source: git/kernel/maps/fast_maps.cc @ c858487

spielwiese
Last change on this file since c858487 was 79e495, checked in by Kwankyu Lee <ekwankyu@…>, 19 months ago
Fix for non-field base ring
  • Property mode set to 100644
File size: 17.6 KB
Line 
1/****************************************
2*  Computer Algebra System SINGULAR     *
3****************************************/
4/***************************************************************
5 *  File:    fast_maps.cc
6 *  Purpose: implementation of fast maps
7 *  Author:  obachman (Olaf Bachmann)
8 *  Created: 02/01
9 *******************************************************************/
10
11
12
13#include "kernel/mod2.h"
14#include "misc/options.h"
15#include "polys/monomials/p_polys.h"
16#include "polys/prCopy.h"
17#include "kernel/ideals.h"
18#include "polys/monomials/ring.h"
19#include "polys/sbuckets.h"
20#include "kernel/maps/fast_maps.h"
21
22// define if you want to use special dest_ring
23#define HAVE_DEST_R 1
24// define if you want to use special src_ring
25#define HAVE_SRC_R 1
26// define if you want to use optimization step
27#define HAVE_MAP_OPTIMIZE 0
28
29/*******************************************************************************
30**
31*F  maMaxExp  . . . . . . . .  returns bound on maximal exponent of result of map
32*/
33// return maximal monomial if max_map_monomials are substituted into pi_m
34static poly maGetMaxExpP(poly* max_map_monomials,
35                         int n_max_map_monomials, ring map_r,
36                         poly pi_m, ring pi_r)
37{
38  int n = si_min(pi_r->N, n_max_map_monomials);
39  int i, j;
40  unsigned long e_i, e_j;
41  poly m_i=NULL;
42  poly map_j = p_Init(map_r);
43
44  for (i=1; i <= n; i++)
45  {
46    e_i = p_GetExp(pi_m, i, pi_r);
47    if (e_i==0) e_i=1;
48    m_i = max_map_monomials[i-1];
49    if (m_i != NULL && ! p_IsConstantComp(m_i, map_r))
50    {
51      for (j = 1; j<= map_r->N; j++)
52      {
53        e_j = p_GetExp(m_i, j, map_r);
54        if (e_j == 0) e_j=1;
55        p_AddExp(map_j, j, e_j*e_i, map_r);
56      }
57    }
58  }
59  return map_j;
60}
61
62// returns maximal exponent if map_id is applied to pi_id
63static unsigned long maGetMaxExp(ideal pi_id, ring pi_r, ideal map_id, ring map_r)
64{
65  unsigned long max=0;
66  poly* max_map_monomials = (poly*) omAlloc(IDELEMS(map_id)*sizeof(poly));
67  poly max_pi_i, max_map_i;
68
69  int i;
70  for (i=0; i<IDELEMS(map_id); i++)
71  {
72    max_map_monomials[i] = p_GetMaxExpP(map_id->m[i], map_r);
73  }
74
75  for (i=0; i<IDELEMS(pi_id); i++)
76  {
77    max_pi_i = p_GetMaxExpP(pi_id->m[i], pi_r);
78    max_map_i = maGetMaxExpP(max_map_monomials, IDELEMS(map_id), map_r,
79                              max_pi_i, pi_r);
80    unsigned long temp = p_GetMaxExp(max_map_i, map_r);
81    if (temp > max){ max=temp; }
82
83    p_LmFree(max_pi_i, pi_r);
84    p_LmFree(max_map_i, map_r);
85  }
86  for (i=0; i<IDELEMS(map_id); i++)
87  {
88    p_LmFree(&max_map_monomials[i], map_r);
89  }
90  omFreeSize(max_map_monomials,IDELEMS(map_id)*sizeof(poly));
91
92  return max;
93}
94
95
96/*******************************************************************************
97**
98*F  debugging stuff
99*/
100#ifndef SING_NDEBUG
101void maMonomial_Out(mapoly monomial, ring src_r, ring dest_r)
102{
103  p_wrp(monomial->src, src_r);
104  printf(" ref:%d", monomial->ref);
105  if (dest_r != NULL)
106  {
107    printf(" dest:");
108    p_wrp(monomial->dest, dest_r);
109  }
110  if (monomial->f1!=NULL) { printf(" f1:%lx", (long)monomial->f1->src);
111                            // p_wrp(monomial->f1->src, src_r);
112                          }
113  if (monomial->f2!=NULL) { printf(" f2:%lx",(long)monomial->f2->src);
114                            // p_wrp(monomial->f2->src, src_r);
115                          }
116  printf("\n");
117  fflush(stdout);
118}
119
120void maPoly_Out(mapoly mpoly, ring src_r, ring dest_r)
121{
122  while (mpoly != NULL)
123  {
124    maMonomial_Out(mpoly, src_r, dest_r);
125    mpoly = mpoly->next;
126  }
127}
128#endif
129
130/*******************************************************************************
131**
132*F  mapolyCreate  . . . . . . . . . . . . . . .  Creates mapoly
133*/
134STATIC_VAR omBin mapolyBin = omGetSpecBin(sizeof(mapoly_s));
135STATIC_VAR omBin macoeffBin = omGetSpecBin(sizeof(macoeff_s));
136
137mapoly maMonomial_Create(poly p, ring /*r_p*/, sBucket_pt bucket)
138{
139  mapoly mp = (mapoly) omAlloc0Bin(mapolyBin);
140  //p_wrp(p,r_p);printf(" (%x) created\n",mp);
141  mp->src = p;
142  p->next = NULL;
143
144  if (bucket != NULL)
145  {
146    mp->coeff = (macoeff) omAlloc0Bin(macoeffBin);
147    mp->coeff->bucket = bucket;
148    mp->coeff->n = pGetCoeff(p);
149  }
150  mp->ref = 1;
151  return mp;
152}
153
154void maMonomial_Destroy(mapoly mp, ring src_r, ring dest_r)
155{
156  if (mp != NULL)
157  {
158    p_LmFree(mp->src, src_r);
159    if (mp->coeff != NULL)
160    {
161      macoeff coeff, next = mp->coeff;
162      do
163      {
164        coeff = next;
165        next = coeff->next;
166        omFreeBin(coeff, macoeffBin);
167      }
168      while (next != NULL);
169      mp->coeff=NULL;
170    }
171    if (mp->dest != NULL)
172    {
173      assume(dest_r != NULL);
174      p_Delete(&(mp->dest), dest_r);
175    }
176  }
177  omFreeBin(mp, mapolyBin);
178}
179
180/*******************************************************************************
181**
182*F  maPoly_InsertMonomial . . . . . . . . .insertion of a monomial into mapoly
183*/
184mapoly maPoly_InsertMonomial(mapoly &into, mapoly what, ring src_r)
185{
186  if (into == NULL)
187  {
188    into = what;
189    return what;
190  }
191
192  mapoly iter = into;
193  mapoly prev = NULL;
194
195  Top:
196  p_LmCmpAction(iter->src, what->src, src_r, goto Equal, goto Greater, goto Smaller);
197
198  Greater:
199  if (iter->next == NULL)
200  {
201    iter->next = what;
202    return what;
203  }
204  prev = iter;
205  iter = iter->next;
206  goto Top;
207
208  Smaller:
209  if (prev == NULL)
210  {
211    into = what;
212    what->next = iter;
213    return what;
214  }
215  prev->next = what;
216  what->next = iter;
217  return what;
218
219  Equal:
220  iter->ref += what->ref;
221  macoeff coeff = what->coeff;
222  if (coeff != NULL)
223  {
224    while (coeff->next != NULL) coeff = coeff->next;
225    coeff->next = iter->coeff;
226    iter->coeff = what->coeff;
227    what->coeff = NULL;
228  }
229  maMonomial_Free(what, src_r);
230  return iter;
231}
232
233mapoly maPoly_InsertMonomial(mapoly &into, poly p, ring src_r, sBucket_pt bucket)
234{
235  return maPoly_InsertMonomial(into, maMonomial_Create(p, src_r, bucket), src_r);
236}
237
238static void maPoly_InsertPoly(mapoly &into, poly what, ring src_r, sBucket_pt bucket)
239{
240  poly next;
241
242  while (what != NULL)
243  {
244    next = what->next;
245    maPoly_InsertMonomial(into, what, src_r, bucket);
246    what = next;
247  }
248}
249
250/*******************************************************************************
251**
252*F  maMap_Create . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . create stuff
253*/
254
255void maMap_CreatePolyIdeal(ideal map_id, ring map_r, ring src_r, ring dest_r,
256                           mapoly &mp, maideal &mideal)
257{
258  mideal = (maideal) omAlloc0(sizeof(maideal_s));
259  mideal->n = IDELEMS(map_id);
260  mideal->buckets = (sBucket_pt*) omAlloc0(mideal->n*sizeof(sBucket_pt));
261  int i;
262  mp = NULL;
263
264  for (i=0; i<mideal->n; i++)
265  {
266    if (map_id->m[i] != NULL)
267    {
268      mideal->buckets[i] = sBucketCreate(dest_r);
269      maPoly_InsertPoly(mp,
270#ifdef PDEBUG
271                        prShallowCopyR(map_id->m[i], map_r, src_r),
272#else
273                        prShallowCopyR_NoSort(map_id->m[i], map_r, src_r),
274#endif
275                        src_r,
276                        mideal->buckets[i]);
277    }
278  }
279}
280
281void maMap_CreateRings(ideal map_id, ring map_r,
282                       ideal image_id, ring image_r,
283                       ring &src_r, ring &dest_r, BOOLEAN &simple)
284{
285#if HAVE_SRC_R > 0
286  int* weights = (int*) omAlloc0(map_r->N*sizeof(int));
287  int i;
288  int n = si_min(map_r->N, IDELEMS(image_id));
289
290  for (i=0; i<n; i++)
291  {
292    weights[i] = pLength(image_id->m[i])+1;
293  }
294  src_r = rModifyRing_Wp(map_r, weights);
295#else
296  src_r = map_r;
297#endif
298
299#if HAVE_DEST_R > 0
300  unsigned long maxExp = maGetMaxExp(map_id, map_r, image_id, image_r);
301  if (maxExp <=  1) maxExp = 2;
302  else if (maxExp > (unsigned long) image_r->bitmask)
303    maxExp = (unsigned long) image_r->bitmask;
304  dest_r = rModifyRing_Simple(image_r, TRUE, TRUE, maxExp,  simple);
305#else
306  dest_r = image_r;
307#endif
308}
309
310static void maMap_KillRings(ring map_r, ring image_r, ring src_r, ring dest_r)
311{
312  if (map_r != src_r)
313    rKillModified_Wp_Ring(src_r);
314  if (image_r != dest_r)
315    rKillModifiedRing(dest_r);
316}
317
318/*******************************************************************************
319**
320*F  misc  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  misc  stuff
321*/
322
323ideal maIdeal_2_Ideal(maideal m_id, ring /*dest_r*/)
324{
325  ideal res = idInit(m_id->n, 1);
326  int l;
327
328  for (int i= 0; i < m_id->n; i++)
329  {
330    if (m_id->buckets[i]!=NULL)
331      sBucketDestroyAdd(m_id->buckets[i], &(res->m[i]), &l);
332  }
333  omFreeSize(m_id->buckets,m_id->n*sizeof(sBucket_pt));
334  omFree(m_id);
335  return res;
336}
337
338void maPoly_GetLength(mapoly mp, int &length)
339{
340  length = 0;
341  while (mp != NULL)
342  {
343    length++;
344    mp = mp->next;
345  }
346}
347
348
349/*******************************************************************************
350**
351*F  fast_map_common_subexp   . . . . . . . . . . . . . . . . . .the real thing
352*/
353
354ideal fast_map_common_subexp(const ideal map_id,const ring map_r,const ideal image_id,const ring image_r)
355{
356  ring src_r, dest_r;
357  ideal dest_id/*, res_id*/;
358  int length = 0;
359  BOOLEAN no_sort;
360
361  // construct rings we work in:
362  // src_r: Wp with Weights set to length of poly in image_id
363  // dest_r: Simple ring without degree ordering and short exponents
364  maMap_CreateRings(map_id, map_r, image_id, image_r, src_r, dest_r, no_sort);
365
366  // construct dest_id
367  if (dest_r != image_r)
368  {
369    dest_id = idrShallowCopyR(image_id, image_r, dest_r);
370  }
371  else
372    dest_id = image_id;
373
374  // construct mpoly and mideal
375  mapoly mp;
376  maideal mideal;
377  maMap_CreatePolyIdeal(map_id, map_r, src_r, dest_r, mp, mideal);
378
379  if (TEST_OPT_PROT)
380  {
381    maPoly_GetLength(mp, length);
382    Print("map[%ld:%d]{%d:", dest_r->bitmask, dest_r->ExpL_Size, length);
383  }
384
385  // do the optimization step
386#if HAVE_MAP_OPTIMIZE > 0
387  if (mp!=NULL) maPoly_Optimize(mp, src_r);
388#endif
389  if (TEST_OPT_PROT)
390  {
391    maPoly_GetLength(mp, length);
392    Print("%d}", length);
393  }
394
395  // do the actual evaluation
396  maPoly_Eval(mp, src_r, dest_id, dest_r, length);
397  if (TEST_OPT_PROT) PrintS(".");
398
399  // collect the results back into an ideal, clean up mideal
400  ideal res_dest_id = maIdeal_2_Ideal(mideal, dest_r);
401  if (TEST_OPT_PROT) PrintS(".");
402
403  // convert result back to image_r
404  ideal res_image_id;
405  if (dest_r != image_r)
406  {
407    //if (no_sort) see Old/m134si.tst
408    //  res_image_id = idrShallowCopyR_NoSort(res_dest_id, dest_r, image_r);
409    //else
410      res_image_id = idrShallowCopyR(res_dest_id, dest_r, image_r);
411    id_ShallowDelete(&res_dest_id, dest_r);
412    id_ShallowDelete(&dest_id,dest_r);
413  }
414  else
415    res_image_id = res_dest_id;
416
417  if (TEST_OPT_PROT) PrintS(".");
418
419  // clean-up the rings
420  maMap_KillRings(map_r, image_r, src_r, dest_r);
421
422  if (TEST_OPT_PROT)
423    PrintLn();
424
425  idTest(res_image_id);
426  return res_image_id;
427}
428
429
430/**********************************************************************
431* Evaluation stuff                                                    *
432**********************************************************************/
433
434// substitute p everywhere the monomial occours,
435// return the number of substitutions
436static int maPoly_Substitute(macoeff c, poly p, ring dest_r)
437{
438  // substitute the monomial: go through macoeff
439  int len;
440  BOOLEAN zero_div= (rField_is_Ring(dest_r) && !rField_is_Domain(dest_r));
441  if (!zero_div) len=pLength(p);
442  int done=0;
443  while (c!=NULL)
444  {
445    done++;
446    poly t=__pp_Mult_nn(p,c->n,dest_r);
447    #ifdef HAVE_RINGS
448    if (zero_div) len=pLength(t);
449    #endif
450    sBucket_Add_p(c->bucket, t, len);
451    c=c->next;
452  }
453  return done;
454}
455
456static poly maPoly_EvalMon(poly src, ring src_r, poly* dest_id, ring dest_r)
457{
458  int i;
459  int e;
460  poly p=NULL;
461  poly pp;
462  BOOLEAN is_const=TRUE; // for constant src
463  for(i=1;i<=src_r->N;i++)
464  {
465    e=p_GetExp(src,i,src_r);
466    if (e>0)
467    {
468      pp=dest_id[i-1];
469      if (pp==NULL)
470      {
471        p_Delete(&p,dest_r);
472        return NULL;
473      }
474      if (p==NULL)
475      {
476        if (!is_const) // possible only when the coefficient ring is not a field
477        {
478          return NULL;
479        }
480        p=p_Copy(pp /*dest_id[i-1]*/,dest_r);
481        e--;
482      }
483      while (e>0)
484      {
485        p=p_Mult_q(p,p_Copy(pp /*dest_id[i-1]*/,dest_r),dest_r);
486        e--;
487      }
488      is_const=FALSE;
489    }
490  }
491  if (is_const)
492  {
493    assume(p==NULL);
494    p=p_ISet(1,dest_r);
495  }
496  return p;
497}
498
499void maPoly_Eval(mapoly root, ring src_r, ideal dest_id, ring dest_r, int total_cost)
500{
501  // invert the list rooted at root:
502  if ((root!=NULL) && (root->next!=NULL))
503  {
504    mapoly q=root->next;
505    mapoly qn;
506    root->next=NULL;
507    do
508    {
509      qn=q->next;
510      q->next=root;
511      root=q;
512      q=qn;
513    }
514    while (qn !=NULL);
515  }
516
517  total_cost /= 10;
518  int next_print_cost = total_cost;
519
520  // the evaluation -----------------------------------------
521  mapoly p=root;
522  int cost = 0;
523
524  while (p!=NULL)
525  {
526    // look at each mapoly: compute its value in ->dest
527    assume (p->dest==NULL);
528    {
529      if ((p->f1!=NULL)&&(p->f2!=NULL))
530      {
531        poly f1=p->f1->dest;
532        poly f2=p->f2->dest;
533        if (p->f1->ref>0) f1=p_Copy(f1,dest_r);
534        else
535        {
536          // we own p->f1->dest now (in f1)
537          p->f1->dest=NULL;
538        }
539        if (p->f2->ref>0) f2=p_Copy(f2,dest_r);
540        else
541        {
542          // we own p->f2->dest now (in f2)
543          p->f2->dest=NULL;
544        }
545        maMonomial_Free(p->f1,src_r, dest_r);
546        maMonomial_Free(p->f2,src_r, dest_r);
547        p->dest=p_Mult_q(f1,f2,dest_r);
548      } /* factors : 2 */
549      else
550      {
551        assume((p->f1==NULL) && (p->f2==NULL));
552        // no factorization provided, use the classical method:
553        p->dest=maPoly_EvalMon(p->src,src_r,dest_id->m,dest_r);
554      }
555    } /* p->dest==NULL */
556    // substitute the monomial: go through macoeff
557    p->ref -= maPoly_Substitute(p->coeff, p->dest, dest_r);
558    //printf("subst done\n");
559    if (total_cost)
560    {
561      assume(TEST_OPT_PROT);
562      cost++;
563      if (cost > next_print_cost)
564      {
565        PrintS("-");
566        next_print_cost += total_cost;
567      }
568    }
569
570    mapoly pp=p;
571    p=p->next;
572    //p_wrp(pp->src, src_r);
573    if (pp->ref<=0)
574    {
575      //printf(" (%x) killed\n",pp);
576      maMonomial_Destroy(pp, src_r, dest_r);
577    }
578    //else
579    //  printf(" (%x) not killed, ref=%d\n",pp,pp->ref);
580  }
581}
582
583
584/*******************************************************************************
585**
586*F  maEggt  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  returns extended ggt
587*/
588// return NULL if deg(ggt(m1, m2)) < 2
589// else return m = ggT(m1, m2) and q1, q2 such that m1 = q1*m m2 = q2*m
590static poly maEggT(const poly m1, const poly m2, poly &q1, poly &q2,const ring r)
591{
592
593  int i;
594  int dg = 0;
595  poly ggt = p_Init(r);
596  q1 = p_Init(r);
597  q2 = p_Init(r);
598
599  for (i=1;i<=r->N;i++)
600  {
601    unsigned long e1 = p_GetExp(m1, i, r);
602    unsigned long e2 = p_GetExp(m2, i, r);
603    if (e1 > 0 && e2 > 0)
604    {
605      unsigned long em = (e1 > e2 ? e2 : e1);
606      dg += em;
607      p_SetExp(ggt, i, em, r);
608      p_SetExp(q1, i, e1 - em, r);
609      p_SetExp(q2, i, e2 - em, r);
610    }
611    else
612    {
613      p_SetExp(q1, i, e1, r);
614      p_SetExp(q2, i, e2, r);
615    }
616  }
617  if (dg>1)
618  {
619    p_Setm(ggt, r);
620    p_Setm(q1, r);
621    p_Setm(q2, r);
622  }
623  else
624  {
625    p_LmFree(ggt, r);
626    p_LmFree(q1, r);
627    p_LmFree(q2, r);
628    ggt = NULL;
629  }
630  return ggt;
631}
632
633/********************************************************************
634 **                                                                 *
635 * maFindBestggT                                                    *
636 * finds ggT with the highest cost                                  *
637 *******************************************************************/
638
639static mapoly maFindBestggT(mapoly mp, mapoly & choice, mapoly & fp, mapoly & fq,const ring r)
640{
641  int ggt_deg = 0;
642  poly p = mp->src;
643  mapoly iter = choice;
644  poly ggT = NULL;
645  fp = NULL;
646  fq = NULL;
647  poly fp_p=NULL;
648  poly fq_p=NULL;
649  choice=NULL;
650  while ((iter != NULL) && (p_Deg(iter->src, r) > ggt_deg))
651  {
652    //    maMonomial_Out(iter, r, NULL);
653    poly q1, q2, q;
654
655    q = maEggT(p, iter->src, q1, q2,r);
656    if (q != NULL)
657    {
658      int tmp_deg;
659      assume((q1!=NULL)&&(q2!=NULL));
660      if ((tmp_deg=p_Deg(q,r)) > ggt_deg)
661      {
662        choice=iter;
663        if (ggT != NULL)
664        {
665          p_LmFree(ggT, r);
666          p_LmFree(fp_p, r);
667          p_LmFree(fq_p, r);
668        }
669        ggt_deg = tmp_deg ; /*p_Deg(q, r);*/
670        ggT = q;
671        fp_p = q1;
672        fq_p = q2;
673      }
674      else
675      {
676        p_LmFree(q, r);
677        p_LmFree(q1, r);
678        p_LmFree(q2, r);
679      }
680    }
681    iter=iter->next;
682  }
683  if(ggT!=NULL)
684  {
685    int dq =p_Totaldegree(fq_p,r);
686    if (dq!=0)
687    {
688      fq=maPoly_InsertMonomial(mp, fq_p, r, NULL);
689      fp=maPoly_InsertMonomial(mp, fp_p, r, NULL);
690      return maPoly_InsertMonomial(mp, ggT, r, NULL);
691    }
692    else
693    {
694      fq=NULL;
695      p_LmFree(fq_p, r);
696      p_LmFree(ggT, r);
697      fp=maPoly_InsertMonomial(mp, fp_p, r, NULL);
698      choice->ref++;
699      return choice;
700    }
701  }
702  else
703  {
704    return NULL;
705  }
706}
707
708/********************************************************************
709 **                                                                 *
710 * maPoly_Optimize                                                  *
711 * adds and integrates subexpressions                               *
712 *******************************************************************/
713
714void maPoly_Optimize(mapoly mpoly, ring src_r)
715{
716  assume(mpoly!=NULL && mpoly->src!=NULL);
717  mapoly iter = mpoly;
718  mapoly choice;
719  mapoly ggT=NULL;
720  mapoly fp=NULL;
721  mapoly fq=NULL;
722  while (iter->next!=NULL)
723  {
724    choice=iter->next;
725    if ( /*(*/ iter->f1==NULL /*)*/ )
726    {
727      ggT=maFindBestggT(iter, choice, fp, fq,src_r);
728      if (choice!=NULL)
729      {
730        assume(iter->f1==NULL);
731        assume(iter->f2==NULL);
732        iter->f1=fp;
733        iter->f2=ggT;
734        if (fq!=NULL)
735        {
736          ggT->ref++;
737          choice->f1=fq;
738          choice->f2=ggT;
739        }
740      }
741      else assume(ggT==NULL);
742    }
743    iter=iter->next;
744  }
745}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.