source: git/kernel/rmodulo2m.cc @ b14855

fieker-DuValspielwiese
Last change on this file since b14855 was 91d286, checked in by Oliver Wienand <wienand@…>, 13 years ago
* Error in component check while creating gcd polys (fixed #300) * Further changed return value of nDivComp to match return values of pDivComp git-svn-id: file:///usr/local/Singular/svn/trunk@13717 2c84dea3-7e68-4137-9b89-c4e89433aadc
  • Property mode set to 100644
File size: 14.3 KB
Line 
1/****************************************
2*  Computer Algebra System SINGULAR     *
3****************************************/
4/* $Id$ */
5/*
6* ABSTRACT: numbers modulo 2^m
7*/
8
9#include <string.h>
10#include <kernel/mod2.h>
11
12#ifdef HAVE_RINGS
13#include <omalloc/mylimits.h>
14#include <kernel/structs.h>
15#include <kernel/febase.h>
16#include <omalloc/omalloc.h>
17#include <kernel/numbers.h>
18#include <kernel/longrat.h>
19#include <kernel/mpr_complex.h>
20#include <kernel/ring.h>
21#include <kernel/rmodulo2m.h>
22#include <kernel/si_gmp.h>
23
24int nr2mExp;
25
26/*
27 * Multiply two numbers
28 */
29number nr2mMult (number a, number b)
30{
31  if (((NATNUMBER)a == 0) || ((NATNUMBER)b == 0))
32    return (number)0;
33  else
34    return nr2mMultM(a,b);
35}
36
37/*
38 * Give the smallest non unit k, such that a * x = k = b * y has a solution
39 */
40number nr2mLcm (number a,number b,ring r)
41{
42  NATNUMBER res = 0;
43  if ((NATNUMBER) a == 0) a = (number) 1;
44  if ((NATNUMBER) b == 0) b = (number) 1;
45  while ((NATNUMBER) a % 2 == 0)
46  {
47    a = (number) ((NATNUMBER) a / 2);
48    if ((NATNUMBER) b % 2 == 0) b = (number) ((NATNUMBER) b / 2);
49    res++;
50  }
51  while ((NATNUMBER) b % 2 == 0)
52  {
53    b = (number) ((NATNUMBER) b / 2);
54    res++;
55  }
56  return (number) (1L << res);  // (2**res)
57}
58
59/*
60 * Give the largest non unit k, such that a = x * k, b = y * k has
61 * a solution.
62 */
63number nr2mGcd (number a,number b,ring r)
64{
65  NATNUMBER res = 0;
66  if ((NATNUMBER) a == 0 && (NATNUMBER) b == 0) return (number) 1;
67  while ((NATNUMBER) a % 2 == 0 && (NATNUMBER) b % 2 == 0)
68  {
69    a = (number) ((NATNUMBER) a / 2);
70    b = (number) ((NATNUMBER) b / 2);
71    res++;
72  }
73//  if ((NATNUMBER) b % 2 == 0)
74//  {
75//    return (number) ((1L << res));// * (NATNUMBER) a);  // (2**res)*a    a ist Einheit
76//  }
77//  else
78//  {
79    return (number) ((1L << res));// * (NATNUMBER) b);  // (2**res)*b    b ist Einheit
80//  }
81}
82
83/*
84 * Give the largest non unit k, such that a = x * k, b = y * k has
85 * a solution.
86 */
87number nr2mExtGcd (number a, number b, number *s, number *t)
88{
89  NATNUMBER res = 0;
90  if ((NATNUMBER) a == 0 && (NATNUMBER) b == 0) return (number) 1;
91  while ((NATNUMBER) a % 2 == 0 && (NATNUMBER) b % 2 == 0)
92  {
93    a = (number) ((NATNUMBER) a / 2);
94    b = (number) ((NATNUMBER) b / 2);
95    res++;
96  }
97  if ((NATNUMBER) b % 2 == 0)
98  {
99    *t = NULL;
100    *s = nr2mInvers(a);
101    return (number) ((1L << res));// * (NATNUMBER) a);  // (2**res)*a    a ist Einheit
102  }
103  else
104  {
105    *s = NULL;
106    *t = nr2mInvers(b);
107    return (number) ((1L << res));// * (NATNUMBER) b);  // (2**res)*b    b ist Einheit
108  }
109}
110
111void nr2mPower (number a, int i, number * result)
112{
113  if (i==0)
114  {
115    *(NATNUMBER *)result = 1;
116  }
117  else if (i==1)
118  {
119    *result = a;
120  }
121  else
122  {
123    nr2mPower(a,i-1,result);
124    *result = nr2mMultM(a,*result);
125  }
126}
127
128/*
129 * create a number from int
130 */
131number nr2mInit (int i, const ring r)
132{
133  if (i == 0) return (number)(NATNUMBER)i;
134
135  long ii = i;
136  NATNUMBER j = (NATNUMBER)1;
137  if (ii < 0) { j = currRing->nr2mModul; ii = -ii; }
138  NATNUMBER k = (NATNUMBER)ii;
139  k = k & currRing->nr2mModul;
140  /* now we have: from = j * k mod 2^m */
141  return (number)nr2mMult((number)j, (number)k);
142}
143
144/*
145 * convert a number to an int in ]-k/2 .. k/2],
146 * where k = 2^m; i.e., an int in ]-2^(m-1) .. 2^(m-1)];
147 * note that the code computes a long which will then
148 * automatically casted to int
149 */
150int nr2mInt(number &n, const ring r)
151{
152  NATNUMBER nn = (unsigned long)(NATNUMBER)n & r->nr2mModul;
153  unsigned long l = r->nr2mModul >> 1; l++; /* now: l = 2^(m-1) */
154  if ((NATNUMBER)nn > l)
155    return (int)((NATNUMBER)nn - r->nr2mModul - 1);
156  else
157    return (int)((NATNUMBER)nn);
158}
159
160number nr2mAdd (number a, number b)
161{
162  return nr2mAddM(a,b);
163}
164
165number nr2mSub (number a, number b)
166{
167  return nr2mSubM(a,b);
168}
169
170BOOLEAN nr2mIsUnit (number a)
171{
172  return ((NATNUMBER) a % 2 == 1);
173}
174
175number  nr2mGetUnit (number k)
176{
177  if (k == NULL)
178    return (number) 1;
179  NATNUMBER tmp = (NATNUMBER) k;
180  while (tmp % 2 == 0)
181    tmp = tmp / 2;
182  return (number) tmp;
183}
184
185BOOLEAN nr2mIsZero (number  a)
186{
187  return 0 == (NATNUMBER)a;
188}
189
190BOOLEAN nr2mIsOne (number a)
191{
192  return 1 == (NATNUMBER)a;
193}
194
195BOOLEAN nr2mIsMOne (number a)
196{
197  return (currRing->nr2mModul == (NATNUMBER)a);
198}
199
200BOOLEAN nr2mEqual (number a, number b)
201{
202  return nr2mEqualM(a,b);
203}
204
205BOOLEAN nr2mGreater (number a, number b)
206{
207  return nr2mDivBy(a, b);
208}
209
210/* This does not seem to be the predicate whether a
211   is divisible by b in Z/2^m: if a is NULL then
212   the answer is not necessarily TRUE. */
213BOOLEAN nr2mDivBy (number a, number b)
214{
215  if (a == NULL)
216  {
217    NATNUMBER c = currRing->nr2mModul + 1;
218    if (c != 0) /* i.e., if no overflow */
219      return (c % (NATNUMBER)b) == 0;
220    else
221    {
222      /* overflow: we need to check whether b
223         is a power of 2: */
224      c = (NATNUMBER)b;
225      while (c != 0)
226      {
227        if ((c % 2) != 0) return FALSE;
228        c = c >> 1;
229      }
230      return TRUE;
231    }
232  }
233  else
234    return ((NATNUMBER)a % (NATNUMBER)b) == 0;
235}
236
237int nr2mDivComp(number as, number bs)
238{
239  NATNUMBER a = (NATNUMBER) as;
240  NATNUMBER b = (NATNUMBER) bs;
241  assume(a != 0 && b != 0);
242  while (a % 2 == 0 && b % 2 == 0)
243  {
244    a = a / 2;
245    b = b / 2;
246  }
247  if (a % 2 == 0)
248  {
249    return -1;
250  }
251  else
252  {
253    if (b % 2 == 1)
254    {
255      return 2;
256    }
257    else
258    {
259      return 1;
260    }
261  }
262}
263
264/* TRUE iff 0 < k <= 2^m / 2 */
265BOOLEAN nr2mGreaterZero (number k)
266{
267  if ((NATNUMBER)k == 0) return FALSE;
268  if ((NATNUMBER)k > ((currRing->nr2mModul >> 1) + 1)) return FALSE;
269  return TRUE;
270}
271
272/* assumes that 'a' is odd, i.e., a unit in Z/2^m, and computes
273   the extended gcd of 'a' and 2^m, in order to find some 's'
274   and 't' such that a * s + 2^m * t = gcd(a, 2^m) = 1;
275   this code will always find a positive 's' */
276void specialXGCD(unsigned long& s, unsigned long a)
277{
278  int_number u = (int_number)omAlloc(sizeof(mpz_t));
279  mpz_init_set_ui(u, a);
280  int_number u0 = (int_number)omAlloc(sizeof(mpz_t));
281  mpz_init(u0);
282  int_number u1 = (int_number)omAlloc(sizeof(mpz_t));
283  mpz_init_set_ui(u1, 1);
284  int_number u2 = (int_number)omAlloc(sizeof(mpz_t));
285  mpz_init(u2);
286  int_number v = (int_number)omAlloc(sizeof(mpz_t));
287  mpz_init_set_ui(v, currRing->nr2mModul);
288  mpz_add_ui(v, v, 1); /* now: v = 2^m */
289  int_number v0 = (int_number)omAlloc(sizeof(mpz_t));
290  mpz_init(v0);
291  int_number v1 = (int_number)omAlloc(sizeof(mpz_t));
292  mpz_init(v1);
293  int_number v2 = (int_number)omAlloc(sizeof(mpz_t));
294  mpz_init_set_ui(v2, 1);
295  int_number q = (int_number)omAlloc(sizeof(mpz_t));
296  mpz_init(q);
297  int_number r = (int_number)omAlloc(sizeof(mpz_t));
298  mpz_init(r);
299
300  while (mpz_cmp_ui(v, 0) != 0) /* i.e., while v != 0 */
301  {
302    mpz_div(q, u, v);
303    mpz_mod(r, u, v);
304    mpz_set(u, v);
305    mpz_set(v, r);
306    mpz_set(u0, u2);
307    mpz_set(v0, v2);
308    mpz_mul(u2, u2, q); mpz_sub(u2, u1, u2); /* u2 = u1 - q * u2 */
309    mpz_mul(v2, v2, q); mpz_sub(v2, v1, v2); /* v2 = v1 - q * v2 */
310    mpz_set(u1, u0);
311    mpz_set(v1, v0);
312  }
313
314  while (mpz_cmp_ui(u1, 0) < 0) /* i.e., while u1 < 0 */
315  {
316    /* we add 2^m = (2^m - 1) + 1 to u1: */
317    mpz_add_ui(u1, u1, currRing->nr2mModul);
318    mpz_add_ui(u1, u1, 1);
319  }
320  s = mpz_get_ui(u1); /* now: 0 <= s <= 2^m - 1 */
321
322  mpz_clear(u);  omFree((ADDRESS)u);
323  mpz_clear(u0); omFree((ADDRESS)u0);
324  mpz_clear(u1); omFree((ADDRESS)u1);
325  mpz_clear(u2); omFree((ADDRESS)u2);
326  mpz_clear(v);  omFree((ADDRESS)v);
327  mpz_clear(v0); omFree((ADDRESS)v0);
328  mpz_clear(v1); omFree((ADDRESS)v1);
329  mpz_clear(v2); omFree((ADDRESS)v2);
330  mpz_clear(q); omFree((ADDRESS)q);
331  mpz_clear(r); omFree((ADDRESS)r);
332}
333
334NATNUMBER InvMod(NATNUMBER a)
335{
336  assume((NATNUMBER)a % 2 != 0);
337  unsigned long s;
338  specialXGCD(s, a);
339  return s;
340}
341//#endif
342
343inline number nr2mInversM (number c)
344{
345  assume((NATNUMBER)c % 2 != 0);
346  return (number)InvMod((NATNUMBER)c);
347}
348
349number nr2mDiv (number a,number b)
350{
351  if ((NATNUMBER)a==0)
352    return (number)0;
353  else if ((NATNUMBER)b%2==0)
354  {
355    if ((NATNUMBER)b != 0)
356    {
357      while ((NATNUMBER) b%2 == 0 && (NATNUMBER) a%2 == 0)
358      {
359        a = (number) ((NATNUMBER) a / 2);
360        b = (number) ((NATNUMBER) b / 2);
361      }
362    }
363    if ((NATNUMBER) b%2 == 0)
364    {
365      WerrorS("Division not possible, even by cancelling zero divisors.");
366      WerrorS("Result is integer division without remainder.");
367      return (number) ((NATNUMBER) a / (NATNUMBER) b);
368    }
369  }
370  return (number) nr2mMult(a, nr2mInversM(b));
371}
372
373number nr2mMod (number a, number b)
374{
375  /*
376    We need to return the number r which is uniquely determined by the
377    following two properties:
378      (1) 0 <= r < |b| (with respect to '<' and '<=' performed in Z x Z)
379      (2) There exists some k in the integers Z such that a = k * b + r.
380    Consider g := gcd(2^m, |b|). Note that then |b|/g is a unit in Z/2^m.
381    Now, there are three cases:
382      (a) g = 1
383          Then |b| is a unit in Z/2^m, i.e. |b| (and also b) divides a.
384          Thus r = 0.
385      (b) g <> 1 and g divides a
386          Then a = (a/g) * (|b|/g)^(-1) * b (up to sign), i.e. again r = 0.
387      (c) g <> 1 and g does not divide a
388          Let's denote the division with remainder of a by g as follows:
389          a = s * g + t. Then t = a - s * g = a - s * (|b|/g)^(-1) * |b|
390          fulfills (1) and (2), i.e. r := t is the correct result. Hence
391          in this third case, r is the remainder of division of a by g in Z.
392    This algorithm is the same as for the case Z/n, except that we may
393    compute the gcd of |b| and 2^m "by hand": We just extract the highest
394    power of 2 (<= 2^m) that is contained in b.
395  */
396  assume((NATNUMBER)b != 0);
397  NATNUMBER g = 1;
398  NATNUMBER b_div = (NATNUMBER)b;
399  if (b_div < 0) b_div = -b_div; // b_div now represents |b|
400  NATNUMBER r = 0;
401  while ((g < currRing->nr2mModul) && (b_div > 0) && (b_div % 2 == 0))
402  {
403    b_div = b_div >> 1;
404    g = g << 1;
405  } // g is now the gcd of 2^m and |b|
406
407  if (g != 1) r = (NATNUMBER)a % g;
408  return (number)r;
409}
410
411number nr2mIntDiv (number a, number b)
412{
413  if ((NATNUMBER)a == 0)
414  {
415    if ((NATNUMBER)b == 0)
416      return (number)1;
417    if ((NATNUMBER)b == 1)
418      return (number)0;
419    NATNUMBER c = currRing->nr2mModul + 1;
420    if (c != 0) /* i.e., if no overflow */
421      return (number)(c / (NATNUMBER)b);
422    else
423    {
424      /* overflow: c = 2^32 resp. 2^64, depending on platform */
425      int_number cc = (int_number)omAlloc(sizeof(mpz_t));
426      mpz_init_set_ui(cc, currRing->nr2mModul); mpz_add_ui(cc, cc, 1);
427      mpz_div_ui(cc, cc, (unsigned long)(NATNUMBER)b);
428      unsigned long s = mpz_get_ui(cc);
429      mpz_clear(cc); omFree((ADDRESS)cc);
430      return (number)(NATNUMBER)s;
431    }
432  }
433  else
434  {
435    if ((NATNUMBER)b == 0)
436      return (number)0;
437    return (number)((NATNUMBER) a / (NATNUMBER) b);
438  }
439}
440
441number  nr2mInvers (number c)
442{
443  if ((NATNUMBER)c%2==0)
444  {
445    WerrorS("division by zero divisor");
446    return (number)0;
447  }
448  return nr2mInversM(c);
449}
450
451number nr2mNeg (number c)
452{
453  if ((NATNUMBER)c==0) return c;
454  return nr2mNegM(c);
455}
456
457number nr2mMapMachineInt(number from)
458{
459  NATNUMBER i = ((NATNUMBER) from) & currRing->nr2mModul;
460  return (number) i;
461}
462
463number nr2mMapZp(number from)
464{
465  long ii = (long)from;
466  NATNUMBER j = (NATNUMBER)1;
467  if (ii < 0) { j = currRing->nr2mModul; ii = -ii; }
468  NATNUMBER i = (NATNUMBER)ii;
469  i = i & currRing->nr2mModul;
470  /* now we have: from = j * i mod 2^m */
471  return (number)nr2mMult((number)i, (number)j);
472}
473
474number nr2mMapQ(number from)
475{
476  int_number erg = (int_number) omAlloc(sizeof(mpz_t));
477  mpz_init(erg);
478  int_number k = (int_number) omAlloc(sizeof(mpz_t));
479  mpz_init_set_ui(k, currRing->nr2mModul);
480
481  nlGMP(from, (number)erg);
482  mpz_and(erg, erg, k);
483  number r = (number)mpz_get_ui(erg);
484
485  mpz_clear(erg); omFree((ADDRESS)erg);
486  mpz_clear(k);   omFree((ADDRESS)k);
487
488  return (number) r;
489}
490
491number nr2mMapGMP(number from)
492{
493  int_number erg = (int_number) omAlloc(sizeof(mpz_t));
494  mpz_init(erg);
495  int_number k = (int_number) omAlloc(sizeof(mpz_t));
496  mpz_init_set_ui(k, currRing->nr2mModul);
497
498  mpz_and(erg, (int_number)from, k);
499  number r = (number) mpz_get_ui(erg);
500
501  mpz_clear(erg); omFree((ADDRESS)erg);
502  mpz_clear(k);   omFree((ADDRESS)k);
503
504  return (number) r;
505}
506
507nMapFunc nr2mSetMap(const ring src, const ring dst)
508{
509  if (rField_is_Ring_2toM(src)
510     && (src->ringflagb >= dst->ringflagb))
511  {
512    return nr2mMapMachineInt;
513  }
514  if (rField_is_Ring_Z(src))
515  {
516    return nr2mMapGMP;
517  }
518  if (rField_is_Q(src))
519  {
520    return nr2mMapQ;
521  }
522  if (rField_is_Zp(src)
523     && (src->ch == 2)
524     && (dst->ringflagb == 1))
525  {
526    return nr2mMapZp;
527  }
528  if (rField_is_Ring_PtoM(src) || rField_is_Ring_ModN(src))
529  {
530    // Computing the n of Z/n
531    int_number modul = (int_number) omAlloc(sizeof(mpz_t)); // evtl. spaeter mit bin
532    mpz_init(modul);
533    mpz_set(modul, src->ringflaga);
534    mpz_pow_ui(modul, modul, src->ringflagb);
535    if (mpz_divisible_2exp_p(modul, dst->ringflagb))
536    {
537      mpz_clear(modul);
538      omFree((ADDRESS) modul);
539      return nr2mMapGMP;
540    }
541    mpz_clear(modul);
542    omFree((ADDRESS) modul);
543  }
544  return NULL;      // default
545}
546
547/*
548 * set the exponent (allocate and init tables) (TODO)
549 */
550
551void nr2mSetExp(int m, const ring r)
552{
553  if (m > 1)
554  {
555    nr2mExp = m;
556    /* we want nr2mModul to be the bit pattern '11..1' consisting
557       of m one's: */
558    r->nr2mModul = 1;
559    for (int i = 1; i < m; i++) r->nr2mModul = (r->nr2mModul * 2) + 1;
560  }
561  else
562  {
563    nr2mExp = 2;
564    r->nr2mModul = 3; /* i.e., '11' in binary representation */
565  }
566}
567
568void nr2mInitExp(int m, const ring r)
569{
570  nr2mSetExp(m, r);
571  if (m < 2) WarnS("nr2mInitExp failed: we go on with Z/2^2");
572}
573
574#ifdef LDEBUG
575BOOLEAN nr2mDBTest (number a, const char *f, const int l)
576{
577  if ((NATNUMBER)a < 0) return FALSE;
578  if (((NATNUMBER)a & currRing->nr2mModul) != (NATNUMBER)a) return FALSE;
579  return TRUE;
580}
581#endif
582
583void nr2mWrite (number &a, const ring r)
584{
585  int i = nr2mInt(a, r);
586  StringAppend("%d", i);
587}
588
589static const char* nr2mEati(const char *s, int *i)
590{
591
592  if (((*s) >= '0') && ((*s) <= '9'))
593  {
594    (*i) = 0;
595    do
596    {
597      (*i) *= 10;
598      (*i) += *s++ - '0';
599      if ((*i) >= (MAX_INT_VAL / 10)) (*i) = (*i) & currRing->nr2mModul;
600    }
601    while (((*s) >= '0') && ((*s) <= '9'));
602    (*i) = (*i) & currRing->nr2mModul;
603  }
604  else (*i) = 1;
605  return s;
606}
607
608const char * nr2mRead (const char *s, number *a)
609{
610  int z;
611  int n=1;
612
613  s = nr2mEati(s, &z);
614  if ((*s) == '/')
615  {
616    s++;
617    s = nr2mEati(s, &n);
618  }
619  if (n == 1)
620    *a = (number)z;
621  else
622      *a = nr2mDiv((number)z,(number)n);
623  return s;
624}
625#endif
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.