add isl_aff_mod_val
[platform/upstream/isl.git] / isl_sample.c
index 13faa3b..c6a0f31 100644 (file)
@@ -1,22 +1,25 @@
 /*
  * Copyright 2008-2009 Katholieke Universiteit Leuven
  *
- * Use of this software is governed by the GNU LGPLv2.1 license
+ * 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
  */
 
+#include <isl_ctx_private.h>
+#include <isl_map_private.h>
 #include "isl_sample.h"
 #include "isl_sample_piplib.h"
-#include "isl_vec.h"
-#include "isl_mat.h"
-#include "isl_seq.h"
-#include "isl_map_private.h"
+#include <isl/vec.h>
+#include <isl/mat.h>
+#include <isl/seq.h>
 #include "isl_equalities.h"
 #include "isl_tab.h"
 #include "isl_basis_reduction.h"
+#include <isl_factorization.h>
 #include <isl_point_private.h>
+#include <isl_options_private.h>
 
 static struct isl_vec *empty_sample(struct isl_basic_set *bset)
 {
@@ -55,12 +58,16 @@ static struct isl_vec *interval_sample(struct isl_basic_set *bset)
        bset = isl_basic_set_simplify(bset);
        if (!bset)
                return NULL;
-       if (isl_basic_set_fast_is_empty(bset))
+       if (isl_basic_set_plain_is_empty(bset))
                return empty_sample(bset);
        if (bset->n_eq == 0 && bset->n_ineq == 0)
                return zero_sample(bset);
 
        sample = isl_vec_alloc(bset->ctx, 2);
+       if (!sample)
+               goto error;
+       if (!bset)
+               return NULL;
        isl_int_set_si(sample->block.data[0], 1);
 
        if (bset->n_eq > 0) {
@@ -340,6 +347,105 @@ static struct isl_mat *initial_basis(struct isl_tab *tab)
        return Q;
 }
 
+/* Compute the minimum of the current ("level") basis row over "tab"
+ * and store the result in position "level" of "min".
+ */
+static enum isl_lp_result compute_min(isl_ctx *ctx, struct isl_tab *tab,
+       __isl_keep isl_vec *min, int level)
+{
+       return isl_tab_min(tab, tab->basis->row[1 + level],
+                           ctx->one, &min->el[level], NULL, 0);
+}
+
+/* Compute the maximum of the current ("level") basis row over "tab"
+ * and store the result in position "level" of "max".
+ */
+static enum isl_lp_result compute_max(isl_ctx *ctx, struct isl_tab *tab,
+       __isl_keep isl_vec *max, int level)
+{
+       enum isl_lp_result res;
+       unsigned dim = tab->n_var;
+
+       isl_seq_neg(tab->basis->row[1 + level] + 1,
+                   tab->basis->row[1 + level] + 1, dim);
+       res = isl_tab_min(tab, tab->basis->row[1 + level],
+                   ctx->one, &max->el[level], NULL, 0);
+       isl_seq_neg(tab->basis->row[1 + level] + 1,
+                   tab->basis->row[1 + level] + 1, dim);
+       isl_int_neg(max->el[level], max->el[level]);
+
+       return res;
+}
+
+/* Perform a greedy search for an integer point in the set represented
+ * by "tab", given that the minimal rational value (rounded up to the
+ * nearest integer) at "level" is smaller than the maximal rational
+ * value (rounded down to the nearest integer).
+ *
+ * Return 1 if we have found an integer point (if tab->n_unbounded > 0
+ * then we may have only found integer values for the bounded dimensions
+ * and it is the responsibility of the caller to extend this solution
+ * to the unbounded dimensions).
+ * Return 0 if greedy search did not result in a solution.
+ * Return -1 if some error occurred.
+ *
+ * We assign a value half-way between the minimum and the maximum
+ * to the current dimension and check if the minimal value of the
+ * next dimension is still smaller than (or equal) to the maximal value.
+ * We continue this process until either
+ * - the minimal value (rounded up) is greater than the maximal value
+ *     (rounded down).  In this case, greedy search has failed.
+ * - we have exhausted all bounded dimensions, meaning that we have
+ *     found a solution.
+ * - the sample value of the tableau is integral.
+ * - some error has occurred.
+ */
+static int greedy_search(isl_ctx *ctx, struct isl_tab *tab,
+       __isl_keep isl_vec *min, __isl_keep isl_vec *max, int level)
+{
+       struct isl_tab_undo *snap;
+       enum isl_lp_result res;
+
+       snap = isl_tab_snap(tab);
+
+       do {
+               isl_int_add(tab->basis->row[1 + level][0],
+                           min->el[level], max->el[level]);
+               isl_int_fdiv_q_ui(tab->basis->row[1 + level][0],
+                           tab->basis->row[1 + level][0], 2);
+               isl_int_neg(tab->basis->row[1 + level][0],
+                           tab->basis->row[1 + level][0]);
+               if (isl_tab_add_valid_eq(tab, tab->basis->row[1 + level]) < 0)
+                       return -1;
+               isl_int_set_si(tab->basis->row[1 + level][0], 0);
+
+               if (++level >= tab->n_var - tab->n_unbounded)
+                       return 1;
+               if (isl_tab_sample_is_integer(tab))
+                       return 1;
+
+               res = compute_min(ctx, tab, min, level);
+               if (res == isl_lp_error)
+                       return -1;
+               if (res != isl_lp_ok)
+                       isl_die(ctx, isl_error_internal,
+                               "expecting bounded rational solution",
+                               return -1);
+               res = compute_max(ctx, tab, max, level);
+               if (res == isl_lp_error)
+                       return -1;
+               if (res != isl_lp_ok)
+                       isl_die(ctx, isl_error_internal,
+                               "expecting bounded rational solution",
+                               return -1);
+       } while (isl_int_le(min->el[level], max->el[level]));
+
+       if (isl_tab_rollback(tab, snap) < 0)
+               return -1;
+
+       return 0;
+}
+
 /* Given a tableau representing a set, find and return
  * an integer point in the set, if there is any.
  *
@@ -379,6 +485,9 @@ static struct isl_mat *initial_basis(struct isl_tab *tab)
  * basis vector.  "init" is true if we want the first value at the current
  * level and false if we want the next value.
  *
+ * At the start of each level, we first check if we can find a solution
+ * using greedy search.  If not, we continue with the exhaustive search.
+ *
  * The initial basis is the identity matrix.  If the range in some direction
  * contains more than one integer value, we perform basis reduction based
  * on the value of ctx->opt->gbr
@@ -448,34 +557,38 @@ struct isl_vec *isl_tab_sample(struct isl_tab *tab)
        reduced = 0;
 
        while (level >= 0) {
-               int empty = 0;
                if (init) {
-                       res = isl_tab_min(tab, tab->basis->row[1 + level],
-                                   ctx->one, &min->el[level], NULL, 0);
-                       if (res == isl_lp_empty)
-                               empty = 1;
-                       isl_assert(ctx, res != isl_lp_unbounded, goto error);
+                       int choice;
+
+                       res = compute_min(ctx, tab, min, level);
                        if (res == isl_lp_error)
                                goto error;
-                       if (!empty && isl_tab_sample_is_integer(tab))
+                       if (res != isl_lp_ok)
+                               isl_die(ctx, isl_error_internal,
+                                       "expecting bounded rational solution",
+                                       goto error);
+                       if (isl_tab_sample_is_integer(tab))
                                break;
-                       isl_seq_neg(tab->basis->row[1 + level] + 1,
-                                   tab->basis->row[1 + level] + 1, dim);
-                       res = isl_tab_min(tab, tab->basis->row[1 + level],
-                                   ctx->one, &max->el[level], NULL, 0);
-                       isl_seq_neg(tab->basis->row[1 + level] + 1,
-                                   tab->basis->row[1 + level] + 1, dim);
-                       isl_int_neg(max->el[level], max->el[level]);
-                       if (res == isl_lp_empty)
-                               empty = 1;
-                       isl_assert(ctx, res != isl_lp_unbounded, goto error);
+                       res = compute_max(ctx, tab, max, level);
                        if (res == isl_lp_error)
                                goto error;
-                       if (!empty && isl_tab_sample_is_integer(tab))
+                       if (res != isl_lp_ok)
+                               isl_die(ctx, isl_error_internal,
+                                       "expecting bounded rational solution",
+                                       goto error);
+                       if (isl_tab_sample_is_integer(tab))
                                break;
-                       if (!empty && !reduced &&
-                           ctx->opt->gbr != ISL_GBR_NEVER &&
-                           isl_int_lt(min->el[level], max->el[level])) {
+                       choice = isl_int_lt(min->el[level], max->el[level]);
+                       if (choice) {
+                               int g;
+                               g = greedy_search(ctx, tab, min, max, level);
+                               if (g < 0)
+                                       goto error;
+                               if (g)
+                                       break;
+                       }
+                       if (!reduced && choice &&
+                           ctx->opt->gbr != ISL_GBR_NEVER) {
                                unsigned gbr_only_first;
                                if (ctx->opt->gbr == ISL_GBR_ONCE)
                                        ctx->opt->gbr = ISL_GBR_NEVER;
@@ -495,7 +608,7 @@ struct isl_vec *isl_tab_sample(struct isl_tab *tab)
                } else
                        isl_int_add_ui(min->el[level], min->el[level], 1);
 
-               if (empty || isl_int_gt(min->el[level], max->el[level])) {
+               if (isl_int_gt(min->el[level], max->el[level])) {
                        level--;
                        init = 0;
                        if (level >= 0)
@@ -504,7 +617,8 @@ struct isl_vec *isl_tab_sample(struct isl_tab *tab)
                        continue;
                }
                isl_int_neg(tab->basis->row[1 + level][0], min->el[level]);
-               tab = isl_tab_add_valid_eq(tab, tab->basis->row[1 + level]);
+               if (isl_tab_add_valid_eq(tab, tab->basis->row[1 + level]) < 0)
+                       goto error;
                isl_int_set_si(tab->basis->row[1 + level][0], 0);
                if (level + tab->n_unbounded < dim - 1) {
                        ++level;
@@ -541,6 +655,76 @@ error:
        return NULL;
 }
 
+static struct isl_vec *sample_bounded(struct isl_basic_set *bset);
+
+/* Compute a sample point of the given basic set, based on the given,
+ * non-trivial factorization.
+ */
+static __isl_give isl_vec *factored_sample(__isl_take isl_basic_set *bset,
+       __isl_take isl_factorizer *f)
+{
+       int i, n;
+       isl_vec *sample = NULL;
+       isl_ctx *ctx;
+       unsigned nparam;
+       unsigned nvar;
+
+       ctx = isl_basic_set_get_ctx(bset);
+       if (!ctx)
+               goto error;
+
+       nparam = isl_basic_set_dim(bset, isl_dim_param);
+       nvar = isl_basic_set_dim(bset, isl_dim_set);
+
+       sample = isl_vec_alloc(ctx, 1 + isl_basic_set_total_dim(bset));
+       if (!sample)
+               goto error;
+       isl_int_set_si(sample->el[0], 1);
+
+       bset = isl_morph_basic_set(isl_morph_copy(f->morph), bset);
+
+       for (i = 0, n = 0; i < f->n_group; ++i) {
+               isl_basic_set *bset_i;
+               isl_vec *sample_i;
+
+               bset_i = isl_basic_set_copy(bset);
+               bset_i = isl_basic_set_drop_constraints_involving(bset_i,
+                           nparam + n + f->len[i], nvar - n - f->len[i]);
+               bset_i = isl_basic_set_drop_constraints_involving(bset_i,
+                           nparam, n);
+               bset_i = isl_basic_set_drop(bset_i, isl_dim_set,
+                           n + f->len[i], nvar - n - f->len[i]);
+               bset_i = isl_basic_set_drop(bset_i, isl_dim_set, 0, n);
+
+               sample_i = sample_bounded(bset_i);
+               if (!sample_i)
+                       goto error;
+               if (sample_i->size == 0) {
+                       isl_basic_set_free(bset);
+                       isl_factorizer_free(f);
+                       isl_vec_free(sample);
+                       return sample_i;
+               }
+               isl_seq_cpy(sample->el + 1 + nparam + n,
+                           sample_i->el + 1, f->len[i]);
+               isl_vec_free(sample_i);
+
+               n += f->len[i];
+       }
+
+       f->morph = isl_morph_inverse(f->morph);
+       sample = isl_morph_vec(isl_morph_copy(f->morph), sample);
+
+       isl_basic_set_free(bset);
+       isl_factorizer_free(f);
+       return sample;
+error:
+       isl_basic_set_free(bset);
+       isl_factorizer_free(f);
+       isl_vec_free(sample);
+       return NULL;
+}
+
 /* Given a basic set that is known to be bounded, find and return
  * an integer point in the basic set, if there is any.
  *
@@ -554,11 +738,12 @@ static struct isl_vec *sample_bounded(struct isl_basic_set *bset)
        struct isl_ctx *ctx;
        struct isl_vec *sample;
        struct isl_tab *tab = NULL;
+       isl_factorizer *f;
 
        if (!bset)
                return NULL;
 
-       if (isl_basic_set_fast_is_empty(bset))
+       if (isl_basic_set_plain_is_empty(bset))
                return empty_sample(bset);
 
        dim = isl_basic_set_total_dim(bset);
@@ -569,9 +754,16 @@ static struct isl_vec *sample_bounded(struct isl_basic_set *bset)
        if (bset->n_eq > 0)
                return sample_eq(bset, sample_bounded);
 
+       f = isl_basic_set_factorizer(bset);
+       if (!f)
+               goto error;
+       if (f->n_group != 0)
+               return factored_sample(bset, f);
+       isl_factorizer_free(f);
+               
        ctx = bset->ctx;
 
-       tab = isl_tab_from_basic_set(bset);
+       tab = isl_tab_from_basic_set(bset, 1);
        if (tab && tab->empty) {
                isl_tab_free(tab);
                ISL_F_SET(bset, ISL_BASIC_SET_EMPTY);
@@ -580,12 +772,9 @@ static struct isl_vec *sample_bounded(struct isl_basic_set *bset)
                return sample;
        }
 
-       if (isl_tab_track_bset(tab, isl_basic_set_copy(bset)) < 0)
-               goto error;
        if (!ISL_F_ISSET(bset, ISL_BASIC_SET_NO_IMPLICIT))
-               tab = isl_tab_detect_implicit_equalities(tab);
-       if (!tab)
-               goto error;
+               if (isl_tab_detect_implicit_equalities(tab) < 0)
+                       goto error;
 
        sample = isl_tab_sample(tab);
        if (!sample)
@@ -661,7 +850,7 @@ static struct isl_vec *rational_sample(struct isl_basic_set *bset)
        if (!bset)
                return NULL;
 
-       tab = isl_tab_from_basic_set(bset);
+       tab = isl_tab_from_basic_set(bset, 0);
        sample = isl_tab_get_sample_value(tab);
        isl_tab_free(tab);
 
@@ -718,7 +907,7 @@ static struct isl_basic_set *shift_cone(struct isl_basic_set *cone,
 
        total = isl_basic_set_total_dim(cone);
 
-       shift = isl_basic_set_alloc_dim(isl_basic_set_get_dim(cone),
+       shift = isl_basic_set_alloc_space(isl_basic_set_get_space(cone),
                                        0, 0, cone->n_ineq);
 
        for (i = 0; i < cone->n_ineq; ++i) {
@@ -778,7 +967,8 @@ static struct isl_vec *round_up_in_cone(struct isl_vec *vec,
 
        total = isl_basic_set_total_dim(cone);
        cone = isl_basic_set_preimage(cone, U);
-       cone = isl_basic_set_remove_dims(cone, 0, total - (vec->size - 1));
+       cone = isl_basic_set_remove_dims(cone, isl_dim_set,
+                                        0, total - (vec->size - 1));
 
        cone = shift_cone(cone, vec);
 
@@ -823,28 +1013,6 @@ error:
        return NULL;
 }
 
-/* Drop all constraints in bset that involve any of the dimensions
- * first to first+n-1.
- */
-static struct isl_basic_set *drop_constraints_involving
-       (struct isl_basic_set *bset, unsigned first, unsigned n)
-{
-       int i;
-
-       if (!bset)
-               return NULL;
-
-       bset = isl_basic_set_cow(bset);
-
-       for (i = bset->n_ineq - 1; i >= 0; --i) {
-               if (isl_seq_first_non_zero(bset->ineq[i] + 1 + first, n) == -1)
-                       continue;
-               isl_basic_set_drop_inequality(bset, i);
-       }
-
-       return bset;
-}
-
 /* Give a basic set "bset" with recession cone "cone", compute and
  * return an integer point in bset, if any.
  *
@@ -900,7 +1068,7 @@ __isl_give isl_vec *isl_basic_set_sample_with_cone(
        total = isl_basic_set_total_dim(cone);
        cone_dim = total - cone->n_eq;
 
-       M = isl_mat_sub_alloc(bset->ctx, cone->eq, 0, cone->n_eq, 1, total);
+       M = isl_mat_sub_alloc6(bset->ctx, cone->eq, 0, cone->n_eq, 1, total);
        M = isl_mat_left_hermite(M, 0, &U, NULL);
        if (!M)
                goto error;
@@ -910,7 +1078,8 @@ __isl_give isl_vec *isl_basic_set_sample_with_cone(
        bset = isl_basic_set_preimage(bset, isl_mat_copy(U));
 
        bounded = isl_basic_set_copy(bset);
-       bounded = drop_constraints_involving(bounded, total - cone_dim, cone_dim);
+       bounded = isl_basic_set_drop_constraints_involving(bounded,
+                                                  total - cone_dim, cone_dim);
        bounded = isl_basic_set_drop_dims(bounded, total - cone_dim, cone_dim);
        sample = sample_bounded(bounded);
        if (!sample || sample->size == 0) {
@@ -1072,12 +1241,17 @@ static struct isl_vec *gbr_sample(struct isl_basic_set *bset)
        dim = isl_basic_set_total_dim(bset);
 
        cone = isl_basic_set_recession_cone(isl_basic_set_copy(bset));
+       if (!cone)
+               goto error;
 
        if (cone->n_eq < dim)
                return isl_basic_set_sample_with_cone(bset, cone);
 
        isl_basic_set_free(cone);
        return sample_bounded(bset);
+error:
+       isl_basic_set_free(bset);
+       return NULL;
 }
 
 static struct isl_vec *pip_sample(struct isl_basic_set *bset)
@@ -1109,7 +1283,7 @@ static struct isl_vec *basic_set_sample(struct isl_basic_set *bset, int bounded)
                return NULL;
 
        ctx = bset->ctx;
-       if (isl_basic_set_fast_is_empty(bset))
+       if (isl_basic_set_plain_is_empty(bset))
                return empty_sample(bset);
 
        dim = isl_basic_set_n_dim(bset);
@@ -1219,6 +1393,11 @@ error:
        return NULL;
 }
 
+__isl_give isl_basic_set *isl_basic_set_sample(__isl_take isl_basic_set *bset)
+{
+       return isl_basic_map_sample(bset);
+}
+
 __isl_give isl_basic_map *isl_map_sample(__isl_take isl_map *map)
 {
        int i;
@@ -1252,9 +1431,9 @@ __isl_give isl_basic_set *isl_set_sample(__isl_take isl_set *set)
 __isl_give isl_point *isl_basic_set_sample_point(__isl_take isl_basic_set *bset)
 {
        isl_vec *vec;
-       isl_dim *dim;
+       isl_space *dim;
 
-       dim = isl_basic_set_get_dim(bset);
+       dim = isl_basic_set_get_space(bset);
        bset = isl_basic_set_underlying_set(bset);
        vec = isl_basic_set_sample_vec(bset);
 
@@ -1278,7 +1457,7 @@ __isl_give isl_point *isl_set_sample_point(__isl_take isl_set *set)
                isl_point_free(pnt);
        }
        if (i == set->n)
-               pnt = isl_point_void(isl_set_get_dim(set));
+               pnt = isl_point_void(isl_set_get_space(set));
 
        isl_set_free(set);
        return pnt;