add isl_tab_basic_set_non_trivial_lexmin
authorSven Verdoolaege <skimo@kotnet.org>
Tue, 19 Apr 2011 12:51:43 +0000 (14:51 +0200)
committerSven Verdoolaege <skimo@kotnet.org>
Thu, 21 Apr 2011 11:13:12 +0000 (13:13 +0200)
Signed-off-by: Sven Verdoolaege <skimo@kotnet.org>
isl_tab.h
isl_tab_pip.c

index 7d7d0a7..66a2804 100644 (file)
--- a/isl_tab.h
+++ b/isl_tab.h
@@ -161,6 +161,9 @@ struct isl_tab {
        int n_unbounded;
        struct isl_mat *basis;
 
+       int (*conflict)(int con, void *user);
+       void *conflict_user;
+
        unsigned strict_redundant : 1;
        unsigned need_undo : 1;
        unsigned rational : 1;
@@ -230,6 +233,19 @@ struct isl_map *isl_tab_basic_map_partial_lexopt(
                struct isl_basic_map *bmap, struct isl_basic_set *dom,
                struct isl_set **empty, int max);
 
+/* An isl_region represents a sequence of consecutive variables.
+ * pos is the location (starting at 0) of the first variable in the sequence.
+ */
+struct isl_region {
+       int pos;
+       int len;
+};
+
+__isl_give isl_vec *isl_tab_basic_set_non_trivial_lexmin(
+       __isl_take isl_basic_set *bset, int n_op, int n_region,
+       struct isl_region *region,
+       int (*conflict)(int con, void *user), void *user);
+
 /* private */
 
 struct isl_tab_var *isl_tab_var_from_row(struct isl_tab *tab, int i);
index ddde3e3..0e49e21 100644 (file)
@@ -1149,6 +1149,50 @@ static void check_lexpos(struct isl_tab *tab)
        }
 }
 
+/* Report to the caller that the given constraint is part of an encountered
+ * conflict.
+ */
+static int report_conflicting_constraint(struct isl_tab *tab, int con)
+{
+       return tab->conflict(con, tab->conflict_user);
+}
+
+/* Given a conflicting row in the tableau, report all constraints
+ * involved in the row to the caller.  That is, the row itself
+ * (if represents a constraint) and all constraint columns with
+ * non-zero (and therefore negative) coefficient.
+ */
+static int report_conflict(struct isl_tab *tab, int row)
+{
+       int j;
+       isl_int *tr;
+
+       if (!tab->conflict)
+               return 0;
+
+       if (tab->row_var[row] < 0 &&
+           report_conflicting_constraint(tab, ~tab->row_var[row]) < 0)
+               return -1;
+
+       tr = tab->mat->row[row] + 2 + tab->M;
+
+       for (j = tab->n_dead; j < tab->n_col; ++j) {
+               if (tab->col_var[j] >= 0 &&
+                   (tab->col_var[j] < tab->n_param  ||
+                   tab->col_var[j] >= tab->n_var - tab->n_div))
+                       continue;
+
+               if (!isl_int_is_neg(tr[j]))
+                       continue;
+
+               if (tab->col_var[j] < 0 &&
+                   report_conflicting_constraint(tab, ~tab->col_var[j]) < 0)
+                       return -1;
+       }
+
+       return 0;
+}
+
 /* Resolve all known or obviously violated constraints through pivoting.
  * In particular, as long as we can find any violated constraint, we
  * look for a pivoting column that would result in the lexicographically
@@ -1167,6 +1211,8 @@ static int restore_lexmin(struct isl_tab *tab)
        while ((row = first_neg(tab)) != -1) {
                col = lexmin_pivot_col(tab, row);
                if (col >= tab->n_col) {
+                       if (report_conflict(tab, row) < 0)
+                               return -1;
                        if (isl_tab_mark_empty(tab) < 0)
                                return -1;
                        return 0;
@@ -4630,3 +4676,282 @@ int isl_basic_map_foreach_lexmax(__isl_keep isl_basic_map *bmap,
 {
        return isl_basic_map_foreach_lexopt(bmap, 1, fn, user);
 }
+
+/* Check if the given sequence of len variables starting at pos
+ * represents a trivial (i.e., zero) solution.
+ * The variables are assumed to be non-negative and to come in pairs,
+ * with each pair representing a variable of unrestricted sign.
+ * The solution is trivial if each such pair in the sequence consists
+ * of two identical values, meaning that the variable being represented
+ * has value zero.
+ */
+static int region_is_trivial(struct isl_tab *tab, int pos, int len)
+{
+       int i;
+
+       if (len == 0)
+               return 0;
+
+       for (i = 0; i < len; i +=  2) {
+               int neg_row;
+               int pos_row;
+
+               neg_row = tab->var[pos + i].is_row ?
+                               tab->var[pos + i].index : -1;
+               pos_row = tab->var[pos + i + 1].is_row ?
+                               tab->var[pos + i + 1].index : -1;
+
+               if ((neg_row < 0 ||
+                    isl_int_is_zero(tab->mat->row[neg_row][1])) &&
+                   (pos_row < 0 ||
+                    isl_int_is_zero(tab->mat->row[pos_row][1])))
+                       continue;
+
+               if (neg_row < 0 || pos_row < 0)
+                       return 0;
+               if (isl_int_ne(tab->mat->row[neg_row][1],
+                              tab->mat->row[pos_row][1]))
+                       return 0;
+       }
+
+       return 1;
+}
+
+/* Return the index of the first trivial region or -1 if all regions
+ * are non-trivial.
+ */
+static int first_trivial_region(struct isl_tab *tab,
+       int n_region, struct isl_region *region)
+{
+       int i;
+
+       for (i = 0; i < n_region; ++i) {
+               if (region_is_trivial(tab, region[i].pos, region[i].len))
+                       return i;
+       }
+
+       return -1;
+}
+
+/* Check if the solution is optimal, i.e., whether the first
+ * n_op entries are zero.
+ */
+static int is_optimal(__isl_keep isl_vec *sol, int n_op)
+{
+       int i;
+
+       for (i = 0; i < n_op; ++i)
+               if (!isl_int_is_zero(sol->el[1 + i]))
+                       return 0;
+       return 1;
+}
+
+/* Add constraints to "tab" that ensure that any solution is significantly
+ * better that that represented by "sol".  That is, find the first
+ * relevant (within first n_op) non-zero coefficient and force it (along
+ * with all previous coefficients) to be zero.
+ * If the solution is already optimal (all relevant coefficients are zero),
+ * then just mark the table as empty.
+ */
+static int force_better_solution(struct isl_tab *tab,
+       __isl_keep isl_vec *sol, int n_op)
+{
+       int i;
+       isl_ctx *ctx;
+       isl_vec *v = NULL;
+
+       if (!sol)
+               return -1;
+
+       for (i = 0; i < n_op; ++i)
+               if (!isl_int_is_zero(sol->el[1 + i]))
+                       break;
+
+       if (i == n_op) {
+               if (isl_tab_mark_empty(tab) < 0)
+                       return -1;
+               return 0;
+       }
+
+       ctx = isl_vec_get_ctx(sol);
+       v = isl_vec_alloc(ctx, 1 + tab->n_var);
+       if (!v)
+               return -1;
+
+       for (; i >= 0; --i) {
+               v = isl_vec_clr(v);
+               isl_int_set_si(v->el[1 + i], -1);
+               if (add_lexmin_eq(tab, v->el) < 0)
+                       goto error;
+       }
+
+       isl_vec_free(v);
+       return 0;
+error:
+       isl_vec_free(v);
+       return -1;
+}
+
+struct isl_trivial {
+       int update;
+       int region;
+       int side;
+       struct isl_tab_undo *snap;
+};
+
+/* Return the lexicographically smallest non-trivial solution of the
+ * given ILP problem.
+ *
+ * All variables are assumed to be non-negative.
+ *
+ * n_op is the number of initial coordinates to optimize.
+ * That is, once a solution has been found, we will only continue looking
+ * for solution that result in significantly better values for those
+ * initial coordinates.  That is, we only continue looking for solutions
+ * that increase the number of initial zeros in this sequence.
+ *
+ * A solution is non-trivial, if it is non-trivial on each of the
+ * specified regions.  Each region represents a sequence of pairs
+ * of variables.  A solution is non-trivial on such a region if
+ * at least one of these pairs consists of different values, i.e.,
+ * such that the non-negative variable represented by the pair is non-zero.
+ *
+ * Whenever a conflict is encountered, all constraints involved are
+ * reported to the caller through a call to "conflict".
+ *
+ * We perform a simple branch-and-bound backtracking search.
+ * Each level in the search represents initially trivial region that is forced
+ * to be non-trivial.
+ * At each level we consider n cases, where n is the length of the region.
+ * In terms of the n/2 variables of unrestricted signs being encoded by
+ * the region, we consider the cases
+ *     x_0 >= 1
+ *     x_0 <= -1
+ *     x_0 = 0 and x_1 >= 1
+ *     x_0 = 0 and x_1 <= -1
+ *     x_0 = 0 and x_1 = 0 and x_2 >= 1
+ *     x_0 = 0 and x_1 = 0 and x_2 <= -1
+ *     ...
+ * The cases are considered in this order, assuming that each pair
+ * x_i_a x_i_b represents the value x_i_b - x_i_a.
+ * That is, x_0 >= 1 is enforced by adding the constraint
+ *     x_0_b - x_0_a >= 1
+ */
+__isl_give isl_vec *isl_tab_basic_set_non_trivial_lexmin(
+       __isl_take isl_basic_set *bset, int n_op, int n_region,
+       struct isl_region *region,
+       int (*conflict)(int con, void *user), void *user)
+{
+       int i, j;
+       int need_update = 0;
+       int r;
+       isl_ctx *ctx = isl_basic_set_get_ctx(bset);
+       isl_vec *v = NULL;
+       isl_vec *sol = isl_vec_alloc(ctx, 0);
+       struct isl_tab *tab;
+       struct isl_trivial *triv = NULL;
+       int level, init;
+
+       tab = tab_for_lexmin(isl_basic_map_from_range(bset), NULL, 0, 0);
+       if (!tab)
+               goto error;
+       tab->conflict = conflict;
+       tab->conflict_user = user;
+
+       v = isl_vec_alloc(ctx, 1 + tab->n_var);
+       triv = isl_calloc_array(ctx, struct isl_trivial, n_region);
+       if (!v || !triv)
+               goto error;
+
+       level = 0;
+       init = 1;
+
+       while (level >= 0) {
+               int side, base;
+
+               if (init) {
+                       tab = cut_to_integer_lexmin(tab);
+                       if (!tab)
+                               goto error;
+                       if (tab->empty)
+                               goto backtrack;
+                       r = first_trivial_region(tab, n_region, region);
+                       if (r < 0) {
+                               for (i = 0; i < level; ++i)
+                                       triv[i].update = 1;
+                               isl_vec_free(sol);
+                               sol = isl_tab_get_sample_value(tab);
+                               if (!sol)
+                                       goto error;
+                               if (is_optimal(sol, n_op))
+                                       break;
+                               goto backtrack;
+                       }
+                       if (level >= n_region)
+                               isl_die(ctx, isl_error_internal,
+                                       "nesting level too deep", goto error);
+                       if (isl_tab_extend_cons(tab,
+                                           2 * region[r].len + 2 * n_op) < 0)
+                               goto error;
+                       triv[level].region = r;
+                       triv[level].side = 0;
+               }
+
+               r = triv[level].region;
+               side = triv[level].side;
+               base = 2 * (side/2);
+
+               if (side >= region[r].len) {
+backtrack:
+                       level--;
+                       init = 0;
+                       if (level >= 0)
+                               if (isl_tab_rollback(tab, triv[level].snap) < 0)
+                                       goto error;
+                       continue;
+               }
+
+               if (triv[level].update) {
+                       if (force_better_solution(tab, sol, n_op) < 0)
+                               goto error;
+                       triv[level].update = 0;
+               }
+
+               if (side == base && base >= 2) {
+                       for (j = base - 2; j < base; ++j) {
+                               v = isl_vec_clr(v);
+                               isl_int_set_si(v->el[1 + region[r].pos + j], 1);
+                               if (add_lexmin_eq(tab, v->el) < 0)
+                                       goto error;
+                       }
+               }
+
+               triv[level].snap = isl_tab_snap(tab);
+               if (isl_tab_push_basis(tab) < 0)
+                       goto error;
+
+               v = isl_vec_clr(v);
+               isl_int_set_si(v->el[0], -1);
+               isl_int_set_si(v->el[1 + region[r].pos + side], -1);
+               isl_int_set_si(v->el[1 + region[r].pos + (side ^ 1)], 1);
+               tab = add_lexmin_ineq(tab, v->el);
+
+               triv[level].side++;
+               level++;
+               init = 1;
+       }
+
+       free(triv);
+       isl_vec_free(v);
+       isl_tab_free(tab);
+       isl_basic_set_free(bset);
+
+       return sol;
+error:
+       free(triv);
+       isl_vec_free(v);
+       isl_tab_free(tab);
+       isl_basic_set_free(bset);
+       isl_vec_free(sol);
+       return NULL;
+}