source: git/gfanlib/gfanlib_tropicalhomotopy.h @ 7cc3fd

spielwiese
Last change on this file since 7cc3fd was 15813d, checked in by Hans Schoenemann <hannes@…>, 8 years ago
format
  • Property mode set to 100644
File size: 56.3 KB
Line 
1/*
2 * gfanlib_tropicalhomotopy.h
3 *
4 *  Created on: Apr 10, 2016
5 *      Author: anders
6 */
7
8#ifndef GFANLIB_TROPICALHOMOTOPY_H_
9#define GFANLIB_TROPICALHOMOTOPY_H_
10
11#include "gfanlib_paralleltraverser.h"
12#include "gfanlib_matrix.h"
13
14namespace gfan{
15
16class Flags{
17public:
18         static const bool computeDotProductInMatrix=true;
19 };
20
21/**
22 * We identify six possibly different types needed with possibly varying precission:
23 * 1) The entries of the circuits (or possibly their packed representation)
24 * 2) The mixed volume contribution of a single cell. This is obtained from an entry of a circuit and therefore can be represented by the above type.
25 * 3) The accumulated mixed volume. This will exceed the bound of the above type in many cases. Overflows are easily checked.
26 * 4) The type that dotVector uses as a result when dotting with the target. (Also used in campareInequalities)
27 * 5) The intermediate type for dotVector.
28 * 6) The type used in compareRevLexInverted
29 *
30 *
31 * Type 1 and 2 are the same.
32 * Type 3 is typically different.
33 *
34 * To simplify our design:
35 *  we assume that type 4 is the same as 1 and 2. This is reasonable, as we need some bound to make type 6 efficient.
36 *  we use a special (longer) type for 5, as that allows to do overflow checks at the end, assuming some bound on the target.
37 *  In 6, we observe that there is no accumulation taking place. Moreover, with the assumption that 4 and 1 are the same, we only need a type with double precission to do the comparisons here, and now overflow check will be required.
38 *
39 *
40 * To conclude, we make two types. A single precision type for 1,2,4 and a double precision type for 3,5,6
41 * We further need to make assumptions on the absolute value of the entries of the target vector and the number of entries in combination to ensure that dot product computations do not overflow.
42 * Overflow checks are then only needed:
43 *  when casting the return value of dotVector
44 *  when doing the dotDivVector operation. But since bounds are known, in most cases checks are not needed
45 *  when accumulating the mixed volume
46 *
47 *
48 *  Suggested implementations:
49 *   a pair of 32/64 bit integers with only the overflow checking listed above
50 *   a pair of gmp integers for exact precision.
51 */
52
53
54
55
56
57template<class mvtyp>
58static Matrix<mvtyp> simplex(int n, mvtyp d)
59{
60          Matrix<mvtyp> ret(n,n+1);
61          for(int i=0;i<n;i++)ret[i][i+1]=d;
62          return ret;
63}
64
65
66
67template<class mvtyp, class mvtypDouble, class mvtypDivisor>
68        class SingleTropicalHomotopyTraverser{
69                 class InequalityComparisonResult{//actual comparison functions were moved to the InequalityTable
70                 public:
71                          bool empty;
72                          int configurationIndex;//used for finding best
73                          int columnIndex;//used for finding best
74                 };
75        class InequalityTable //circuit table // This table has been moved inside the IntegersectionTraverser simply because it is used nowhere else and is specific to mixed cells in Cayley configurations.
76         {
77                /* All methods are marked to show if they can overflow without throwing/asserting.
78                 * Overflowing methods at the moment are:
79                 *  replaceFirstOrSecond:       subroutine calls may overflow (dotDivVector)
80                 *  compareInequalities:           only if target entries are too big
81                 *  dotVector:                     only if target entries are too big
82                 *  setChoicesFromEarlierHomotopy: only if tuple entries are too big
83                 */
84                std::vector<Matrix<mvtyp> > tuple;
85                std::vector<int> offsets;
86                std::vector<std::pair<int,int> > choices;
87                Matrix<mvtyp> A;//one row for each potential inequality, to store entries with indices in chosen
88                Vector<mvtyp> tempA;
89                Vector<mvtyp> Abounds;// a negative bound for each row of A, bounding the absolute value of the rows;
90                std::vector<mvtyp> svec;//used locally
91                int subconfigurationIndex;
92                mvtyp denominator;
93                int m;
94                int k;
95                bool isLegalIndex(int subconfigurationIndex, int columnIndex)const
96                {// Cannot overflow
97                        return choices[subconfigurationIndex].first!=columnIndex && choices[subconfigurationIndex].second!=columnIndex;
98                }
99                  mvtyp dotVector(int subconfigurationIndex, int columnIndex, Vector<mvtyp> const &target, int onlyK=-1)const
100                  {   // May overflow if entries of target are too big.
101                          //if onlyK!=-1 then only the onlyKth subconfiguration is considered
102                          mvtypDouble ret;
103                          if(onlyK!=-1)
104                          {
105                                  if(onlyK==subconfigurationIndex)
106                                  {
107                                          int i=subconfigurationIndex;
108                                          ret+=extendedMultiplication(A.UNCHECKEDACCESS(i,columnIndex+offsets[subconfigurationIndex]),target.UNCHECKEDACCESS((choices)[i].second+offsets[i]));
109                                          ret-=extendedMultiplication(A.UNCHECKEDACCESS(i,columnIndex+offsets[subconfigurationIndex]),target.UNCHECKEDACCESS((choices)[i].first+offsets[i]));
110                                          ret-=extendedMultiplication(denominator,target.UNCHECKEDACCESS((choices)[i].first+offsets[i]));// the multiplication can be merged with multiplication above except that that could cause and overflow.
111                                          ret+=extendedMultiplication(denominator,target.UNCHECKEDACCESS(columnIndex+offsets[i]));
112                                          return ret.castToSingle();
113                                  }
114                                  else
115                                  {
116                                          int i=onlyK;
117                                          if(target.UNCHECKEDACCESS((choices)[i].first+offsets[i]).isNonZero())
118                                          {
119                                                  ret+=extendedMultiplication(A.UNCHECKEDACCESS(i,columnIndex+offsets[subconfigurationIndex]),target.UNCHECKEDACCESS((choices)[i].second+offsets[i]));
120                                                  ret-=extendedMultiplication(A.UNCHECKEDACCESS(i,columnIndex+offsets[subconfigurationIndex]),target.UNCHECKEDACCESS((choices)[i].first+offsets[i]));
121                                          }
122                                          return ret.castToSingle();
123                                  }
124                          }
125                          for(int i=0;i<tuple.size();i++)
126                          {
127                                  ret+=extendedMultiplication(A.UNCHECKEDACCESS(i,columnIndex+offsets[subconfigurationIndex]),target.UNCHECKEDACCESS((choices)[i].second+offsets[i]));
128                                  if(i==subconfigurationIndex)
129                                  {
130                                          ret-=extendedMultiplication(A.UNCHECKEDACCESS(i,columnIndex+offsets[subconfigurationIndex]),target.UNCHECKEDACCESS((choices)[i].first+offsets[i]));
131                                          ret-=extendedMultiplication(denominator,target.UNCHECKEDACCESS((choices)[i].first+offsets[i]));// the multiplication can be merged with multiplication above except that that could cause and overflow.
132                                          ret+=extendedMultiplication(denominator,target.UNCHECKEDACCESS(columnIndex+offsets[i]));
133                                  }
134                                  else
135                                  {
136                                          ret-=extendedMultiplication(A.UNCHECKEDACCESS(i,columnIndex+offsets[subconfigurationIndex]),target.UNCHECKEDACCESS((choices)[i].first+offsets[i]));
137                                  }
138                          }
139                          return ret.castToSingle();
140                  }
141                  void assignDotProducts(Vector<mvtyp> const &target, int onlyK=-1)
142                  {// Cannot overflow
143                          int J=0;
144                          for(int i=0;i<k;i++)
145                                  for(int j=0;j<tuple[i].getWidth();j++,J++)
146                                          A[k][J]=dotVector(i,j,target,onlyK);
147                  }
148                  bool isReverseLexInvertedLessThanZero(int subconfigurationIndex, int columnIndex)const __attribute__ ((always_inline))//As in ReverseLexicographicInvertedTermOrder. Compare against zero
149                  {// Cannot overflow
150                          int i;
151                          int index=columnIndex+offsets[subconfigurationIndex];
152                          for(i=0;i<subconfigurationIndex;i++)
153                                  if(A.UNCHECKEDACCESS(i,index).isNonZero())
154                                  {
155                                          if(choices[i].first<choices[i].second)
156                                                  return A.UNCHECKEDACCESS(i,index).isNegative();
157                                          else
158                                                  return A.UNCHECKEDACCESS(i,index).isPositive();
159                                  }
160
161                                  mvtyp a=A.UNCHECKEDACCESS(i,index);
162                                  {
163                                          int firstIndex=choices[i].first;
164                                          int secondIndex=choices[i].second;
165                                          int thirdIndex=columnIndex;
166                                          mvtyp firstValue=-a-denominator;
167                                          mvtyp secondValue=a;
168                                          mvtyp thirdValue=denominator;
169
170                                          // Bubble sort
171                                          if(secondIndex<firstIndex)
172                                          {
173                                                  std::swap(secondIndex,firstIndex);
174                                                  std::swap(secondValue,firstValue);
175                                          }
176                                          if(thirdIndex<secondIndex)
177                                          {
178                                                  std::swap(secondIndex,thirdIndex);
179                                                  std::swap(secondValue,thirdValue);
180                                          }
181                                          if(secondIndex<firstIndex)
182                                          {
183                                                  std::swap(secondIndex,firstIndex);
184                                                  std::swap(secondValue,firstValue);
185                                          }
186
187                                          if(firstValue.isNonZero())
188                                                  return firstValue.isPositive();
189                                          if(secondValue.isNonZero())
190                                                  return secondValue.isPositive();
191                                          if(thirdValue.isNonZero())
192                                                  return thirdValue.isPositive();
193                                  }
194                                  i++;
195                                  for(;i<k;i++)
196                                          if(A.UNCHECKEDACCESS(i,index).isNonZero())
197                                          {
198                                                  if(choices[i].first<choices[i].second)
199                                                          return A.UNCHECKEDACCESS(i,index).isNegative();
200                                                  else
201                                                          return A.UNCHECKEDACCESS(i,index).isPositive();
202                                          }
203
204
205                                  return false;
206                  }
207         public:
208                        void computeABounds()
209                        {//Cannot overflow
210                                for(int i=0;i<A.getHeight();i++)
211                                        Abounds[i]=mvtyp::computeNegativeBound(&(A[i][0]),A.getWidth());
212                        }
213                        void checkABounds()const//remove?
214                        {//Cannot overflow
215                                for(int i=0;i<A.getHeight();i++)
216                                {
217                                        mvtyp M=0;
218                                        mvtyp m=0;
219                                        for(int j=0;j<A.getWidth();j++)
220                                        {
221                                                if(M<=A[i][j])M=A[i][j];
222                                                if(A[i][j]<=m)m=A[i][j];
223                                        }
224                                        assert(Abounds[i]<=m);
225                                        assert(Abounds[i]<=-M);
226                                }
227                        }
228                  mvtypDouble getCoordinateOfInequality(int subconfigurationIndex, int columnIndex, int i, int j)const
229                  {// Cannot overflows
230                          //get (i,j)th coordinate of (subconfigurationIndex,columnIndex)th inequality
231                          if(i==subconfigurationIndex)
232                          {
233                                  if(choices[i].first==j)return -A.UNCHECKEDACCESS(i,offsets[subconfigurationIndex]+columnIndex).extend()-denominator.extend();
234                                  else if(choices[i].second==j)return A.UNCHECKEDACCESS(i,offsets[subconfigurationIndex]+columnIndex).extend();
235                                  else if(j==columnIndex)return denominator.extend();
236                                  else return mvtypDouble(0);
237                          }
238                          else
239                                  if(choices[i].first==j)return -A.UNCHECKEDACCESS(i,offsets[subconfigurationIndex]+columnIndex).extend();
240                                  else if(choices[i].second==j)return A.UNCHECKEDACCESS(i,offsets[subconfigurationIndex]+columnIndex).extend();
241                                  else return mvtypDouble(0);
242                  }
243                  int sort2uniquely(int *v, int a, int b)const//a and b different
244                  {// Cannot overflow
245                          v[a>b]=a;
246                          v[b>a]=b;
247                          return 2;
248                  }
249                  int sort3uniquely(int *v, int a, int b, int c)const//a and b and c different
250                  {// Cannot overflow
251                          v[(a>b)+int(a>c)]=a;
252                          v[(b>a)+int(b>c)]=b;
253                          v[(c>a)+int(c>b)]=c;
254                          return 3;
255                  }
256                  int sort4uniquely(int *v, int a, int b, int c, int d)const// a and b different and different from c and d, but c may equal d
257                  {// Cannot overflow
258                          if(c!=d)
259                          {
260                          v[(a>b)+int(a>c)+int(a>d)]=a;
261                          v[(b>a)+int(b>c)+int(b>d)]=b;
262                          v[(c>a)+int(c>b)+int(c>d)]=c;
263                          v[(d>a)+int(d>b)+int(d>c)]=d;
264                          return 4;
265                          }
266                          else return sort3uniquely(v,a,b,c);
267                  }
268                  bool compareReverseLexicographicInverted(int i1, int j1, int i2, int j2, mvtyp s1, mvtyp s2)const//s1 and s2 are always negative
269                  {// cannot overflow
270                          for(int i=0;i<k;i++)
271                          {
272                                          if(i1!=i && i2!=i)
273                                          {
274                                                  int temp=determinantSign1(A.UNCHECKEDACCESS(i,offsets[i1]+j1),s1,A.UNCHECKEDACCESS(i,offsets[i2]+j2),s2);
275                                                  if(temp)
276                                                  {
277                                                          if(choices[i].first<choices[i].second)
278                                                                  return temp<0;
279                                                          else
280                                                                  return temp>0;
281                                                  }
282                                          }
283                                  int indices[4];
284                                  int F=choices[i].first;
285                                  int S=choices[i].second;
286                                  int toCheck;
287                                  if(i1==i)
288                                          if(i2==i)
289                                                  toCheck=sort4uniquely(indices,F,S,j1,j2);
290                                          else
291                                                  toCheck=sort3uniquely(indices,F,S,j1);
292                                  else
293                                          if(i2==i)
294                                                  toCheck=sort3uniquely(indices,F,S,j2);
295                                          else
296                                                  toCheck=sort2uniquely(indices,F,S);
297
298                                  for(int J=0;J<toCheck;J++)
299                                  {
300                                          int j=indices[J];
301                                          int temp=determinantSign2(getCoordinateOfInequality(i1,j1,i,j),s1,getCoordinateOfInequality(i2,j2,i,j),s2);
302                                          if(temp>0)
303                                                  return true;
304                                          else if(temp<0)
305                                                  return false;
306                                  }
307                          }
308                          return false;
309                  }
310                  mvtyp getVolume()
311                  {// Cannot overflow
312                          return denominator;
313                  }
314                void replaceFirstOrSecond(bool first, int subconfigurationIndex, int newIndex, Vector<mvtyp> const &target)__attribute__ ((always_inline))//updates the inequality table according to replacing first or second by newIndex in the subconfigurationIndex'th configuration
315                {// Cannot overflow
316                        int newIndex2=newIndex;for(int i=0;i<subconfigurationIndex;i++)newIndex2+=tuple[i].getWidth();
317                        int oldIndex=first?choices[subconfigurationIndex].first:choices[subconfigurationIndex].second;
318                        (first?choices[subconfigurationIndex].first:choices[subconfigurationIndex].second)=newIndex;
319
320                        mvtyp nextDenominator=(first?A[subconfigurationIndex][newIndex2].extend()+denominator.extend():-A[subconfigurationIndex][newIndex2].extend()).castToSingle();
321                        mvtyp t=nextDenominator;
322                        mvtypDivisor denominatorDivisor(denominator);
323                        for(int c=0;c<k+Flags::computeDotProductInMatrix;c++)tempA.UNCHECKEDACCESS(c)=A.UNCHECKEDACCESS(c,newIndex2);
324
325                        (-Abounds[subconfigurationIndex].extend()).castToSingle();//This conversion will fail if the following fails
326                        for(int u=0;u<m;u++)
327                                svec[u]=first?-A.UNCHECKEDACCESS(subconfigurationIndex,u):A.UNCHECKEDACCESS(subconfigurationIndex,u);
328                        mvtyp svecBound=Abounds[subconfigurationIndex];
329
330                        if(first)
331                                for(int j=0;j<tuple[subconfigurationIndex].getWidth();j++)
332                                        svec[offsets[subconfigurationIndex]+j].subWithOverflowChecking(denominator);
333                        svecBound.subWithOverflowChecking(denominator);
334
335
336                        for(int a=0;a<k+Flags::computeDotProductInMatrix;a++)
337                                if(first||a!=subconfigurationIndex)
338                                Abounds.UNCHECKEDACCESS(a)=mvtyp::dotDivVector(&A.UNCHECKEDACCESS(a,0),&(svec[0]),t,tempA.UNCHECKEDACCESS(a),denominatorDivisor,m,Abounds[a],svecBound);
339        //                        for(int u=0;u<m;u++)
340        //                                *A.UNCHECKEDACCESSRESTRICT(a,u)=dotDiv(svec[u],tempA.UNCHECKEDACCESS(a),t,A.UNCHECKEDACCESS(a,u),denominatorDivisor);
341
342
343                        {
344                                for(int a=0;a<k+Flags::computeDotProductInMatrix;a++)
345                                        {
346                                                A[a][offsets[subconfigurationIndex]+oldIndex]=tempA[a].negatedWithOverflowChecking();
347                                                Abounds[a]=min(Abounds[a],negabs(tempA[a]));
348                                        }
349
350                                if(!first)
351                                {
352                                        A[subconfigurationIndex][offsets[subconfigurationIndex]+oldIndex]=denominator.negatedWithOverflowChecking();
353                                        Abounds[subconfigurationIndex].subWithOverflowChecking(denominator);
354                                }
355                        }
356                        denominator=nextDenominator;
357
358                        // We clear these unused entries of A to ensure that these columns are not chosen when comparing inequalities
359                        for(int i=0;i<k+Flags::computeDotProductInMatrix;i++)
360                        {
361                                A.UNCHECKEDACCESS(i,offsets[subconfigurationIndex]+choices[subconfigurationIndex].first)=0;
362                                A.UNCHECKEDACCESS(i,offsets[subconfigurationIndex]+choices[subconfigurationIndex].second)=0;
363                        }
364                }
365                void replaceFirst(int subconfigurationIndex, int newIndex, Vector<mvtyp> const &target){replaceFirstOrSecond(true,subconfigurationIndex,newIndex,target);}
366                void replaceSecond(int subconfigurationIndex, int newIndex, Vector<mvtyp> const &target){replaceFirstOrSecond(false,subconfigurationIndex,newIndex,target);}
367
368                InequalityTable(std::vector<Matrix<mvtyp> > const &tuple_, int subconfigurationIndex_):
369                        tempA(tuple_.size()+Flags::computeDotProductInMatrix),
370                        tuple(tuple_),
371                        choices(tuple_.size()),
372                        subconfigurationIndex(subconfigurationIndex_),
373                        offsets(tuple_.size())
374                {// Cannot overflow
375                        k=tuple.size();
376                        m=0;
377                        for(int i=0;i<tuple.size();i++)m+=tuple[i].getWidth();
378                        svec.resize(m);
379                        A=Matrix<mvtyp>(k+Flags::computeDotProductInMatrix,m);
380                        {int offset=0;for(int i=0;i<tuple.size();i++){offsets[i]=offset;offset+=tuple[i].getWidth();}}
381                        Abounds=Vector<mvtyp>(k+Flags::computeDotProductInMatrix);
382                }
383                void setChoicesInitially()
384                {// Cannot overflow
385                        //THIS WILL ONLY WORK FOR THE STARTING CONFIGURATION
386                        //sets denominators,A and choices (these must have been initialized to the right sizes)
387                        for(int i=0;i<k;i++)
388                                choices[i]=std::pair<int, int> (i+0,i+1);
389                        for(int i=0;i<m;i++)
390                                for(int j=0;j<k;j++)
391                                        A[j][i]=0;
392                        //we follow the lemma in the article. Why does the proof of the lemma split into 3 cases and not just 2?
393                        int a=0;
394                        for(int i=0;i<k;i++)
395                                for(int gamma=0;gamma<tuple[i].getWidth();gamma++,a++)
396                                        if(gamma>i+1)
397                                                for(int ii=i;ii<gamma;ii++)
398                                                        A[ii][a]=-1;
399                                        else
400                                                for(int ii=gamma;ii<i;ii++)
401                                                        A[ii][a]=1;
402                        denominator=1;
403                        for(int i=0;i<k;i++)Abounds[i]=-1;
404        //                assignDotProducts(target);
405                }
406                void compareInequalities(InequalityComparisonResult &result, Vector<mvtyp> const &target, int onlyK=-1)
407                {// Can only overflow if target entries are too big. Actually it seems that it is not this function that will overflow but dotVector.
408                        bool empty=true;
409                        int bestConfigurationIndex=-1;
410                        int bestColumnIndex=-1;
411                        mvtyp targetDotBest=0;
412
413                        for(int i=0;i<k;i++)
414                        {
415                                // TO DO: exchange the line with the template parameter version:
416//                    gfan::Matrix<mvtyp>::const_RowRef Ak=const_cast<const gfan::Matrix<mvtyp>&>(A)[k];
417                    gfan::Matrix<CircuitTableInt32>::const_RowRef Ak=const_cast<const gfan::Matrix<mvtyp>&>(A)[k];
418                    int offsetsi=offsets[i];
419                    int tupleiwidth=tuple[i].getWidth();
420
421                                if(onlyK!=-1)if(i!=onlyK)continue;
422                                for(int j=0;j<tupleiwidth;j++)
423                                        if(Flags::computeDotProductInMatrix || isLegalIndex(i,j))//unused inequalities will have value 0. Therefore isLegalIndex(i,j) is not required if values are stored.
424                                        {
425                                                mvtyp ineqDotTarget=Flags::computeDotProductInMatrix?Ak.UNCHECKEDACCESS(offsetsi+j):dotVector(i,j,target,onlyK);
426                                                if(ineqDotTarget.isNegative())
427                                                {
428                                                        if(!isReverseLexInvertedLessThanZero(i,j))
429                                                        {
430                                                                if(empty||compareReverseLexicographicInverted(bestConfigurationIndex,bestColumnIndex,i,j,ineqDotTarget,targetDotBest))
431                                                                {
432                                                                        targetDotBest=ineqDotTarget;
433                                                                        empty=false;
434                                                                        bestConfigurationIndex=i;
435                                                                        bestColumnIndex=j;
436                                                                }
437                                                        }
438                //                                        assert(!ineq.isZero());
439                                                }
440                                        }
441                        }
442                        result.empty=empty;
443                        result.configurationIndex=bestConfigurationIndex;
444                        result.columnIndex=bestColumnIndex;
445        //                assert(denominator>0);
446                }
447                void setChoicesFromEarlierHomotopy(InequalityTable const &parent, mvtyp degreeScaling, Vector<mvtyp> const &target)
448                {        // Overflows may happen, but only if the tuple entries are too big.
449                        // Notice that the code below has overflow checks everywhere, except in the loop marked with a comment.
450
451                        //sets denominators,A and choices (these must have been initialized to the right sizes
452                        //columns have been added to configuration this->subconfigurationIndex
453                        //for that reason we need to introduce new circuits. Old circuits are preserved.
454                        //chioices are "relative" so no update is needed.
455
456                        choices=parent.choices;
457                        int numberToDrop=(subconfigurationIndex!=0) ? numberToDrop=k+1 : 0;
458
459                        choices[subconfigurationIndex-1].first-=numberToDrop;
460                        choices[subconfigurationIndex-1].second-=numberToDrop;
461
462                        denominator=parent.denominator;
463                        int offsetOld=0;
464                        int offsetNew=0;
465                        for(int i=0;i<k;i++)
466                        {
467                                int localNumberToDrop=0;
468                                if(i==subconfigurationIndex-1)
469                                        localNumberToDrop=numberToDrop;
470                                for(int a=0;a<A.getHeight()-Flags::computeDotProductInMatrix;a++)
471                                        if(a==subconfigurationIndex)
472                                                for(int j=0;j<parent.tuple[i].getWidth()-localNumberToDrop;j++)
473                                                        A.UNCHECKEDACCESS(a,offsetNew+j)=parent.A.UNCHECKEDACCESS(a,offsetOld+j+localNumberToDrop);
474                                        else
475                                        {
476                                                // We can get an estimated 3 percent speed up by using known bounds to check if any of the multiplications below can overflow.
477                                                // Moreover, these multiplications can be moved outside the outer loop, to give better vectorisation.
478                                                for(int j=0;j<parent.tuple[i].getWidth()-localNumberToDrop;j++)
479                                                        A.UNCHECKEDACCESS(a,offsetNew+j)=extendedMultiplication(degreeScaling,parent.A.UNCHECKEDACCESS(a,offsetOld+j+localNumberToDrop)).castToSingle();
480                                        }
481                                if(i==subconfigurationIndex)
482                                {
483                                        for(int j=parent.tuple[i].getWidth();j<tuple[i].getWidth();j++)
484                                        {
485                                                for(int a=0;a<A.getHeight()-Flags::computeDotProductInMatrix;a++)
486                                                        A.UNCHECKEDACCESS(a,offsetNew+j)=0;
487                                                {
488                                                        int b=choices[subconfigurationIndex].second-1;
489                                                        if(b>=0)
490                                                                A.UNCHECKEDACCESS(subconfigurationIndex,offsetNew+j).msubWithOverflowChecking(tuple[i].UNCHECKEDACCESS(b,j),denominator);
491                                                }
492                                                for(int a=0;a<k+Flags::computeDotProductInMatrix;a++)
493                                                {   // If tuple entries are not bounded, overflow can happen in the following loop
494                                                        mvtypDouble tempDouble=A.UNCHECKEDACCESS(a,offsetNew+j).extend();
495                                                        for(int b=0;b<k;b++)
496                                                                if(choices[subconfigurationIndex].second!=b+1 &&choices[subconfigurationIndex].first!=b+1)
497                                                                        tempDouble+=extendedMultiplication(tuple[i].UNCHECKEDACCESS(b,j),A.UNCHECKEDACCESS(a,offsetNew+b+1));
498                                                        A.UNCHECKEDACCESS(a,offsetNew+j)=tempDouble.castToSingle();
499                                                }
500                                                mvtypDouble left=degreeScaling.extend();
501                                                for(int b=0;b<k;b++)
502                                                        left-=mvtyp(tuple[i].UNCHECKEDACCESS(b,j)).extend();
503
504                                                mvtyp leftS=left.castToSingle();
505
506                                                if(choices[subconfigurationIndex].second==0)
507                                                        A.UNCHECKEDACCESS(subconfigurationIndex,offsetNew+j).msubWithOverflowChecking(leftS,denominator);
508                                                else if(choices[subconfigurationIndex].first!=0)
509                                                        for(int a=0;a<k+Flags::computeDotProductInMatrix;a++)
510                                                                A.UNCHECKEDACCESS(a,offsetNew+j).maddWithOverflowChecking(leftS,mvtyp(A.UNCHECKEDACCESS(a,offsetNew)));
511                                        }
512                                        for(int j=0;j<parent.tuple[i].getWidth();j++)// <-- this loop has side effects on addExpressionOfCeb() above. Therefore it is placed after the loop above.
513                                                for(int a=0;a<A.getHeight()-Flags::computeDotProductInMatrix;a++)
514                                                        A.UNCHECKEDACCESS(a,offsetNew+j)=extendedMultiplication(A.UNCHECKEDACCESS(a,offsetNew+j),degreeScaling).castToSingle();
515                                }
516                                offsetOld+=parent.tuple[i].getWidth();
517                                offsetNew+=tuple[i].getWidth();
518                        }
519                        denominator=extendedMultiplication(denominator,degreeScaling).castToSingle();
520                        if(Flags::computeDotProductInMatrix)assignDotProducts(target,subconfigurationIndex);
521                        computeABounds();
522                        for(int a=0;a<k;a++)
523                        for(int i=0;i<k+Flags::computeDotProductInMatrix;i++)
524                        {
525                                A[i][offsets[a]+choices[a].first]=0;
526                                A[i][offsets[a]+choices[a].second]=0;
527                        }
528                }
529        };
530                struct StackItem{
531                        int columnIndex;
532                        int configurationIndex;
533                        bool b;
534                        int choice;
535                        bool useFirstChanged,useSecondChanged;
536                        StackItem(int columnIndex_, int configurationIndex_, bool b_, int choice_, bool useFirstChanged_, bool useSecondChanged_):
537                                columnIndex(columnIndex_),
538                                configurationIndex(configurationIndex_),
539                                b(b_),
540                                choice(choice_),
541                                useFirstChanged(useFirstChanged_),
542                                useSecondChanged(useSecondChanged_)
543                        {
544                        }
545                };
546        public:
547                std::vector<std::pair<int,int> > choices;
548                Vector<mvtyp> target;
549                bool useFirstChanged;
550                bool useSecondChanged;
551                std::vector<StackItem> stack;
552                int eliminatedK;
553                int eliminatedKOffset;
554                std::vector<Matrix<mvtyp> > tuple;
555                std::vector<int> offsets;
556                int m;
557                InequalityComparisonResult result;
558                InequalityTable inequalityTable;
559                void constructInequalityTableFromParent(InequalityTable const &parentTable, mvtyp degreeScaling)
560                {
561                        inequalityTable.setChoicesFromEarlierHomotopy(parentTable, degreeScaling, target);
562                }
563                void constructInequalityTableInitially(mvtyp degreeScaling)
564                {
565                        std::vector<Matrix<mvtyp> > tempTuple;for(int i=0;i<tuple.size();i++)tempTuple.push_back(simplex<mvtyp>(tuple.size(),1));
566                        InequalityTable tempTable(tempTuple,-1);
567                        tempTable.setChoicesInitially();
568                        constructInequalityTableFromParent(tempTable,degreeScaling);
569                }
570                SingleTropicalHomotopyTraverser(std::vector<Matrix<mvtyp> > const &tuple_, int m_, std::vector<std::pair<int,int> > const &choices_, Vector<mvtyp> const &target_, int eliminatedK_):
571                        choices(choices_),
572                        target(target_),
573                        eliminatedK(eliminatedK_),
574                        tuple(tuple_),
575                        m(m_),
576                        inequalityTable(tuple,eliminatedK),
577                        offsets(tuple_.size())
578                {
579                        eliminatedKOffset=0;for(int i=0;i<eliminatedK;i++)eliminatedKOffset+=tuple_[i].getWidth();
580                        {int offset=0;for(int i=0;i<tuple.size();i++){offsets[i]=offset;offset+=tuple[i].getWidth();}}
581
582                        /* We also need to check that the input is within the required bounds
583                         * This is important to not have overflows in:
584                         *   dotVector
585                         *   setChoicesFromEarlierHomotopy
586                         * The number of summands is bounded by 3k+4*/
587
588                        bool isOK=mvtyp::isSuitableSummationNumber(3*tuple.size()+4);
589                        for(int i=0;i<target.size();i++)isOK&=mvtyp(target[i]).fitsInHalf();
590                        for(int i=0;i<tuple.size();i++)
591                                for(int j=0;j<tuple[i].getHeight();j++)
592                                        for(int k=0;k<tuple[i].getWidth();k++)
593                                                isOK&=mvtyp(tuple[i][j][k]).fitsInHalf();
594                        if(!isOK)throw MVMachineIntegerOverflow;
595                }
596                virtual void process()
597                {
598                }
599                bool findOutgoingAndProcess(bool doProcess)//sets up useFirstChanged and useSecondChanged and processes if process is true
600                {//returns true if we are at a leaf
601//                        inequalityTable.checkABounds();
602                        useFirstChanged=false;
603                        useSecondChanged=false;
604                        int onlyK=-1;
605#if 1
606                        if(eliminatedK!=-1)
607                                if(target[choices[eliminatedK].first+eliminatedKOffset]==target[choices[eliminatedK].second+eliminatedKOffset])
608                                        onlyK=eliminatedK;
609#endif
610
611                        inequalityTable.compareInequalities(result,target,onlyK);
612
613                        if(result.empty)
614                        {
615                                if(doProcess)process();
616                                return true;
617                        }
618
619                         // reverse search rule:
620
621                        mvtypDouble bestAtFirst=inequalityTable.getCoordinateOfInequality(result.configurationIndex,result.columnIndex,result.configurationIndex,choices[result.configurationIndex].first);
622                        mvtypDouble bestAtSecond=inequalityTable.getCoordinateOfInequality(result.configurationIndex,result.columnIndex,result.configurationIndex,choices[result.configurationIndex].second);
623                        if(bestAtFirst.isNegative())
624                        {
625                                if(bestAtSecond.isNegative())
626                                {
627                                        useFirstChanged=true;
628                                        useSecondChanged=true;
629                                }
630                                else
631                                {
632                                        if(bestAtSecond.isZero())
633                                        useFirstChanged=true;
634                                        else
635                                        if(choices[result.configurationIndex].second<result.columnIndex)
636                                        useFirstChanged=true;
637                                }
638                        }
639                        else
640                        {
641                                if(bestAtSecond.isNegative())
642                                {
643                                        if(bestAtFirst.isZero())
644                                        useSecondChanged=true;
645                                        else
646                                        if(choices[result.configurationIndex].first<result.columnIndex)
647                                        useSecondChanged=true;
648                                }
649                                else
650                                {
651                                        assert(0);
652                                }
653                        }
654                        return false;
655                }
656                void goToFirstChild()
657                {
658//                        debug<<"First:  configuration index:"<<data.configurationIndex<<" column index:"<<data.columnIndex<<"\n";
659                        assert(useFirstChanged);
660                        {
661                                stack.push_back(StackItem(
662                                                result.columnIndex,
663                                                result.configurationIndex,
664                                                false,
665                                                choices[result.configurationIndex].first,
666                                                useFirstChanged,
667                                                useSecondChanged));
668                                choices[result.configurationIndex].first=result.columnIndex;
669                                inequalityTable.replaceFirst(result.configurationIndex,result.columnIndex,target);
670                        }
671                }
672                void goToSecondChild()
673                {
674//                        debug<<"Second: configuration index:"<<data.configurationIndex<<" column index:"<<data.columnIndex<<"\n";
675                        assert(useSecondChanged);
676                        {
677                                stack.emplace_back(StackItem(
678                                                result.columnIndex,
679                                                result.configurationIndex,
680                                                true,
681                                                choices[result.configurationIndex].second,
682                                                useFirstChanged,
683                                                useSecondChanged));
684                                choices[result.configurationIndex].second=result.columnIndex;
685                                inequalityTable.replaceSecond(result.configurationIndex,result.columnIndex,target);
686                        }
687                }
688                int numberOfChildren()
689                {
690                        return int(useFirstChanged)+int(useSecondChanged);
691                }
692                void goToNthChild(int n)
693                {
694                        if(n==0)
695                                if(useFirstChanged)
696                                        goToFirstChild();
697                                else
698                                        goToSecondChild();
699                        else
700                                goToSecondChild();
701                }
702                void goBack()
703                {
704                        StackItem &B=stack.back();
705                        result.columnIndex=B.columnIndex;
706                        result.configurationIndex=B.configurationIndex;
707                        if(B.b)
708                        {
709                                choices[result.configurationIndex].second=B.choice;
710                                inequalityTable.replaceSecond(result.configurationIndex,B.choice,target);
711                        }
712                        else
713                        {
714                                choices[result.configurationIndex].first=B.choice;
715                                inequalityTable.replaceFirst(result.configurationIndex,B.choice,target);
716                        }
717                        useFirstChanged=B.useFirstChanged;
718                        useSecondChanged=B.useSecondChanged;
719                        stack.pop_back();
720                }
721                bool atRoot()
722                {
723                        return stack.empty();
724                }
725        };
726
727
728/*
729 *  This class concatenates several homotopies to a single tree.
730 */
731template<class mvtyp, class mvtypDouble, class mvtypDivisor>
732        class TropicalRegenerationTraverser{
733                // The following class is an attempt to separate homotopy data from the traversal logic.
734                class Data{
735                        static mvtyp degree(Matrix<mvtyp> const &m)//assumes entries of m are non-negative
736                        {
737                                  mvtyp ret=0;
738                                  for(int i=0;i<m.getWidth();i++)
739                                  {
740                                          mvtyp s(0);
741                                          for(int j=0;j<m.getHeight();j++)
742                                                  s.addWithOverflowChecking(m[j][i]);
743                                          ret=max(s,ret);
744                                  }
745                                  return ret;
746                        }
747                  public:
748                          std::vector<Vector<mvtyp> > targets;
749                          std::vector<Matrix<mvtyp> > tuple;
750                          std::vector<std::vector<Matrix<mvtyp> > > tuples;
751                          Vector<mvtyp> degrees;
752                          bool isFiniteIndex(int level, int index)
753                          {
754                                  return index>=tuple[0].getHeight()+1;
755                          }
756
757                          std::vector<Matrix<mvtyp> > produceIthTuple(int i)
758                                {
759                                  int n=tuple[0].getHeight();
760                                  std::vector<Matrix<mvtyp> > ret;
761                                  for(int j=0;j<tuple.size();j++)
762                                  {
763                                          if(j<i)ret.push_back(tuple[j]);
764                                          if(j==i)ret.push_back(combineLeftRight(simplex<mvtyp>(n,degree(tuple[j])),tuple[j]));
765                                          if(j>i)ret.push_back(simplex<mvtyp>(n,1));
766                                  }
767                                  return ret;
768                                }
769                          Data(std::vector<Matrix<mvtyp> > const &tuple_):tuple(tuple_)
770                          {
771                                  int n=tuple[0].getHeight();
772
773                                  {//adjusting to positive orthant
774                                          for(int i=0;i<tuple.size();i++)
775                                                  for(int j=0;j<tuple[i].getHeight();j++)
776                                                  {
777                                                          mvtyp m;
778                                                          if(tuple[i].getWidth()==0)
779                                                                  m=0;
780                                                          else
781                                                                  m=tuple[i][j][0];
782                                                          for(int k=0;k<tuple[i].getWidth();k++)m=min(m,tuple[i][j][k]);
783                                                          for(int k=0;k<tuple[i].getWidth();k++)tuple[i][j][k].subWithOverflowChecking(m);
784                                                  }
785                                  }
786
787                                  for(int i=0;i<tuple.size();i++)
788                                          degrees.push_back(degree(tuple[i]));
789
790                                  for(int i=0;i<tuple.size();i++)
791                                          tuples.push_back(produceIthTuple(i));
792
793                                  for(int i=0;i<tuple.size();i++)
794                                  {
795                                          Vector<mvtyp> targ;
796                                          for(int j=0;j<tuple.size();j++)
797                                          {
798                                                  if(j==i)
799                                                          targ=concatenation(targ,concatenation(Vector<mvtyp>::allOnes(n+1),Vector<mvtyp>(tuple[i].getWidth())));
800                                                  else
801                                                          targ=concatenation(targ,Vector<mvtyp>(tuples[i][j].getWidth()));
802                                          }
803                                          targets.push_back(targ);
804                                  }
805                          };
806
807                          std::vector<std::pair<int,int> > firstIntersection()
808                          {
809                                  std::vector<std::pair<int,int> > ret;
810                                  for(int i=0;i<tuple.size();i++)
811                                          ret.push_back(std::pair<int,int>(i+0,i+1));
812                                  return ret;
813                          }
814
815                          void castToNextLevel(std::vector<std::pair<int,int> > const &choices, int i, int S, std::vector<std::pair<int,int> > &ret)
816                          {
817                                  assert(ret.size()==choices.size());
818                                  for(int j=0;j<choices.size();j++)
819                                          ret[j]=choices[j];
820
821                                  assert(ret[i].first>=S);
822                                  assert(ret[i].second>=S);
823                                  ret[i].first-=S;
824                                  ret[i].second-=S;
825                          }
826                  };
827                static int cayleyConfigurationWidth(std::vector<Matrix<mvtyp> > const &tuple)
828                {
829                          int m2=0;
830                          for(int i=0;i<tuple.size();i++)
831                                  m2+=tuple[i].getWidth();
832                          return m2;
833                }
834        public:
835                int depth;
836                int counter;
837                typedef SingleTropicalHomotopyTraverser<mvtyp,mvtypDouble,mvtypDivisor> MySingleTropicalHomotopyTraverser;
838                std::vector<MySingleTropicalHomotopyTraverser> traversers;
839                Data fullData;
840                int level;
841                bool deadEnd;
842                bool isLevelLeaf;
843                bool isSolutionVertex;
844                std::vector<bool> isLevelLeafStack;
845                TropicalRegenerationTraverser(std::vector<Matrix<mvtyp> > const &tuple_):
846                        fullData(tuple_),counter(0),depth(0)
847                {
848                        assert(tuple_.size());
849                        for(int i=0;i<tuple_.size();i++)
850                                traversers.push_back(MySingleTropicalHomotopyTraverser(fullData.tuples[i],cayleyConfigurationWidth(fullData.tuples[i]),fullData.firstIntersection(),fullData.targets[i],i));
851                        traversers[0].constructInequalityTableInitially(fullData.degrees[0]);
852                        level=0;
853                }
854                virtual void process()
855                {
856                }
857                bool findOutgoingAndProcess(bool doProcess)
858                {
859                        isSolutionVertex=false;
860                        deadEnd=false;
861                        isLevelLeaf=traversers[level].findOutgoingAndProcess(false);
862                        if(isLevelLeaf)
863                        {//leaf
864                                bool isFinite=fullData.isFiniteIndex(level,traversers[level].choices[level].first)&&fullData.isFiniteIndex(level,traversers[level].choices[level].second);
865                                deadEnd=!isFinite;
866                                if(isFinite && (level==fullData.tuple.size()-1))
867                                {
868                                        isSolutionVertex=true;
869                                        if(doProcess){process();}
870                                        return true;
871                                }
872                        }
873                        return false;
874                }
875                int numberOfChildren()
876                {
877                        if(isLevelLeaf&&(level==fullData.tuple.size()-1))return 0;
878                        if(!isLevelLeaf)
879                                return traversers[level].numberOfChildren();
880                        else
881                                return 1-deadEnd;
882                }
883                void goToNthChild(int n)
884                {
885                        depth++;
886                        isLevelLeafStack.push_back(isLevelLeaf);
887                        if(!isLevelLeaf)
888                                traversers[level].goToNthChild(n);
889                        else
890                        {
891                                fullData.castToNextLevel(traversers[level].choices,level,fullData.tuples[level][level].getWidth()-fullData.tuples[level+1][level].getWidth(),traversers[level+1].choices);
892                                traversers[level+1].constructInequalityTableFromParent(traversers[level].inequalityTable,fullData.degrees[level+1]);
893                                level++;
894                        }
895                }
896                void print()
897                {
898                }
899                void goBack()
900                {
901                        depth--;
902                        counter++;
903                        deadEnd=false;
904                        if(traversers[level].atRoot())
905                                level--;
906                        else
907                                traversers[level].goBack();
908                        isLevelLeaf=isLevelLeafStack.back();
909                        isLevelLeafStack.pop_back();
910                }
911        };
912
913        /*
914         * This class glues Bjarne Knudsen's parallel traverser to our MultiLevelIntersectionTraverser.
915         * This class should eventually be written so that it works on any homotopy.
916         *
917         * Since we are not sure about how exceptions would be handled by the parallel traverser,
918         * we write ugly aborting code, which may actually work.
919         */
920        template<class mvtyp, class mvtypDouble, class mvtypDivisor>
921        class SpecializedRTraverser: public Traverser
922        {
923        public:
924                typedef TropicalRegenerationTraverser<mvtyp,mvtypDouble,mvtypDivisor> MyTropicalRegenerationTraverser;
925                MyTropicalRegenerationTraverser T;
926                mvtypDouble mixedVolume;
927                int numberOfExpensiveSteps;
928                SpecializedRTraverser(std::vector<Matrix<mvtyp> > const &tuple_):
929                         mixedVolume(),
930                         numberOfExpensiveSteps(0),
931                         T(tuple_) //Constructor my throw if input is too big.
932                {
933                        numberOfExpensiveSteps++;
934                        T.findOutgoingAndProcess(false);
935                }
936                int  getEdgeCountNext( void )
937                {
938                        if(!aborting)
939                        {
940                                try{
941                                        return T.numberOfChildren();
942                                }
943                                catch(...){abort();}
944                        }
945                        return 0;
946                }
947
948                int  moveToNext( int   index,
949                                   bool  collect_info )
950                {
951                        if(!aborting)
952                        {
953                                try{
954                                        T.goToNthChild(index);
955                                        numberOfExpensiveSteps++;
956                                        T.findOutgoingAndProcess(false);
957                                }
958                                catch(...){abort();}
959                        }
960                        return 0;
961                }
962
963          void  moveToPrev( int  index )
964          {
965                  if(!aborting)
966                  {
967                          try{
968                                  T.goBack(); //index ignored
969                          }
970                          catch(...){abort();}
971                  }
972          }
973
974          void  collectInfo( void )
975          {
976                  if(!aborting)
977                  {
978                          try{
979                                  if(T.isSolutionVertex)
980                                          mixedVolume.addWithOverflowCheck(T.traversers[T.level].inequalityTable.getVolume().extend());
981                          }
982                          catch(...){abort();}
983                  }
984          }
985
986          void  printState( void )
987          {
988                  T.print();
989          }
990        };
991}
992
993#endif /* GFANLIB_TROPICALHOMOTOPY_H_ */
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.