps the integer vectors y' to integer
+ * vectors y that satisfy the modulo constraints.
+ *
+ * This function is inspired by Section 2.5.3
+ * of B. Meister, "Stating and Manipulating Periodicity in the Polytope
+ * Model.  Applications to Program Analysis and Optimization".
+ * However, the implementation only follows the algorithm of that
+ * section for computing a particular solution and not for computing
+ * a general homogeneous solution.  The latter is incomplete and
+ * may remove some valid solutions.
+ * Instead, we use an adaptation of the algorithm in Section 7 of
+ * B. Meister, S. Verdoolaege, "Polynomial Approximations in the Polytope
+ * Model: Bringing the Power of Quasi-Polynomials to the Masses".
+ *
+ * The input is given as a matrix B = [ c A ] and a vector d.
+ * Each element of the vector d corresponds to a row in B.
+ * The output is a lower triangular matrix.
+ * If no integer vector y satisfies the given constraints then
+ * a matrix with zero columns is returned.
+ *
+ * We first compute a particular solution y_0 to the given set of
+ * modulo constraints in particular_solution.  If no such solution
+ * exists, then we return a zero-columned transformation matrix.
+ * Otherwise, we compute the generic solution to
+ *
+ *             A y = 0 mod d
+ *
+ * That is we want to compute G such that
+ *
+ *             y = G y''
+ *
+ * with y'' integer, describes the set of solutions.
+ *
+ * We first remove the common factors of each row.
+ * In particular if gcd(A_i,d_i) != 1, then we divide the whole
+ * row i (including d_i) by this common factor.  If afterwards gcd(A_i) != 1,
+ * then we divide this row of A by the common factor, unless gcd(A_i) = 0.
+ * In the later case, we simply drop the row (in both A and d).
+ *
+ * If there are no rows left in A, then G is the identity matrix. Otherwise,
+ * for each row i, we now determine the lattice of integer vectors
+ * that satisfies this row.  Let U_i be the unimodular extension of the
+ * row A_i.  This unimodular extension exists because gcd(A_i) = 1.
+ * The first component of
+ *
+ *             y' = U_i y
+ *
+ * needs to be a multiple of d_i.  Let y' = diag(d_i, 1, ..., 1) y''.
+ * Then,
+ *
+ *             y = U_i^{-1} diag(d_i, 1, ..., 1) y''
+ *
+ * for arbitrary integer vectors y''.  That is, y belongs to the lattice
+ * generated by the columns of L_i = U_i^{-1} diag(d_i, 1, ..., 1).
+ * If there is only one row, then G = L_1.
+ *
+ * If there is more than one row left, we need to compute the intersection
+ * of the lattices.  That is, we need to compute an L such that
+ *
+ *             L = L_i L_i'    for all i
+ *
+ * with L_i' some integer matrices.  Let A be constructed as follows
+ *
+ *             A = [ L_1^{-T} L_2^{-T} ... L_k^{-T} ]
+ *
+ * and computed the Hermite Normal Form of A = [ H 0 ] U
+ * Then,
+ *
+ *             L_i^{-T} = H U_{1,i}
+ *
+ * or
+ *
+ *             H^{-T} = L_i U_{1,i}^T
+ *
+ * In other words G = L = H^{-T}.
+ * To ensure that G is lower triangular, we compute and use its Hermite
+ * normal form.
+ *
+ * The affine transformation matrix returned is then
+ *
+ *             [  1   0  ]
+ *             [ y_0  G  ]
+ *
+ * as any y = y_0 + G y' with y' integer is a solution to the original
+ * modulo constraints.
+ */
+struct isl_mat *isl_mat_parameter_compression(
+                       struct isl_mat *B, struct isl_vec *d)
+{
+       int i;
+       struct isl_mat *cst = NULL;
+       struct isl_mat *T = NULL;
+       isl_int D;
+
+       if (!B || !d)
+               goto error;
+       isl_assert(B->ctx, B->n_row == d->size, goto error);
+       cst = particular_solution(B, d);
+       if (!cst)
+               goto error;
+       if (cst->n_col == 0) {
+               T = isl_mat_alloc(B->ctx, B->n_col, 0);
+               isl_mat_free(cst);
+               isl_mat_free(B);
+               isl_vec_free(d);
+               return T;
+       }
+       isl_int_init(D);
+       /* Replace a*g*row = 0 mod g*m by row = 0 mod m */
+       for (i = 0; i < B->n_row; ++i) {
+               isl_seq_gcd(B->row[i] + 1, B->n_col - 1, &D);
+               if (isl_int_is_one(D))
+                       continue;
+               if (isl_int_is_zero(D)) {
+                       B = isl_mat_drop_rows(B, i, 1);
+                       d = isl_vec_cow(d);
+                       if (!B || !d)
+                               goto error2;
+                       isl_seq_cpy(d->block.data+i, d->block.data+i+1,
+                                                       d->size - (i+1));
+                       d->size--;
+                       i--;
+                       continue;
+               }
+               B = isl_mat_cow(B);
+               if (!B)
+                       goto error2;
+               isl_seq_scale_down(B->row[i] + 1, B->row[i] + 1, D, B->n_col-1);
+               isl_int_gcd(D, D, d->block.data[i]);
+               d = isl_vec_cow(d);
+               if (!d)
+                       goto error2;
+               isl_int_divexact(d->block.data[i], d->block.data[i], D);
+       }
+       isl_int_clear(D);
+       if (B->n_row == 0)
+               T = isl_mat_identity(B->ctx, B->n_col);
+       else if (B->n_row == 1)
+               T = parameter_compression_1(B, d);
+       else
+               T = parameter_compression_multi(B, d);
+       T = isl_mat_left_hermite(T, 0, NULL, NULL);
+       if (!T)
+               goto error;
+       isl_mat_sub_copy(T->ctx, T->row + 1, cst->row, cst->n_row, 0, 0, 1);
+       isl_mat_free(cst);
+       isl_mat_free(B);
+       isl_vec_free(d);
+       return T;
+error2:
+       isl_int_clear(D);
+error:
+       isl_mat_free(cst);
+       isl_mat_free(B);
+       isl_vec_free(d);
+       return NULL;
+}
+
+/* Given a set of equalities
+ *
+ *             B(y) + A x = 0                                          (*)
+ *
+ * compute and return an affine transformation T,
+ *
+ *             y = T y'
+ *
+ * that bijectively maps the integer vectors y' to integer
+ * vectors y that satisfy the modulo constraints for some value of x.
+ *
+ * Let [H 0] be the Hermite Normal Form of A, i.e.,
  *
- * Let the equalities of bset be
+ *             A = [H 0] Q
+ *
+ * Then y is a solution of (*) iff
+ *
+ *             H^-1 B(y) (= - [I 0] Q x)
+ *
+ * is an integer vector.  Let d be the common denominator of H^-1.
+ * We impose
+ *
+ *             d H^-1 B(y) = 0 mod d
+ *
+ * and compute the solution using isl_mat_parameter_compression.
+ */
+__isl_give isl_mat *isl_mat_parameter_compression_ext(__isl_take isl_mat *B,
+       __isl_take isl_mat *A)
+{
+       isl_ctx *ctx;
+       isl_vec *d;
+       int n_row, n_col;
+
+       if (!A)
+               return isl_mat_free(B);
+
+       ctx = isl_mat_get_ctx(A);
+       n_row = A->n_row;
+       n_col = A->n_col;
+       A = isl_mat_left_hermite(A, 0, NULL, NULL);
+       A = isl_mat_drop_cols(A, n_row, n_col - n_row);
+       A = isl_mat_lin_to_aff(A);
+       A = isl_mat_right_inverse(A);
+       d = isl_vec_alloc(ctx, n_row);
+       if (A)
+               d = isl_vec_set(d, A->row[0][0]);
+       A = isl_mat_drop_rows(A, 0, 1);
+       A = isl_mat_drop_cols(A, 0, 1);
+       B = isl_mat_product(A, B);
+
+       return isl_mat_parameter_compression(B, d);
+}
+
+/* Given a set of equalities
  *
  *             M x - c = 0
  *
- * Compute the (left) Hermite normal form of M,
+ * this function computes a unimodular transformation from a lower-dimensional
+ * space to the original space that bijectively maps the integer points x'
+ * in the lower-dimensional space to the integer points x in the original
+ * space that satisfy the equalities.
+ *
+ * The input is given as a matrix B = [ -c M ] and the output is a
+ * matrix that maps [1 x'] to [1 x].
+ * If T2 is not NULL, then *T2 is set to a matrix mapping [1 x] to [1 x'].
+ *
+ * First compute the (left) Hermite normal form of M,
  *
  *             M [U1 U2] = M U = H = [H1 0]
  * or
  *
  * If any of the c' is non-integer, then the original set has no
  * integer solutions (since the x' are a unimodular transformation
- * of the x).
+ * of the x) and a zero-column matrix is returned.
  * Otherwise, the transformation is given by
  *
  *             x = U1 H1^{-1} c + U2 x2'
  *
  *             x2' = Q2 x
  */
-static struct isl_basic_set *compress_variables(struct isl_ctx *ctx,
-       struct isl_basic_set *bset, struct isl_mat **T, struct isl_mat **T2)
+__isl_give isl_mat *isl_mat_variable_compression(__isl_take isl_mat *B,
+       __isl_give isl_mat **T2)
 {
        int i;
        struct isl_mat *H = NULL, *C = NULL, *H1, *U = NULL, *U1, *U2, *TC;
+       unsigned dim;
 
-       if (T)
-               *T = NULL;
        if (T2)
                *T2 = NULL;
-       if (!bset)
+       if (!B)
                goto error;
-       isl_assert(ctx, bset->nparam == 0, goto error);
-       isl_assert(ctx, bset->n_div == 0, goto error);
-       isl_assert(ctx, bset->n_eq <= bset->dim, goto error);
-       if (bset->n_eq == 0)
-               return bset;
 
-       H = isl_mat_sub_alloc(ctx, bset->eq, 0, bset->n_eq, 1, bset->dim);
-       H = isl_mat_left_hermite(ctx, H, 0, &U, T2);
+       dim = B->n_col - 1;
+       H = isl_mat_sub_alloc(B, 0, B->n_row, 1, dim);
+       H = isl_mat_left_hermite(H, 0, &U, T2);
        if (!H || !U || (T2 && !*T2))
                goto error;
        if (T2) {
-               *T2 = isl_mat_drop_rows(ctx, *T2, 0, bset->n_eq);
-               *T2 = isl_mat_lin_to_aff(ctx, *T2);
+               *T2 = isl_mat_drop_rows(*T2, 0, B->n_row);
+               *T2 = isl_mat_lin_to_aff(*T2);
                if (!*T2)
                        goto error;
        }
-       C = isl_mat_alloc(ctx, 1+bset->n_eq, 1);
+       C = isl_mat_alloc(B->ctx, 1+B->n_row, 1);
        if (!C)
                goto error;
        isl_int_set_si(C->row[0][0], 1);
-       isl_mat_sub_neg(ctx, C->row+1, bset->eq, bset->n_eq, 0, 0, 1);
-       H1 = isl_mat_sub_alloc(ctx, H->row, 0, H->n_row, 0, H->n_row);
-       H1 = isl_mat_lin_to_aff(ctx, H1);
-       TC = isl_mat_inverse_product(ctx, H1, C);
+       isl_mat_sub_neg(C->ctx, C->row+1, B->row, B->n_row, 0, 0, 1);
+       H1 = isl_mat_sub_alloc(H, 0, H->n_row, 0, H->n_row);
+       H1 = isl_mat_lin_to_aff(H1);
+       TC = isl_mat_inverse_product(H1, C);
        if (!TC)
                goto error;
-       isl_mat_free(ctx, H);
+       isl_mat_free(H);
        if (!isl_int_is_one(TC->row[0][0])) {
-               for (i = 0; i < bset->n_eq; ++i) {
+               for (i = 0; i < B->n_row; ++i) {
                        if (!isl_int_is_divisible_by(TC->row[1+i][0], TC->row[0][0])) {
-                               isl_mat_free(ctx, TC);
-                               isl_mat_free(ctx, U);
+                               struct isl_ctx *ctx = B->ctx;
+                               isl_mat_free(B);
+                               isl_mat_free(TC);
+                               isl_mat_free(U);
                                if (T2) {
-                                       isl_mat_free(ctx, *T2);
+                                       isl_mat_free(*T2);
                                        *T2 = NULL;
                                }
-                               return isl_basic_set_set_to_empty(bset);
+                               return isl_mat_alloc(ctx, 1 + dim, 0);
                        }
                        isl_seq_scale_down(TC->row[1+i], TC->row[1+i], TC->row[0][0], 1);
                }
                isl_int_set_si(TC->row[0][0], 1);
        }
-       U1 = isl_mat_sub_alloc(ctx, U->row, 0, U->n_row, 0, bset->n_eq);
-       U1 = isl_mat_lin_to_aff(ctx, U1);
-       U2 = isl_mat_sub_alloc(ctx, U->row, 0, U->n_row,
-                               bset->n_eq, U->n_row - bset->n_eq);
-       U2 = isl_mat_lin_to_aff(ctx, U2);
-       isl_mat_free(ctx, U);
-       TC = isl_mat_product(ctx, U1, TC);
-       TC = isl_mat_aff_direct_sum(ctx, TC, U2);
-       bset = isl_basic_set_preimage(ctx, bset, T ? isl_mat_copy(ctx, TC) : TC);
-       if (T)
-               *T = TC;
-       return bset;
+       U1 = isl_mat_sub_alloc(U, 0, U->n_row, 0, B->n_row);
+       U1 = isl_mat_lin_to_aff(U1);
+       U2 = isl_mat_sub_alloc(U, 0, U->n_row, B->n_row, U->n_row - B->n_row);
+       U2 = isl_mat_lin_to_aff(U2);
+       isl_mat_free(U);
+       TC = isl_mat_product(U1, TC);
+       TC = isl_mat_aff_direct_sum(TC, U2);
+
+       isl_mat_free(B);
+
+       return TC;
 error:
-       isl_mat_free(ctx, H);
-       isl_mat_free(ctx, U);
-       if (T2)
-               isl_mat_free(ctx, *T2);
-       isl_basic_set_free(bset);
+       isl_mat_free(B);
+       isl_mat_free(H);
+       isl_mat_free(U);
+       if (T2) {
+               isl_mat_free(*T2);
+               *T2 = NULL;
+       }
+       return NULL;
+}
+
+/* Use the n equalities of bset to unimodularly transform the
+ * variables x such that n transformed variables x1' have a constant value
+ * and rewrite the constraints of bset in terms of the remaining
+ * transformed variables x2'.  The matrix pointed to by T maps
+ * the new variables x2' back to the original variables x, while T2
+ * maps the original variables to the new variables.
+ */
+static struct isl_basic_set *compress_variables(
+       struct isl_basic_set *bset, struct isl_mat **T, struct isl_mat **T2)
+{
+       struct isl_mat *B, *TC;
+       unsigned dim;
+
        if (T)
                *T = NULL;
        if (T2)
                *T2 = NULL;
+       if (!bset)
+               goto error;
+       isl_assert(bset->ctx, isl_basic_set_n_param(bset) == 0, goto error);
+       isl_assert(bset->ctx, bset->n_div == 0, goto error);
+       dim = isl_basic_set_n_dim(bset);
+       isl_assert(bset->ctx, bset->n_eq <= dim, goto error);
+       if (bset->n_eq == 0)
+               return bset;
+
+       B = isl_mat_sub_alloc6(bset->ctx, bset->eq, 0, bset->n_eq, 0, 1 + dim);
+       TC = isl_mat_variable_compression(B, T2);
+       if (!TC)
+               goto error;
+       if (TC->n_col == 0) {
+               isl_mat_free(TC);
+               if (T2) {
+                       isl_mat_free(*T2);
+                       *T2 = NULL;
+               }
+               return isl_basic_set_set_to_empty(bset);
+       }
+
+       bset = isl_basic_set_preimage(bset, T ? isl_mat_copy(TC) : TC);
+       if (T)
+               *T = TC;
+       return bset;
+error:
+       isl_basic_set_free(bset);
        return NULL;
 }
 
@@ -129,14 +599,150 @@ struct isl_basic_set *isl_basic_set_remove_equalities(
                *T2 = NULL;
        if (!bset)
                return NULL;
-       isl_assert(bset->ctx, bset->nparam == 0, goto error);
+       isl_assert(bset->ctx, isl_basic_set_n_param(bset) == 0, goto error);
        bset = isl_basic_set_gauss(bset, NULL);
-       if (F_ISSET(bset, ISL_BASIC_SET_EMPTY))
+       if (ISL_F_ISSET(bset, ISL_BASIC_SET_EMPTY))
                return bset;
-       bset = compress_variables(bset->ctx, bset, T, T2);
+       bset = compress_variables(bset, T, T2);
        return bset;
 error:
        isl_basic_set_free(bset);
        *T = NULL;
        return NULL;
 }
+
+/* Check if dimension dim belongs to a residue class
+ *             i_dim \equiv r mod m
+ * with m != 1 and if so return m in *modulo and r in *residue.
+ * As a special case, when i_dim has a fixed value v, then
+ * *modulo is set to 0 and *residue to v.
+ *
+ * If i_dim does not belong to such a residue class, then *modulo
+ * is set to 1 and *residue is set to 0.
+ */
+int isl_basic_set_dim_residue_class(struct isl_basic_set *bset,
+       int pos, isl_int *modulo, isl_int *residue)
+{
+       struct isl_ctx *ctx;
+       struct isl_mat *H = NULL, *U = NULL, *C, *H1, *U1;
+       unsigned total;
+       unsigned nparam;
+
+       if (!bset || !modulo || !residue)
+               return -1;
+
+       if (isl_basic_set_plain_dim_is_fixed(bset, pos, residue)) {
+               isl_int_set_si(*modulo, 0);
+               return 0;
+       }
+
+       ctx = bset->ctx;
+       total = isl_basic_set_total_dim(bset);
+       nparam = isl_basic_set_n_param(bset);
+       H = isl_mat_sub_alloc6(bset->ctx, bset->eq, 0, bset->n_eq, 1, total);
+       H = isl_mat_left_hermite(H, 0, &U, NULL);
+       if (!H)
+               return -1;
+
+       isl_seq_gcd(U->row[nparam + pos]+bset->n_eq,
+                       total-bset->n_eq, modulo);
+       if (isl_int_is_zero(*modulo))
+               isl_int_set_si(*modulo, 1);
+       if (isl_int_is_one(*modulo)) {
+               isl_int_set_si(*residue, 0);
+               isl_mat_free(H);
+               isl_mat_free(U);
+               return 0;
+       }
+
+       C = isl_mat_alloc(bset->ctx, 1+bset->n_eq, 1);
+       if (!C)
+               goto error;
+       isl_int_set_si(C->row[0][0], 1);
+       isl_mat_sub_neg(C->ctx, C->row+1, bset->eq, bset->n_eq, 0, 0, 1);
+       H1 = isl_mat_sub_alloc(H, 0, H->n_row, 0, H->n_row);
+       H1 = isl_mat_lin_to_aff(H1);
+       C = isl_mat_inverse_product(H1, C);
+       isl_mat_free(H);
+       U1 = isl_mat_sub_alloc(U, nparam+pos, 1, 0, bset->n_eq);
+       U1 = isl_mat_lin_to_aff(U1);
+       isl_mat_free(U);
+       C = isl_mat_product(U1, C);
+       if (!C)
+               goto error;
+       if (!isl_int_is_divisible_by(C->row[1][0], C->row[0][0])) {
+               bset = isl_basic_set_copy(bset);
+               bset = isl_basic_set_set_to_empty(bset);
+               isl_basic_set_free(bset);
+               isl_int_set_si(*modulo, 1);
+               isl_int_set_si(*residue, 0);
+               return 0;
+       }
+       isl_int_divexact(*residue, C->row[1][0], C->row[0][0]);
+       isl_int_fdiv_r(*residue, *residue, *modulo);
+       isl_mat_free(C);
+       return 0;
+error:
+       isl_mat_free(H);
+       isl_mat_free(U);
+       return -1;
+}
+
+/* Check if dimension dim belongs to a residue class
+ *             i_dim \equiv r mod m
+ * with m != 1 and if so return m in *modulo and r in *residue.
+ * As a special case, when i_dim has a fixed value v, then
+ * *modulo is set to 0 and *residue to v.
+ *
+ * If i_dim does not belong to such a residue class, then *modulo
+ * is set to 1 and *residue is set to 0.
+ */
+int isl_set_dim_residue_class(struct isl_set *set,
+       int pos, isl_int *modulo, isl_int *residue)
+{
+       isl_int m;
+       isl_int r;
+       int i;
+
+       if (!set || !modulo || !residue)
+               return -1;
+
+       if (set->n == 0) {
+               isl_int_set_si(*modulo, 0);
+               isl_int_set_si(*residue, 0);
+               return 0;
+       }
+
+       if (isl_basic_set_dim_residue_class(set->p[0], pos, modulo, residue)<0)
+               return -1;
+
+       if (set->n == 1)
+               return 0;
+
+       if (isl_int_is_one(*modulo))
+               return 0;
+
+       isl_int_init(m);
+       isl_int_init(r);
+
+       for (i = 1; i < set->n; ++i) {
+               if (isl_basic_set_dim_residue_class(set->p[i], pos, &m, &r) < 0)
+                       goto error;
+               isl_int_gcd(*modulo, *modulo, m);
+               isl_int_sub(m, *residue, r);
+               isl_int_gcd(*modulo, *modulo, m);
+               if (!isl_int_is_zero(*modulo))
+                       isl_int_fdiv_r(*residue, *residue, *modulo);
+               if (isl_int_is_one(*modulo))
+                       break;
+       }
+
+       isl_int_clear(m);
+       isl_int_clear(r);
+
+       return 0;
+error:
+       isl_int_clear(m);
+       isl_int_clear(r);
+       return -1;
+}