source: git/coeffs/modulop.cc @ 8c484e

spielwiese
Last change on this file since 8c484e was 8c484e, checked in by Hans Schoenemann <hannes@…>, 13 years ago
init for Z/p
  • Property mode set to 100644
File size: 12.7 KB
Line 
1/****************************************
2*  Computer Algebra System SINGULAR     *
3****************************************/
4/* $Id: modulop.cc 14402 2011-09-29 17:16:19Z hannes $ */
5/*
6* ABSTRACT: numbers modulo p (<=32003)
7*/
8
9#include <string.h>
10#include "config.h"
11#include <omalloc.h>
12#include "coeffs.h"
13#include "output.h"
14#include "numbers.h"
15#include "longrat.h"
16#include "mpr_complex.h"
17#include "mylimits.h"
18#include "modulop.h"
19
20int npGen=0;
21
22#ifdef HAVE_DIV_MOD
23unsigned short *npInvTable=NULL;
24#endif
25
26#if !defined(HAVE_DIV_MOD) || !defined(HAVE_MULT_MOD)
27unsigned short *npExpTable=NULL;
28unsigned short *npLogTable=NULL;
29#endif
30
31
32BOOLEAN npGreaterZero (number k, const coeffs r)
33{
34  int h = (int)((long) k);
35  return ((int)h !=0) && (h <= (r->npPrimeM>>1));
36}
37
38//unsigned long npMultMod(unsigned long a, unsigned long b)
39//{
40//  unsigned long c = a*b;
41//  c = c % npPrimeM;
42//  assume(c == (unsigned long) npMultM((number) a, (number) b));
43//  return c;
44//}
45
46number npMult (number a,number b, const coeffs r)
47{
48  if (((long)a == 0) || ((long)b == 0))
49    return (number)0;
50  else
51    return npMultM(a,b, r);
52}
53
54/*2
55* create a number from int
56*/
57number npInit (int i, const coeffs r)
58{
59  long ii=i;
60  long p=(long)ABS(r->ch);
61  while (ii <  0L)             ii += p;
62  while ((ii>1L) && (ii >= p)) ii -= p;
63  return (number)ii;
64}
65
66/*2
67* convert a number to int (-p/2 .. p/2)
68*/
69int npInt(number &n, const coeffs r)
70{
71  if ((long)n > (((long)r->ch) >>1)) return (int)((long)n -((long)r->ch));
72  else                               return (int)((long)n);
73}
74
75number npAdd (number a, number b, const coeffs r)
76{
77  return npAddM(a,b, r);
78}
79
80number npSub (number a, number b, const coeffs r)
81{
82  return npSubM(a,b,r);
83}
84
85BOOLEAN npIsZero (number  a, const coeffs r)
86{
87  return 0 == (long)a;
88}
89
90BOOLEAN npIsOne (number a, const coeffs r)
91{
92  return 1 == (long)a;
93}
94
95BOOLEAN npIsMOne (number a, const coeffs r)
96{
97  return ((r->npPminus1M == (long)a)&&((long)1!=(long)a));
98}
99
100#ifdef HAVE_DIV_MOD
101#ifdef USE_NTL_XGCD
102//ifdef HAVE_NTL // in ntl.a
103//extern void XGCD(long& d, long& s, long& t, long a, long b);
104#include <NTL/ZZ.h>
105#ifdef NTL_CLIENT
106NTL_CLIENT
107#endif
108#endif
109
110long InvMod(long a, const coeffs R)
111{
112   long d, s, t;
113
114#ifdef USE_NTL_XGCD
115   XGCD(d, s, t, a, R->npPrimeM);
116   assume (d == 1);
117#else
118   long  u, v, u0, v0, u1, v1, u2, v2, q, r;
119
120   assume(a>0);
121   u1=1; u2=0;
122   u = a; v = R->npPrimeM;
123
124   while (v != 0)
125   {
126      q = u / v;
127      r = u % v;
128      u = v;
129      v = r;
130      u0 = u2;
131      u2 = u1 - q*u2;
132      u1 = u0;
133   }
134
135   assume(u==1);
136   s = u1;
137#endif
138   if (s < 0)
139      return s + R->npPrimeM;
140   else
141      return s;
142}
143#endif
144
145inline number npInversM (number c, const coeffs r)
146{
147#ifndef HAVE_DIV_MOD
148  return (number)(long)r->npExpTable[r->npPminus1M - r->npLogTable[(long)c]];
149#else
150  long inv=(long)r->npInvTable[(long)c];
151  if (inv==0)
152  {
153    inv=InvMod((long)c,r);
154    r->npInvTable[(long)c]=inv;
155  }
156  return (number)inv;
157#endif
158}
159
160number npDiv (number a,number b, const coeffs r)
161{
162//#ifdef NV_OPS
163//  if (npPrimeM>NV_MAX_PRIME)
164//    return nvDiv(a,b);
165//#endif
166  if ((long)a==0)
167    return (number)0;
168#ifndef HAVE_DIV_MOD
169  if ((long)b==0)
170  {
171    WerrorS(nDivBy0);
172    return (number)0;
173  }
174  else
175  {
176    int s = r->npLogTable[(long)a] - r->npLogTable[(long)b];
177    if (s < 0)
178      s += r->npPminus1M;
179    return (number)(long)r->npExpTable[s];
180  }
181#else
182  number inv=npInversM(b,r);
183  return npMultM(a,inv,r);
184#endif
185}
186number  npInvers (number c, const coeffs r)
187{
188  if ((long)c==0)
189  {
190    WerrorS("1/0");
191    return (number)0;
192  }
193  return npInversM(c,r);
194}
195
196number npNeg (number c, const coeffs r)
197{
198  if ((long)c==0) return c;
199  return npNegM(c,r);
200}
201
202BOOLEAN npGreater (number a,number b, const coeffs r)
203{
204  //return (long)a != (long)b;
205  return (long)a > (long)b;
206}
207
208BOOLEAN npEqual (number a,number b, const coeffs r)
209{
210//  return (long)a == (long)b;
211  return npEqualM(a,b,r);
212}
213
214void npWrite (number &a, const coeffs r)
215{
216  if ((long)a>(((long)r->ch) >>1)) StringAppend("-%d",(int)(((long)r->ch)-((long)a)));
217  else                             StringAppend("%d",(int)((long)a));
218}
219
220void npPower (number a, int i, number * result, const coeffs r)
221{
222  if (i==0)
223  {
224    //npInit(1,result);
225    *(long *)result = 1;
226  }
227  else if (i==1)
228  {
229    *result = a;
230  }
231  else
232  {
233    npPower(a,i-1,result,r);
234    *result = npMultM(a,*result,r);
235  }
236}
237
238static const char* npEati(const char *s, int *i, const coeffs r)
239{
240
241  if (((*s) >= '0') && ((*s) <= '9'))
242  {
243    unsigned long ii=0L;
244    do
245    {
246      ii *= 10;
247      ii += *s++ - '0';
248      if (ii >= (MAX_INT / 10)) ii = ii % r->npPrimeM;
249    }
250    while (((*s) >= '0') && ((*s) <= '9'));
251    if (ii >= npPrimeM) ii = ii % r->npPrimeM;
252    *i=(int)ii;
253  }
254  else (*i) = 1;
255  return s;
256}
257
258const char * npRead (const char *s, number *a, const coeffs r)
259{
260  int z;
261  int n=1;
262
263  s = npEati(s, &z, r);
264  if ((*s) == '/')
265  {
266    s++;
267    s = npEati(s, &n, r);
268  }
269  if (n == 1)
270    *a = (number)z;
271  else
272  {
273    if ((z==0)&&(n==0)) WerrorS(nDivBy0);
274    else
275    {
276#ifdef NV_OPS
277      if (r->npPrimeM>NV_MAX_PRIME)
278        *a = nvDiv((number)z,(number)n,r);
279      else
280#endif
281        *a = npDiv((number)z,(number)n,r);
282    }
283  }
284  return s;
285}
286
287/*2
288* set the charcteristic (allocate and init tables)
289*/
290
291void npSetChar(int c, coeffs r)
292{
293
294//  if (c==npPrimeM) return;
295  if ((c>1) || (c<(-1)))
296  {
297    if (c>1) r->npPrimeM = c;
298    else     r->npPrimeM = -c;
299    r->npPminus1M = r->npPrimeM - 1;
300#ifdef NV_OPS
301    if (r->npPrimeM >NV_MAX_PRIME) return;
302#endif
303#if !defined(HAVE_DIV_MOD) || !defined(HAVE_MULT_MOD)
304    npGen = npExpTable[1];
305#endif
306  }
307}
308
309void npKillChar(coeffs r)
310{
311  #ifdef HAVE_DIV_MOD
312  if (r->npInvTable!=NULL)
313  omFreeSize( (void *)r->npInvTable, r->npPrimeM*sizeof(unsigned short) );
314  r->npInvTable=NULL;
315  #else
316  if (r->npExpTable!=NULL)
317  {
318    omFreeSize( (void *)r->npExpTable, r->npPrimeM*sizeof(unsigned short) );
319    omFreeSize( (void *)r->npLogTable, r->npPrimeM*sizeof(unsigned short) );
320    r->npExpTable=NULL; r->npLogTable=NULL;
321  }
322  #endif
323}
324
325void npInitChar(coeffs r, int c)
326{
327  int i, w;
328
329  if ((c>1) || (c<(-1)))
330  {
331    if (c>1) r->npPrimeM = c;
332    else     r->npPrimeM = -c;
333    r->npPminus1M = r->npPrimeM - 1;
334#ifdef NV_OPS
335    if (r->npPrimeM <=NV_MAX_PRIME)
336#endif
337    {
338#if !defined(HAVE_DIV_MOD) || !defined(HAVE_MULT_MOD)
339      r->npExpTable=(unsigned short *)omAlloc( r->npPrimeM*sizeof(unsigned short) );
340      r->npLogTable=(unsigned short *)omAlloc( r->npPrimeM*sizeof(unsigned short) );
341      r->npExpTable[0] = 1;
342      r->npLogTable[0] = 0;
343      if (r->npPrimeM > 2)
344      {
345        w = 1;
346        loop
347        {
348          r->npLogTable[1] = 0;
349          w++;
350          i = 0;
351          loop
352          {
353            i++;
354            r->npExpTable[i] =(int)(((long)w * (long)r->npExpTable[i-1])
355                                 % r->npPrimeM);
356            r->npLogTable[r->npExpTable[i]] = i;
357            if (/*(i == npPrimeM - 1 ) ||*/ (r->npExpTable[i] == 1))
358              break;
359          }
360          if (i == r->npPrimeM - 1)
361            break;
362        }
363      }
364      else
365      {
366        r->npExpTable[1] = 1;
367        r->npLogTable[1] = 0;
368      }
369#endif
370#ifdef HAVE_DIV_MOD
371      r->npInvTable=(unsigned short*)omAlloc0( r->npPrimeM*sizeof(unsigned short) );
372#endif
373    }
374    r->cfKillChar=npKillChar;
375    r->cfSetChar=NULL;
376    r->cfInit = npInit;
377    r->n_Int  = npInt;
378    r->nAdd   = npAdd;
379    r->nSub   = npSub;
380    r->nMult  = npMult;
381    r->nDiv   = npDiv;
382    r->nExactDiv= npDiv;
383    r->nNeg   = npNeg;
384    r->nInvers= npInvers;
385    r->cfCopy  = ndCopy;
386    r->nGreater = npGreater;
387    r->nEqual = npEqual;
388    r->nIsZero = npIsZero;
389    r->nIsOne = npIsOne;
390    r->nIsMOne = npIsMOne;
391    r->nGreaterZero = npGreaterZero;
392    r->cfWrite = npWrite;
393    r->nRead = npRead;
394    r->nPower = npPower;
395    r->cfSetMap = npSetMap;
396    r->nName= ndName; 
397    r->nSize  = ndSize;
398#ifdef LDEBUG
399    r->nDBTest=npDBTest;
400#endif
401#ifdef NV_OPS
402    if (c>NV_MAX_PRIME)
403    {
404      r->nMult  = nvMult;
405      r->nDiv   = nvDiv;
406      r->nExactDiv= nvDiv;
407      r->nInvers= nvInvers;
408      r->nPower= nvPower;
409    }
410#endif
411  }
412  else
413  {
414    WarnS("nInitChar failed");
415  }
416}
417
418#ifdef LDEBUG
419BOOLEAN npDBTest (number a, const coeffs r, const char *f, const int l)
420{
421  if (((long)a<0) || ((long)a>r->npPrimeM))
422  {
423    Print("wrong mod p number %ld at %s,%d\n",(long)a,f,l);
424    return FALSE;
425  }
426  return TRUE;
427}
428#endif
429
430number npMap0(number from, const coeffs src, const coeffs dst_r)
431{
432  return npInit(nlModP(from,dst_r->npPrimeM),dst_r);
433}
434
435number npMapP(number from, const coeffs src, const coeffs dst_r)
436{
437  long i = (long)from;
438  if (i>src->npPrimeM/2)
439  {
440    i-=src->npPrimeM;
441    while (i < 0) i+=dst_r->npPrimeM;
442  }
443  i%=dst_r->npPrimeM;
444  return (number)i;
445}
446
447static number npMapLongR(number from, const coeffs src, const coeffs dst_r)
448{
449  gmp_float *ff=(gmp_float*)from;
450  mpf_t *f=ff->_mpfp();
451  number res;
452  mpz_ptr dest,ndest;
453  int size,i;
454  int e,al,bl,in;
455  long iz;
456  mp_ptr qp,dd,nn;
457
458  size = (*f)[0]._mp_size;
459  if (size == 0)
460    return npInit(0,dst_r);
461  if(size<0)
462    size = -size;
463
464  qp = (*f)[0]._mp_d;
465  while(qp[0]==0)
466  {
467    qp++;
468    size--;
469  }
470
471  if(dst_r->npPrimeM>2)
472    e=(*f)[0]._mp_exp-size;
473  else
474    e=0;
475  res = ALLOC_RNUMBER();
476#if defined(LDEBUG)
477  res->debug=123456;
478#endif
479  dest = res->z;
480
481  if (e<0)
482  {
483    al = dest->_mp_size = size;
484    if (al<2) al = 2;
485    dd = (mp_ptr)omAlloc(sizeof(mp_limb_t)*al);
486    for (i=0;i<size;i++) dd[i] = qp[i];
487    bl = 1-e;
488    nn = (mp_ptr)omAlloc(sizeof(mp_limb_t)*bl);
489    nn[bl-1] = 1;
490    for (i=bl-2;i>=0;i--) nn[i] = 0;
491    ndest = res->n;
492    ndest->_mp_d = nn;
493    ndest->_mp_alloc = ndest->_mp_size = bl;
494    res->s = 0;
495    in=mpz_fdiv_ui(ndest,npPrimeM);
496    mpz_clear(ndest);
497  }
498  else
499  {
500    al = dest->_mp_size = size+e;
501    if (al<2) al = 2;
502    dd = (mp_ptr)omAlloc(sizeof(mp_limb_t)*al);
503    for (i=0;i<size;i++) dd[i+e] = qp[i];
504    for (i=0;i<e;i++) dd[i] = 0;
505    res->s = 3;
506  }
507
508  dest->_mp_d = dd;
509  dest->_mp_alloc = al;
510  iz=mpz_fdiv_ui(dest,npPrimeM);
511  mpz_clear(dest);
512  if(res->s==0)
513    iz=(long)npDiv((number)iz,(number)in,dst_r);
514  omFreeBin((void *)res, rnumber_bin);
515  return (number)iz;
516}
517
518#ifdef HAVE_RINGS
519/*2
520* convert from a GMP integer
521*/
522number npMapGMP(number from)
523{
524  int_number erg = (int_number) omAlloc(sizeof(mpz_t)); // evtl. spaeter mit bin
525  mpz_init(erg);
526
527  mpz_mod_ui(erg, (int_number) from, npPrimeM);
528  number r = (number) mpz_get_si(erg);
529
530  mpz_clear(erg);
531  omFree((void *) erg);
532  return (number) r;
533}
534
535/*2
536* convert from an machine long
537*/
538number npMapMachineInt(number from)
539{
540  long i = (long) (((unsigned long) from) % npPrimeM);
541  return (number) i;
542}
543#endif
544
545nMapFunc npSetMap(const coeffs src, const coeffs dst)
546{
547#ifdef HAVE_RINGS
548  if (nField_is_Ring_2toM(src))
549  {
550    return npMapMachineInt;
551  }
552  if (nField_is_Ring_Z(src) || nField_is_Ring_PtoM(src) || nField_is_Ring_ModN(src))
553  {
554    return npMapGMP;
555  }
556#endif
557  if (nField_is_Q(src))
558  {
559    return npMap0;
560  }
561  if ( nField_is_Zp(src) )
562  {
563    if (n_GetChar(src) == n_GetChar(dst))
564    {
565      return ndCopyMap;
566    }
567    else
568    {
569      return npMapP;
570    }
571  }
572  if (nField_is_long_R(src))
573  {
574    return npMapLongR;
575  }
576  return NULL;      /* default */
577}
578
579// -----------------------------------------------------------
580//  operation for very large primes (32003< p < 2^31-1)
581// ----------------------------------------------------------
582#ifdef NV_OPS
583
584number nvMult (number a,number b, const coeffs r)
585{
586  //if (((long)a == 0) || ((long)b == 0))
587  //  return (number)0;
588  //else
589    return nvMultM(a,b);
590}
591
592void   nvInpMult(number &a, number b, const ring r)
593{
594  number n=nvMultM(a,b);
595  a=n;
596}
597
598
599long nvInvMod(long a)
600{
601   long  s, t;
602
603   long  u, v, u0, v0, u1, v1, u2, v2, q, r;
604
605   u1=1; v1=0;
606   u2=0; v2=1;
607   u = a; v = R->npPrimeM;
608
609   while (v != 0)
610   {
611      q = u / v;
612      r = u % v;
613      u = v;
614      v = r;
615      u0 = u2;
616      v0 = v2;
617      u2 =  u1 - q*u2;
618      v2 = v1- q*v2;
619      u1 = u0;
620      v1 = v0;
621   }
622
623   s = u1;
624   //t = v1;
625   if (s < 0)
626      return s + R->npPrimeM;
627   else
628      return s;
629}
630
631inline number nvInversM (number c, const coeffs r)
632{
633  long inv=nvInvMod((long)c,r);
634  return (number)inv;
635}
636
637number nvDiv (number a,number b, const coeffs r)
638{
639  if ((long)a==0)
640    return (number)0;
641  else if ((long)b==0)
642  {
643    WerrorS(nDivBy0);
644    return (number)0;
645  }
646  else
647  {
648    number inv=nvInversM(b,r);
649    return nvMultM(a,inv,r);
650  }
651}
652number  nvInvers (number c, const coeffs r)
653{
654  if ((long)c==0)
655  {
656    WerrorS(nDivBy0);
657    return (number)0;
658  }
659  return nvInversM(c,r);
660}
661void nvPower (number a, int i, number * result, const coeffs r)
662{
663  if (i==0)
664  {
665    //npInit(1,result);
666    *(long *)result = 1;
667  }
668  else if (i==1)
669  {
670    *result = a;
671  }
672  else
673  {
674    nvPower(a,i-1,result,r);
675    *result = nvMultM(a,*result,r);
676  }
677}
678#endif
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.