source: git/libpolys/coeffs/modulop.cc @ 0acf3e

spielwiese
Last change on this file since 0acf3e was 45cc512, checked in by Hans Schoenemann <hannes@…>, 10 years ago
chg: rCharstr is now a wrapper for r->cf->cfCoeffString fixes also: charstr for integer,2,3
  • Property mode set to 100644
File size: 15.8 KB
Line 
1/****************************************
2*  Computer Algebra System SINGULAR     *
3****************************************/
4/*
5* ABSTRACT: numbers modulo p (<=32003)
6*/
7
8#ifdef HAVE_CONFIG_H
9#include "libpolysconfig.h"
10#endif /* HAVE_CONFIG_H */
11#include <misc/auxiliary.h>
12
13#include <factory/factory.h>
14
15#include <string.h>
16#include <omalloc/omalloc.h>
17#include <coeffs/coeffs.h>
18#include <reporter/reporter.h>
19#include <coeffs/numbers.h>
20#include <coeffs/longrat.h>
21#include <coeffs/mpr_complex.h>
22#include <misc/mylimits.h>
23#include <coeffs/modulop.h>
24
25// int npGen=0;
26
27/// Our Type!
28static const n_coeffType ID = n_Zp;
29
30#ifdef NV_OPS
31#pragma GCC diagnostic ignored "-Wlong-long"
32static inline number nvMultM(number a, number b, const coeffs r)
33{
34  assume( getCoeffType(r) == ID );
35
36#if SIZEOF_LONG == 4
37#define ULONG64 (unsigned long long)(unsigned long)
38#else
39#define ULONG64 (unsigned long)
40#endif
41  return (number)
42      (unsigned long)((ULONG64 a)*(ULONG64 b) % (ULONG64 r->ch));
43}
44number  nvMult        (number a, number b, const coeffs r);
45number  nvDiv         (number a, number b, const coeffs r);
46number  nvInvers      (number c, const coeffs r);
47void    nvPower       (number a, int i, number * result, const coeffs r);
48#endif
49
50
51
52
53BOOLEAN npGreaterZero (number k, const coeffs r)
54{
55  assume( n_Test(k, r) );
56
57  int h = (int)((long) k);
58  return ((int)h !=0) && (h <= (r->ch>>1));
59}
60
61//unsigned long npMultMod(unsigned long a, unsigned long b, int npPrimeM)
62//{
63//  unsigned long c = a*b;
64//  c = c % npPrimeM;
65//  assume(c == (unsigned long) npMultM((number) a, (number) b, npPrimeM));
66//  return c;
67//}
68
69number npMult (number a,number b, const coeffs r)
70{
71  assume( n_Test(a, r) );
72  assume( n_Test(b, r) );
73
74  if (((long)a == 0) || ((long)b == 0))
75    return (number)0;
76  number c = npMultM(a,b, r);
77  assume( n_Test(c, r) );
78  return c;
79}
80
81/*2
82* create a number from int
83*/
84number npInit (long i, const coeffs r)
85{
86  long ii=i % (long)r->ch;
87  if (ii <  0L)                         ii += (long)r->ch;
88
89  number c = (number)ii;
90  assume( n_Test(c, r) );
91  return c;
92
93}
94
95
96/*2
97 * convert a number to an int in (-p/2 .. p/2]
98 */
99int npInt(number &n, const coeffs r)
100{
101  assume( n_Test(n, r) );
102
103  if ((long)n > (((long)r->ch) >>1)) return (int)((long)n -((long)r->ch));
104  else                               return (int)((long)n);
105}
106
107number npAdd (number a, number b, const coeffs r)
108{
109  assume( n_Test(a, r) );
110  assume( n_Test(b, r) );
111
112  number c = npAddM(a,b, r);
113
114  assume( n_Test(c, r) );
115
116  return c;
117}
118
119number npSub (number a, number b, const coeffs r)
120{
121  assume( n_Test(a, r) );
122  assume( n_Test(b, r) );
123
124  number c = npSubM(a,b,r);
125
126  assume( n_Test(c, r) );
127
128  return c;
129}
130
131BOOLEAN npIsZero (number  a, const coeffs r)
132{
133  assume( n_Test(a, r) );
134
135  return 0 == (long)a;
136}
137
138BOOLEAN npIsOne (number a, const coeffs r)
139{
140  assume( n_Test(a, r) );
141
142  return 1 == (long)a;
143}
144
145BOOLEAN npIsMOne (number a, const coeffs r)
146{
147  assume( n_Test(a, r) );
148
149  return ((r->npPminus1M == (long)a)&&((long)1!=(long)a));
150}
151
152#ifdef HAVE_DIV_MOD
153
154#ifdef USE_NTL_XGCD
155
156//ifdef HAVE_NTL // in ntl.a
157//extern void XGCD(long& d, long& s, long& t, long a, long b);
158#include <NTL/ZZ.h>
159#ifdef NTL_CLIENT
160NTL_CLIENT
161#endif
162
163#endif
164
165long InvMod(long a, const coeffs R)
166{
167   long d, s, t;
168
169#ifdef USE_NTL_XGCD
170   XGCD(d, s, t, a, R->ch);
171   assume (d == 1);
172#else
173   long  u, v, u0, v0, u1, v1, u2, v2, q, r;
174
175   assume(a>0);
176   u1=1; u2=0;
177   u = a; v = R->ch;
178
179   while (v != 0)
180   {
181      q = u / v;
182      r = u % v;
183      u = v;
184      v = r;
185      u0 = u2;
186      u2 = u1 - q*u2;
187      u1 = u0;
188   }
189
190   assume(u==1);
191   s = u1;
192#endif
193   if (s < 0)
194      return s + R->ch;
195   else
196      return s;
197}
198#endif
199
200inline number npInversM (number c, const coeffs r)
201{
202  assume( n_Test(c, r) );
203#ifndef HAVE_DIV_MOD
204  number d = (number)(long)r->npExpTable[r->npPminus1M - r->npLogTable[(long)c]];
205#else
206  long inv=(long)r->npInvTable[(long)c];
207  if (inv==0)
208  {
209    inv=InvMod((long)c,r);
210    r->npInvTable[(long)c]=inv;
211  }
212  number d = (number)inv;
213#endif
214  assume( n_Test(d, r) );
215  return d;
216
217}
218
219number npDiv (number a,number b, const coeffs r)
220{
221  assume( n_Test(a, r) );
222  assume( n_Test(b, r) );
223
224//#ifdef NV_OPS
225//  if (r->ch>NV_MAX_PRIME)
226//    return nvDiv(a,b);
227//#endif
228  if ((long)a==0)
229    return (number)0;
230  number d;
231
232#ifndef HAVE_DIV_MOD
233  if ((long)b==0)
234  {
235    WerrorS(nDivBy0);
236    return (number)0;
237  }
238
239  int s = r->npLogTable[(long)a] - r->npLogTable[(long)b];
240  if (s < 0)
241    s += r->npPminus1M;
242  d = (number)(long)r->npExpTable[s];
243#else
244  number inv=npInversM(b,r);
245  d = npMultM(a,inv,r);
246#endif
247
248  assume( n_Test(d, r) );
249  return d;
250
251}
252number  npInvers (number c, const coeffs r)
253{
254  assume( n_Test(c, r) );
255
256  if ((long)c==0)
257  {
258    WerrorS("1/0");
259    return (number)0;
260  }
261  number d = npInversM(c,r);
262
263  assume( n_Test(d, r) );
264  return d;
265
266}
267
268number npNeg (number c, const coeffs r)
269{
270  assume( n_Test(c, r) );
271
272  if ((long)c==0) return c;
273
274#if 0
275  number d = npNegM(c,r);
276  assume( n_Test(d, r) );
277  return d;
278#else
279  c = npNegM(c,r);
280  assume( n_Test(c, r) );
281  return c;
282#endif
283}
284
285BOOLEAN npGreater (number a,number b, const coeffs r)
286{
287  assume( n_Test(a, r) );
288  assume( n_Test(b, r) );
289
290  //return (long)a != (long)b;
291  return (long)a > (long)b;
292}
293
294BOOLEAN npEqual (number a,number b, const coeffs r)
295{
296  assume( n_Test(a, r) );
297  assume( n_Test(b, r) );
298
299//  return (long)a == (long)b;
300
301  return npEqualM(a,b,r);
302}
303
304void npWrite (number &a, const coeffs r)
305{
306  assume( n_Test(a, r) );
307
308  if ((long)a>(((long)r->ch) >>1)) StringAppend("-%d",(int)(((long)r->ch)-((long)a)));
309  else                             StringAppend("%d",(int)((long)a));
310}
311
312void npPower (number a, int i, number * result, const coeffs r)
313{
314  assume( n_Test(a, r) );
315
316  if (i==0)
317  {
318    //npInit(1,result);
319    *(long *)result = 1;
320  }
321  else if (i==1)
322  {
323    *result = a;
324  }
325  else
326  {
327    npPower(a,i-1,result,r);
328    *result = npMultM(a,*result,r);
329  }
330}
331
332static const char* npEati(const char *s, int *i, const coeffs r)
333{
334
335  if (((*s) >= '0') && ((*s) <= '9'))
336  {
337    unsigned long ii=0L;
338    do
339    {
340      ii *= 10;
341      ii += *s++ - '0';
342      if (ii >= (MAX_INT_VAL / 10)) ii = ii % r->ch;
343    }
344    while (((*s) >= '0') && ((*s) <= '9'));
345    if (ii >= r->ch) ii = ii % r->ch;
346    *i=(int)ii;
347  }
348  else (*i) = 1;
349  return s;
350}
351
352const char * npRead (const char *s, number *a, const coeffs r)
353{
354  int z;
355  int n=1;
356
357  s = npEati(s, &z, r);
358  if ((*s) == '/')
359  {
360    s++;
361    s = npEati(s, &n, r);
362  }
363  if (n == 1)
364    *a = (number)(long)z;
365  else
366  {
367    if ((z==0)&&(n==0)) WerrorS(nDivBy0);
368    else
369    {
370#ifdef NV_OPS
371      if (r->ch>NV_MAX_PRIME)
372        *a = nvDiv((number)(long)z,(number)(long)n,r);
373      else
374#endif
375        *a = npDiv((number)(long)z,(number)(long)n,r);
376    }
377  }
378  assume( n_Test(*a, r) );
379  return s;
380}
381
382/*2
383* set the charcteristic (allocate and init tables)
384*/
385
386void npKillChar(coeffs r)
387{
388  #ifdef HAVE_DIV_MOD
389  if (r->npInvTable!=NULL)
390  omFreeSize( (void *)r->npInvTable, r->ch*sizeof(unsigned short) );
391  r->npInvTable=NULL;
392  #else
393  if (r->npExpTable!=NULL)
394  {
395    omFreeSize( (void *)r->npExpTable, r->ch*sizeof(unsigned short) );
396    omFreeSize( (void *)r->npLogTable, r->ch*sizeof(unsigned short) );
397    r->npExpTable=NULL; r->npLogTable=NULL;
398  }
399  #endif
400}
401
402static BOOLEAN npCoeffsEqual(const coeffs r, n_coeffType n, void * parameter)
403{
404  /* test, if r is an instance of nInitCoeffs(n,parameter) */
405  return (n==n_Zp) && (r->ch==(int)(long)parameter);
406}
407CanonicalForm npConvSingNFactoryN( number n, BOOLEAN setChar, const coeffs r )
408{
409  if (setChar) setCharacteristic( r->ch );
410  CanonicalForm term(npInt( n,r ));
411  return term;
412}
413
414number npConvFactoryNSingN( const CanonicalForm n, const coeffs r)
415{
416  if (n.isImm())
417  {
418    return npInit(n.intval(),r);
419  }
420  else
421  {
422    assume(0);
423    return NULL;
424  }
425}
426
427static char* npCoeffString(const coeffs r)
428{
429  char *s=(char*)omAlloc(11);
430  snprintf(s,11,"%d",r->ch);
431  return s;
432}
433
434BOOLEAN npInitChar(coeffs r, void* p)
435{
436  assume( getCoeffType(r) == ID );
437  const int c = (int) (long) p;
438
439  assume( c > 0 );
440
441  int i, w;
442
443  r->ch = c;
444  r->npPminus1M = c /*r->ch*/ - 1;
445
446  //r->cfInitChar=npInitChar;
447  r->cfKillChar=npKillChar;
448  r->nCoeffIsEqual=npCoeffsEqual;
449  r->cfCoeffString=npCoeffString;
450
451  r->cfMult  = npMult;
452  r->cfSub   = npSub;
453  r->cfAdd   = npAdd;
454  r->cfDiv   = npDiv;
455  r->cfIntDiv= npDiv;
456  //r->cfIntMod= ndIntMod;
457  r->cfExactDiv= npDiv;
458  r->cfInit = npInit;
459  //r->cfSize  = ndSize;
460  r->cfInt  = npInt;
461  #ifdef HAVE_RINGS
462  //r->cfDivComp = NULL; // only for ring stuff
463  //r->cfIsUnit = NULL; // only for ring stuff
464  //r->cfGetUnit = NULL; // only for ring stuff
465  //r->cfExtGcd = NULL; // only for ring stuff
466  // r->cfDivBy = NULL; // only for ring stuff
467  #endif
468  r->cfNeg   = npNeg;
469  r->cfInvers= npInvers;
470  //r->cfCopy  = ndCopy;
471  //r->cfRePart = ndCopy;
472  //r->cfImPart = ndReturn0;
473  r->cfWriteLong = npWrite;
474  r->cfRead = npRead;
475  //r->cfNormalize=ndNormalize;
476  r->cfGreater = npGreater;
477  r->cfEqual = npEqual;
478  r->cfIsZero = npIsZero;
479  r->cfIsOne = npIsOne;
480  r->cfIsMOne = npIsMOne;
481  r->cfGreaterZero = npGreaterZero;
482  r->cfPower = npPower;
483  r->cfGetDenom = ndGetDenom;
484  r->cfGetNumerator = ndGetNumerator;
485  //r->cfGcd  = ndGcd;
486  //r->cfLcm  = ndGcd;
487  //r->cfDelete= ndDelete;
488  r->cfSetMap = npSetMap;
489  //r->cfName = ndName;
490  r->cfInpMult=ndInpMult;
491  r->cfInit_bigint= nlModP; // npMap0;
492#ifdef NV_OPS
493  if (c>NV_MAX_PRIME)
494  {
495    r->cfMult  = nvMult;
496    r->cfDiv   = nvDiv;
497    r->cfExactDiv= nvDiv;
498    r->cfInvers= nvInvers;
499    r->cfPower= nvPower;
500  }
501#endif
502  r->cfCoeffWrite=npCoeffWrite;
503#ifdef LDEBUG
504  // debug stuff
505  r->cfDBTest=npDBTest;
506#endif
507
508  r->convSingNFactoryN=npConvSingNFactoryN;
509  r->convFactoryNSingN=npConvFactoryNSingN;
510
511  // the variables:
512  r->nNULL = (number)0;
513  r->type = n_Zp;
514  r->ch = c;
515  r->has_simple_Alloc=TRUE;
516  r->has_simple_Inverse=TRUE;
517
518  // the tables
519#ifdef NV_OPS
520  if (r->ch <=NV_MAX_PRIME)
521#endif
522  {
523#if !defined(HAVE_DIV_MOD) || !defined(HAVE_MULT_MOD)
524    r->npExpTable=(unsigned short *)omAlloc( r->ch*sizeof(unsigned short) );
525    r->npLogTable=(unsigned short *)omAlloc( r->ch*sizeof(unsigned short) );
526    r->npExpTable[0] = 1;
527    r->npLogTable[0] = 0;
528    if (r->ch > 2)
529    {
530      w = 1;
531      loop
532      {
533        r->npLogTable[1] = 0;
534        w++;
535        i = 0;
536        loop
537        {
538          i++;
539          r->npExpTable[i] =(int)(((long)w * (long)r->npExpTable[i-1])
540                               % r->ch);
541          r->npLogTable[r->npExpTable[i]] = i;
542          if /*(i == r->ch - 1 ) ||*/ (/*(*/ r->npExpTable[i] == 1 /*)*/)
543            break;
544        }
545        if (i == r->ch - 1)
546          break;
547      }
548    }
549    else
550    {
551      r->npExpTable[1] = 1;
552      r->npLogTable[1] = 0;
553    }
554#endif
555#ifdef HAVE_DIV_MOD
556    r->npInvTable=(unsigned short*)omAlloc0( r->ch*sizeof(unsigned short) );
557#endif
558  }
559  return FALSE;
560}
561
562#ifdef LDEBUG
563BOOLEAN npDBTest (number a, const char *f, const int l, const coeffs r)
564{
565  if (((long)a<0) || ((long)a>r->ch))
566  {
567    Print("wrong mod p number %ld at %s,%d\n",(long)a,f,l);
568    return FALSE;
569  }
570  return TRUE;
571}
572#endif
573
574number npMapP(number from, const coeffs src, const coeffs dst_r)
575{
576  long i = (long)from;
577  if (i>src->ch/2)
578  {
579    i-=src->ch;
580    while (i < 0) i+=dst_r->ch;
581  }
582  i%=dst_r->ch;
583  return (number)i;
584}
585
586static number npMapLongR(number from, const coeffs /*src*/, const coeffs dst_r)
587{
588  gmp_float *ff=(gmp_float*)from;
589  mpf_t *f=ff->_mpfp();
590  number res;
591  mpz_ptr dest,ndest;
592  int size,i;
593  int e,al,bl;
594  long iz;
595  mp_ptr qp,dd,nn;
596
597  size = (*f)[0]._mp_size;
598  if (size == 0)
599    return npInit(0,dst_r);
600  if(size<0)
601    size = -size;
602
603  qp = (*f)[0]._mp_d;
604  while(qp[0]==0)
605  {
606    qp++;
607    size--;
608  }
609
610  if(dst_r->ch>2)
611    e=(*f)[0]._mp_exp-size;
612  else
613    e=0;
614  res = ALLOC_RNUMBER();
615#if defined(LDEBUG)
616  res->debug=123456;
617#endif
618  dest = res->z;
619
620  long in=0;
621  if (e<0)
622  {
623    al = dest->_mp_size = size;
624    if (al<2) al = 2;
625    dd = (mp_ptr)omAlloc(sizeof(mp_limb_t)*al);
626    for (i=0;i<size;i++) dd[i] = qp[i];
627    bl = 1-e;
628    nn = (mp_ptr)omAlloc(sizeof(mp_limb_t)*bl);
629    nn[bl-1] = 1;
630    for (i=bl-2;i>=0;i--) nn[i] = 0;
631    ndest = res->n;
632    ndest->_mp_d = nn;
633    ndest->_mp_alloc = ndest->_mp_size = bl;
634    res->s = 0;
635    in=mpz_fdiv_ui(ndest,dst_r->ch);
636    mpz_clear(ndest);
637  }
638  else
639  {
640    al = dest->_mp_size = size+e;
641    if (al<2) al = 2;
642    dd = (mp_ptr)omAlloc(sizeof(mp_limb_t)*al);
643    for (i=0;i<size;i++) dd[i+e] = qp[i];
644    for (i=0;i<e;i++) dd[i] = 0;
645    res->s = 3;
646  }
647
648  dest->_mp_d = dd;
649  dest->_mp_alloc = al;
650  iz=mpz_fdiv_ui(dest,dst_r->ch);
651  mpz_clear(dest);
652  if(res->s==0)
653    iz=(long)npDiv((number)iz,(number)in,dst_r);
654  FREE_RNUMBER(res); // Q!?
655  return (number)iz;
656}
657
658#ifdef HAVE_RINGS
659/*2
660* convert from a GMP integer
661*/
662number npMapGMP(number from, const coeffs /*src*/, const coeffs dst)
663{
664  int_number erg = (int_number) omAlloc(sizeof(mpz_t)); // evtl. spaeter mit bin
665  mpz_init(erg);
666
667  mpz_mod_ui(erg, (int_number) from, dst->ch);
668  number r = (number) mpz_get_si(erg);
669
670  mpz_clear(erg);
671  omFree((void *) erg);
672  return (number) r;
673}
674
675/*2
676* convert from an machine long
677*/
678number npMapMachineInt(number from, const coeffs /*src*/,const coeffs dst)
679{
680  long i = (long) (((unsigned long) from) % dst->ch);
681  return (number) i;
682}
683#endif
684
685number npMapCanonicalForm (number a, const coeffs /*src*/, const coeffs dst)
686{
687  setCharacteristic (dst ->ch);
688  CanonicalForm f= CanonicalForm ((InternalCF*)(a));
689  return (number) (f.intval());
690}
691
692nMapFunc npSetMap(const coeffs src, const coeffs dst)
693{
694#ifdef HAVE_RINGS
695  if (nCoeff_is_Ring_2toM(src))
696  {
697    return npMapMachineInt;
698  }
699  if (nCoeff_is_Ring_Z(src) || nCoeff_is_Ring_PtoM(src) || nCoeff_is_Ring_ModN(src))
700  {
701    return npMapGMP;
702  }
703#endif
704  if (nCoeff_is_Q(src))
705  {
706    return nlModP; // npMap0;
707  }
708  if ( nCoeff_is_Zp(src) )
709  {
710    if (n_GetChar(src) == n_GetChar(dst))
711    {
712      return ndCopyMap;
713    }
714    else
715    {
716      return npMapP;
717    }
718  }
719  if (nCoeff_is_long_R(src))
720  {
721    return npMapLongR;
722  }
723  if (nCoeff_is_CF (src))
724  {
725    return npMapCanonicalForm;
726  }
727  return NULL;      /* default */
728}
729
730// -----------------------------------------------------------
731//  operation for very large primes (32003< p < 2^31-1)
732// ----------------------------------------------------------
733#ifdef NV_OPS
734
735number nvMult (number a,number b, const coeffs r)
736{
737  //if (((long)a == 0) || ((long)b == 0))
738  //  return (number)0;
739  //else
740    return nvMultM(a,b,r);
741}
742
743void   nvInpMult(number &a, number b, const coeffs r)
744{
745  number n=nvMultM(a,b,r);
746  a=n;
747}
748
749
750inline long nvInvMod(long a, const coeffs R)
751{
752#ifdef HAVE_DIV_MOD
753  return InvMod(a, R);
754#else
755/// TODO: use "long InvMod(long a, const coeffs R)"?!
756
757   long  s;
758
759   long  u, u0, u1, u2, q, r; // v0, v1, v2,
760
761   u1=1; // v1=0;
762   u2=0; // v2=1;
763   u = a;
764
765   long v = R->ch;
766
767   while (v != 0)
768   {
769      q = u / v;
770      r = u % v;
771      u = v;
772      v = r;
773      u0 = u2;
774//      v0 = v2;
775      u2 = u1 - q*u2;
776//      v2 = v1 - q*v2;
777      u1 = u0;
778//      v1 = v0;
779   }
780
781   s = u1;
782   //t = v1;
783   if (s < 0)
784      return s + R->ch;
785   else
786     return s;
787#endif
788}
789
790inline number nvInversM (number c, const coeffs r)
791{
792  long inv=nvInvMod((long)c,r);
793  return (number)inv;
794}
795
796number nvDiv (number a,number b, const coeffs r)
797{
798  if ((long)a==0)
799    return (number)0;
800  else if ((long)b==0)
801  {
802    WerrorS(nDivBy0);
803    return (number)0;
804  }
805  else
806  {
807    number inv=nvInversM(b,r);
808    return nvMultM(a,inv,r);
809  }
810}
811number  nvInvers (number c, const coeffs r)
812{
813  if ((long)c==0)
814  {
815    WerrorS(nDivBy0);
816    return (number)0;
817  }
818  return nvInversM(c,r);
819}
820void nvPower (number a, int i, number * result, const coeffs r)
821{
822  if (i==0)
823  {
824    //npInit(1,result);
825    *(long *)result = 1;
826  }
827  else if (i==1)
828  {
829    *result = a;
830  }
831  else
832  {
833    nvPower(a,i-1,result,r);
834    *result = nvMultM(a,*result,r);
835  }
836}
837#endif
838
839void    npCoeffWrite  (const coeffs r, BOOLEAN /*details*/)
840{
841  Print("//   characteristic : %d\n",r->ch);
842}
843
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.