source: git/libpolys/coeffs/rmodulon.cc @ 353a42

spielwiese
Last change on this file since 353a42 was 353a42, checked in by Hans Schoenemann <hannes@…>, 5 years ago
chg: nCoeff_si_Ring_Z/rField_is_Ring_Z -> nCoeff_is_Z/rField_is_Z
  • Property mode set to 100644
File size: 27.4 KB
Line 
1/****************************************
2*  Computer Algebra System SINGULAR     *
3****************************************/
4/*
5* ABSTRACT: numbers modulo n
6*/
7#include "misc/auxiliary.h"
8#include "omalloc/omalloc.h"
9
10#include "misc/mylimits.h"
11#include "misc/prime.h" // IsPrime
12#include "reporter/reporter.h"
13
14#include "coeffs/si_gmp.h"
15#include "coeffs/coeffs.h"
16#include "coeffs/modulop.h"
17#include "coeffs/rintegers.h"
18#include "coeffs/numbers.h"
19
20#include "coeffs/mpr_complex.h"
21
22#include "coeffs/longrat.h"
23#include "coeffs/rmodulon.h"
24
25#include <string.h>
26
27#ifdef HAVE_RINGS
28
29void nrnWrite (number a, const coeffs);
30#ifdef LDEBUG
31BOOLEAN nrnDBTest      (number a, const char *f, const int l, const coeffs r);
32#endif
33
34extern omBin gmp_nrz_bin;
35
36static void nrnCoeffWrite  (const coeffs r, BOOLEAN /*details*/)
37{
38  size_t l = (size_t)mpz_sizeinbase(r->modBase, 10) + 2;
39  char* s = (char*) omAlloc(l);
40  s= mpz_get_str (s, 10, r->modBase);
41
42  #ifdef TEST_ZN_AS_ZP
43  if (l<10)
44  {
45    if (nCoeff_is_Ring_ModN(r)) Print("ZZ/%s", s);
46    else if (nCoeff_is_Ring_PtoM(r)) Print("ZZ/(%s^%lu)", s, r->modExponent);
47  }
48  else
49  #endif
50  {
51    if (nCoeff_is_Ring_ModN(r)) Print("ZZ/bigint(%s)", s);
52    else if (nCoeff_is_Ring_PtoM(r)) Print("ZZ/(bigint(%s)^%lu)", s, r->modExponent);
53  }
54
55  omFreeSize((ADDRESS)s, l);
56}
57
58coeffs nrnInitCfByName(char *s,n_coeffType n)
59{
60  const char start[]="ZZ/bigint(";
61  const int start_len=strlen(start);
62  if (strncmp(s,start,start_len)==0)
63  {
64    s+=start_len;
65    mpz_t z;
66    mpz_init(z);
67    s=nEatLong(s,z);
68    ZnmInfo info;
69    info.base=z;
70    info.exp= 1;
71    while ((*s!='\0') && (*s!=')')) s++;
72    // expect ")" or ")^exp"
73    if (*s=='\0') { mpz_clear(z); return NULL; }
74    if (((*s)==')') && (*(s+1)=='^'))
75    {
76      s=s+2;
77      s=nEati(s,&(info.exp),0);
78      return nInitChar(n_Znm,(void*) &info);
79    }
80    else
81      return nInitChar(n_Zn,(void*) &info);
82  }
83  else return NULL;
84}
85
86static char* nrnCoeffName_buff=NULL;
87static char* nrnCoeffName(const coeffs r)
88{
89  if(nrnCoeffName_buff!=NULL) omFree(nrnCoeffName_buff);
90  size_t l = (size_t)mpz_sizeinbase(r->modBase, 10) + 2;
91  char* s = (char*) omAlloc(l);
92  l+=22;
93  nrnCoeffName_buff=(char*)omAlloc(l);
94  s= mpz_get_str (s, 10, r->modBase);
95  int ll;
96  if (nCoeff_is_Ring_ModN(r))
97    ll=snprintf(nrnCoeffName_buff,l,"ZZ/bigint(%s)",s);
98  else if (nCoeff_is_Ring_PtoM(r))
99    ll=snprintf(nrnCoeffName_buff,l,"ZZ/bigint(%s)^%lu",s,r->modExponent);
100  assume(ll<(int)l); // otherwise nrnCoeffName_buff too small
101  omFreeSize((ADDRESS)s, l-22);
102  return nrnCoeffName_buff;
103}
104
105static BOOLEAN nrnCoeffIsEqual(const coeffs r, n_coeffType n, void * parameter)
106{
107  /* test, if r is an instance of nInitCoeffs(n,parameter) */
108  ZnmInfo *info=(ZnmInfo*)parameter;
109  return (n==r->type) && (r->modExponent==info->exp)
110  && (mpz_cmp(r->modBase,info->base)==0);
111}
112
113static char* nrnCoeffString(const coeffs r)
114{
115  size_t l = (size_t)mpz_sizeinbase(r->modBase, 10) +2;
116  char* b = (char*) omAlloc(l);
117  b= mpz_get_str (b, 10, r->modBase);
118  char* s = (char*) omAlloc(15+l);
119  if (nCoeff_is_Ring_ModN(r)) sprintf(s,"ZZ/%s",b);
120  else /*if (nCoeff_is_Ring_PtoM(r))*/ sprintf(s,"ZZ/(bigint(%s)^%lu)",b,r->modExponent);
121  omFreeSize(b,l);
122  return s;
123}
124
125static void nrnKillChar(coeffs r)
126{
127  mpz_clear(r->modNumber);
128  mpz_clear(r->modBase);
129  omFreeBin((void *) r->modBase, gmp_nrz_bin);
130  omFreeBin((void *) r->modNumber, gmp_nrz_bin);
131}
132
133static coeffs nrnQuot1(number c, const coeffs r)
134{
135    coeffs rr;
136    long ch = r->cfInt(c, r);
137    mpz_t a,b;
138    mpz_init_set(a, r->modNumber);
139    mpz_init_set_ui(b, ch);
140    mpz_t gcd;
141    mpz_init(gcd);
142    mpz_gcd(gcd, a,b);
143    if(mpz_cmp_ui(gcd, 1) == 0)
144    {
145      WerrorS("constant in q-ideal is coprime to modulus in ground ring");
146      WerrorS("Unable to create qring!");
147      return NULL;
148    }
149    if(r->modExponent == 1)
150    {
151      ZnmInfo info;
152      info.base = gcd;
153      info.exp = (unsigned long) 1;
154      rr = nInitChar(n_Zn, (void*)&info);
155    }
156    else
157    {
158      ZnmInfo info;
159      info.base = r->modBase;
160      int kNew = 1;
161      mpz_t baseTokNew;
162      mpz_init(baseTokNew);
163      mpz_set(baseTokNew, r->modBase);
164      while(mpz_cmp(gcd, baseTokNew) > 0)
165      {
166        kNew++;
167        mpz_mul(baseTokNew, baseTokNew, r->modBase);
168      }
169      //printf("\nkNew = %i\n",kNew);
170      info.exp = kNew;
171      mpz_clear(baseTokNew);
172      rr = nInitChar(n_Znm, (void*)&info);
173    }
174    mpz_clear(gcd);
175    return(rr);
176}
177
178static number nrnCopy(number a, const coeffs)
179{
180  mpz_ptr erg = (mpz_ptr) omAllocBin(gmp_nrz_bin);
181  mpz_init_set(erg, (mpz_ptr) a);
182  return (number) erg;
183}
184
185/*
186 * create a number from int
187 */
188static number nrnInit(long i, const coeffs r)
189{
190  mpz_ptr erg = (mpz_ptr) omAllocBin(gmp_nrz_bin);
191  mpz_init_set_si(erg, i);
192  mpz_mod(erg, erg, r->modNumber);
193  return (number) erg;
194}
195
196/*
197 * convert a number to int
198 */
199static long nrnInt(number &n, const coeffs)
200{
201  return mpz_get_si((mpz_ptr) n);
202}
203
204#if SI_INTEGER_VARIANT==2
205#define nrnDelete nrzDelete
206#define nrnSize   nrzSize
207#else
208static void nrnDelete(number *a, const coeffs)
209{
210  if (*a != NULL)
211  {
212    mpz_clear((mpz_ptr) *a);
213    omFreeBin((void *) *a, gmp_nrz_bin);
214    *a = NULL;
215  }
216}
217static int nrnSize(number a, const coeffs)
218{
219  mpz_ptr p=(mpz_ptr)a;
220  int s=p->_mp_alloc;
221  if (s==1) s=(mpz_cmp_ui(p,0)!=0);
222  return s;
223}
224#endif
225/*
226 * Multiply two numbers
227 */
228static number nrnMult(number a, number b, const coeffs r)
229{
230  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
231  mpz_init(erg);
232  mpz_mul(erg, (mpz_ptr)a, (mpz_ptr) b);
233  mpz_mod(erg, erg, r->modNumber);
234  return (number) erg;
235}
236
237static void nrnPower(number a, int i, number * result, const coeffs r)
238{
239  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
240  mpz_init(erg);
241  mpz_powm_ui(erg, (mpz_ptr)a, i, r->modNumber);
242  *result = (number) erg;
243}
244
245static number nrnAdd(number a, number b, const coeffs r)
246{
247  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
248  mpz_init(erg);
249  mpz_add(erg, (mpz_ptr)a, (mpz_ptr) b);
250  mpz_mod(erg, erg, r->modNumber);
251  return (number) erg;
252}
253
254static number nrnSub(number a, number b, const coeffs r)
255{
256  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
257  mpz_init(erg);
258  mpz_sub(erg, (mpz_ptr)a, (mpz_ptr) b);
259  mpz_mod(erg, erg, r->modNumber);
260  return (number) erg;
261}
262
263static BOOLEAN nrnIsZero(number a, const coeffs)
264{
265  return 0 == mpz_cmpabs_ui((mpz_ptr)a, 0);
266}
267
268static number nrnNeg(number c, const coeffs r)
269{
270  if( !nrnIsZero(c, r) )
271    // Attention: This method operates in-place.
272    mpz_sub((mpz_ptr)c, r->modNumber, (mpz_ptr)c);
273  return c;
274}
275
276static number nrnInvers(number c, const coeffs r)
277{
278  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
279  mpz_init(erg);
280  mpz_invert(erg, (mpz_ptr)c, r->modNumber);
281  return (number) erg;
282}
283
284/*
285 * Give the largest k, such that a = x * k, b = y * k has
286 * a solution.
287 * a may be NULL, b not
288 */
289static number nrnGcd(number a, number b, const coeffs r)
290{
291  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
292  mpz_init_set(erg, r->modNumber);
293  if (a != NULL) mpz_gcd(erg, erg, (mpz_ptr)a);
294  mpz_gcd(erg, erg, (mpz_ptr)b);
295  if(mpz_cmp(erg,r->modNumber)==0)
296  {
297    mpz_clear(erg);
298    omFreeBin((ADDRESS)erg,gmp_nrz_bin);
299    return nrnInit(0,r);
300  }
301  return (number)erg;
302}
303
304/*
305 * Give the smallest k, such that a * x = k = b * y has a solution
306 * TODO: lcm(gcd,gcd) better than gcd(lcm) ?
307 */
308static number nrnLcm(number a, number b, const coeffs r)
309{
310  number erg = nrnGcd(NULL, a, r);
311  number tmp = nrnGcd(NULL, b, r);
312  mpz_lcm((mpz_ptr)erg, (mpz_ptr)erg, (mpz_ptr)tmp);
313  nrnDelete(&tmp, r);
314  return (number)erg;
315}
316
317/* Not needed any more, but may have room for improvement
318   number nrnGcd3(number a,number b, number c,ring r)
319{
320  mpz_ptr erg = (mpz_ptr) omAllocBin(gmp_nrz_bin);
321  mpz_init(erg);
322  if (a == NULL) a = (number)r->modNumber;
323  if (b == NULL) b = (number)r->modNumber;
324  if (c == NULL) c = (number)r->modNumber;
325  mpz_gcd(erg, (mpz_ptr)a, (mpz_ptr)b);
326  mpz_gcd(erg, erg, (mpz_ptr)c);
327  mpz_gcd(erg, erg, r->modNumber);
328  return (number)erg;
329}
330*/
331
332/*
333 * Give the largest k, such that a = x * k, b = y * k has
334 * a solution and r, s, s.t. k = s*a + t*b
335 * CF: careful: ExtGcd is wrong as implemented (or at least may not
336 * give you what you want:
337 * ExtGcd(5, 10 modulo 12):
338 * the gcdext will return 5 = 1*5 + 0*10
339 * however, mod 12, the gcd should be 1
340 */
341static number nrnExtGcd(number a, number b, number *s, number *t, const coeffs r)
342{
343  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
344  mpz_ptr bs  = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
345  mpz_ptr bt  = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
346  mpz_init(erg);
347  mpz_init(bs);
348  mpz_init(bt);
349  mpz_gcdext(erg, bs, bt, (mpz_ptr)a, (mpz_ptr)b);
350  mpz_mod(bs, bs, r->modNumber);
351  mpz_mod(bt, bt, r->modNumber);
352  *s = (number)bs;
353  *t = (number)bt;
354  return (number)erg;
355}
356
357static BOOLEAN nrnIsOne(number a, const coeffs)
358{
359  return 0 == mpz_cmp_si((mpz_ptr)a, 1);
360}
361
362static BOOLEAN nrnEqual(number a, number b, const coeffs)
363{
364  return 0 == mpz_cmp((mpz_ptr)a, (mpz_ptr)b);
365}
366
367static number nrnGetUnit(number k, const coeffs r)
368{
369  if (mpz_divisible_p(r->modNumber, (mpz_ptr)k)) return nrnInit(1,r);
370
371  mpz_ptr unit = (mpz_ptr)nrnGcd(NULL, k, r);
372  mpz_tdiv_q(unit, (mpz_ptr)k, unit);
373  mpz_ptr gcd = (mpz_ptr)nrnGcd(NULL, (number)unit, r);
374  if (!nrnIsOne((number)gcd,r))
375  {
376    mpz_ptr ctmp;
377    // tmp := unit^2
378    mpz_ptr tmp = (mpz_ptr) nrnMult((number) unit,(number) unit,r);
379    // gcd_new := gcd(tmp, 0)
380    mpz_ptr gcd_new = (mpz_ptr) nrnGcd(NULL, (number) tmp, r);
381    while (!nrnEqual((number) gcd_new,(number) gcd,r))
382    {
383      // gcd := gcd_new
384      ctmp = gcd;
385      gcd = gcd_new;
386      gcd_new = ctmp;
387      // tmp := tmp * unit
388      mpz_mul(tmp, tmp, unit);
389      mpz_mod(tmp, tmp, r->modNumber);
390      // gcd_new := gcd(tmp, 0)
391      mpz_gcd(gcd_new, tmp, r->modNumber);
392    }
393    // unit := unit + modNumber / gcd_new
394    mpz_tdiv_q(tmp, r->modNumber, gcd_new);
395    mpz_add(unit, unit, tmp);
396    mpz_mod(unit, unit, r->modNumber);
397    nrnDelete((number*) &gcd_new, r);
398    nrnDelete((number*) &tmp, r);
399  }
400  nrnDelete((number*) &gcd, r);
401  return (number)unit;
402}
403
404/* XExtGcd  returns a unimodular matrix ((s,t)(u,v)) sth.
405 * (a,b)^t ((st)(uv)) = (g,0)^t
406 * Beware, the ExtGcd will not necessaairly do this.
407 * Problem: if g = as+bt then (in Z/nZ) it follows NOT that
408 *             1 = (a/g)s + (b/g) t
409 * due to the zero divisors.
410 */
411
412//#define CF_DEB;
413static number nrnXExtGcd(number a, number b, number *s, number *t, number *u, number *v, const coeffs r)
414{
415  number xx;
416#ifdef CF_DEB
417  StringSetS("XExtGcd of ");
418  nrnWrite(a, r);
419  StringAppendS("\t");
420  nrnWrite(b, r);
421  StringAppendS(" modulo ");
422  nrnWrite(xx = (number)r->modNumber, r);
423  Print("%s\n", StringEndS());
424#endif
425
426  mpz_ptr one = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
427  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
428  mpz_ptr bs  = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
429  mpz_ptr bt  = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
430  mpz_ptr bu  = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
431  mpz_ptr bv  = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
432  mpz_init(erg);
433  mpz_init(one);
434  mpz_init_set(bs, (mpz_ptr) a);
435  mpz_init_set(bt, (mpz_ptr) b);
436  mpz_init(bu);
437  mpz_init(bv);
438  mpz_gcd(erg, bs, bt);
439
440#ifdef CF_DEB
441  StringSetS("1st gcd:");
442  nrnWrite(xx= (number)erg, r);
443#endif
444
445  mpz_gcd(erg, erg, r->modNumber);
446
447  mpz_div(bs, bs, erg);
448  mpz_div(bt, bt, erg);
449
450#ifdef CF_DEB
451  Print("%s\n", StringEndS());
452  StringSetS("xgcd: ");
453#endif
454
455  mpz_gcdext(one, bu, bv, bs, bt);
456  number ui = nrnGetUnit(xx = (number) one, r);
457#ifdef CF_DEB
458  n_Write(xx, r);
459  StringAppendS("\t");
460  n_Write(ui, r);
461  Print("%s\n", StringEndS());
462#endif
463  nrnDelete(&xx, r);
464  if (!nrnIsOne(ui, r))
465  {
466#ifdef CF_DEB
467    PrintS("Scaling\n");
468#endif
469    number uii = nrnInvers(ui, r);
470    nrnDelete(&ui, r);
471    ui = uii;
472    mpz_ptr uu = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
473    mpz_init_set(uu, (mpz_ptr)ui);
474    mpz_mul(bu, bu, uu);
475    mpz_mul(bv, bv, uu);
476    mpz_clear(uu);
477    omFreeBin(uu, gmp_nrz_bin);
478  }
479  nrnDelete(&ui, r);
480#ifdef CF_DEB
481  StringSetS("xgcd");
482  nrnWrite(xx= (number)bs, r);
483  StringAppendS("*");
484  nrnWrite(xx= (number)bu, r);
485  StringAppendS(" + ");
486  nrnWrite(xx= (number)bt, r);
487  StringAppendS("*");
488  nrnWrite(xx= (number)bv, r);
489  Print("%s\n", StringEndS());
490#endif
491
492  mpz_mod(bs, bs, r->modNumber);
493  mpz_mod(bt, bt, r->modNumber);
494  mpz_mod(bu, bu, r->modNumber);
495  mpz_mod(bv, bv, r->modNumber);
496  *s = (number)bu;
497  *t = (number)bv;
498  *u = (number)bt;
499  *u = nrnNeg(*u, r);
500  *v = (number)bs;
501  return (number)erg;
502}
503
504static BOOLEAN nrnIsMOne(number a, const coeffs r)
505{
506  if((r->ch==2) && (nrnIsOne(a,r))) return FALSE;
507  mpz_t t; mpz_init_set(t, (mpz_ptr)a);
508  mpz_add_ui(t, t, 1);
509  bool erg = (0 == mpz_cmp(t, r->modNumber));
510  mpz_clear(t);
511  return erg;
512}
513
514static BOOLEAN nrnGreater(number a, number b, const coeffs)
515{
516  return 0 < mpz_cmp((mpz_ptr)a, (mpz_ptr)b);
517}
518
519static BOOLEAN nrnGreaterZero(number k, const coeffs cf)
520{
521  if (cf->is_field)
522  {
523    if (mpz_cmp_ui(cf->modBase,2)==0)
524    {
525      return TRUE;
526    }
527    mpz_t ch2; mpz_init_set(ch2, cf->modBase);
528    mpz_sub_ui(ch2,ch2,1);
529    mpz_divexact_ui(ch2,ch2,2);
530    if (mpz_cmp(ch2,(mpz_ptr)k)<0)
531      return FALSE;
532    mpz_clear(ch2);
533  }
534  return 0 < mpz_sgn1((mpz_ptr)k);
535}
536
537static BOOLEAN nrnIsUnit(number a, const coeffs r)
538{
539  number tmp = nrnGcd(a, (number)r->modNumber, r);
540  bool res = nrnIsOne(tmp, r);
541  nrnDelete(&tmp, r);
542  return res;
543}
544
545static number nrnAnn(number k, const coeffs r)
546{
547  mpz_ptr tmp = (mpz_ptr) omAllocBin(gmp_nrz_bin);
548  mpz_init(tmp);
549  mpz_gcd(tmp, (mpz_ptr) k, r->modNumber);
550  if (mpz_cmp_si(tmp, 1)==0)
551  {
552    mpz_set_ui(tmp, 0);
553    return (number) tmp;
554  }
555  mpz_divexact(tmp, r->modNumber, tmp);
556  return (number) tmp;
557}
558
559static BOOLEAN nrnDivBy(number a, number b, const coeffs r)
560{
561  /* b divides a iff b/gcd(a, b) is a unit in the given ring: */
562  number n = nrnGcd(a, b, r);
563  mpz_tdiv_q((mpz_ptr)n, (mpz_ptr)b, (mpz_ptr)n);
564  bool result = nrnIsUnit(n, r);
565  nrnDelete(&n, NULL);
566  return result;
567}
568
569static int nrnDivComp(number a, number b, const coeffs r)
570{
571  if (nrnEqual(a, b,r)) return 2;
572  if (mpz_divisible_p((mpz_ptr) a, (mpz_ptr) b)) return -1;
573  if (mpz_divisible_p((mpz_ptr) b, (mpz_ptr) a)) return 1;
574  return 0;
575}
576
577static number nrnDiv(number a, number b, const coeffs r)
578{
579  if (r->is_field)
580  {
581    number inv=nrnInvers(b,r);
582    number erg=nrnMult(a,inv,r);
583    nrnDelete(&inv,r);
584    return erg;
585  }
586  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
587  mpz_init(erg);
588  if (mpz_divisible_p((mpz_ptr)a, (mpz_ptr)b))
589  {
590    mpz_divexact(erg, (mpz_ptr)a, (mpz_ptr)b);
591    return (number)erg;
592  }
593  else
594  {
595    mpz_ptr gcd = (mpz_ptr)nrnGcd(a, b, r);
596    mpz_divexact(erg, (mpz_ptr)b, gcd);
597    if (!nrnIsUnit((number)erg, r))
598    {
599      WerrorS("Division not possible, even by cancelling zero divisors.");
600      nrnDelete((number*) &gcd, r);
601      nrnDelete((number*) &erg, r);
602      return (number)NULL;
603    }
604    // a / gcd(a,b) * [b / gcd (a,b)]^(-1)
605    mpz_ptr tmp = (mpz_ptr)nrnInvers((number) erg,r);
606    mpz_divexact(erg, (mpz_ptr)a, gcd);
607    mpz_mul(erg, erg, tmp);
608    nrnDelete((number*) &gcd, r);
609    nrnDelete((number*) &tmp, r);
610    mpz_mod(erg, erg, r->modNumber);
611    return (number)erg;
612  }
613}
614
615static number nrnMod(number a, number b, const coeffs r)
616{
617  /*
618    We need to return the number rr which is uniquely determined by the
619    following two properties:
620      (1) 0 <= rr < |b| (with respect to '<' and '<=' performed in Z x Z)
621      (2) There exists some k in the integers Z such that a = k * b + rr.
622    Consider g := gcd(n, |b|). Note that then |b|/g is a unit in Z/n.
623    Now, there are three cases:
624      (a) g = 1
625          Then |b| is a unit in Z/n, i.e. |b| (and also b) divides a.
626          Thus rr = 0.
627      (b) g <> 1 and g divides a
628          Then a = (a/g) * (|b|/g)^(-1) * b (up to sign), i.e. again rr = 0.
629      (c) g <> 1 and g does not divide a
630          Then denote the division with remainder of a by g as this:
631          a = s * g + t. Then t = a - s * g = a - s * (|b|/g)^(-1) * |b|
632          fulfills (1) and (2), i.e. rr := t is the correct result. Hence
633          in this third case, rr is the remainder of division of a by g in Z.
634     Remark: according to mpz_mod: a,b are always non-negative
635  */
636  mpz_ptr g = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
637  mpz_ptr rr = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
638  mpz_init(g);
639  mpz_init_set_ui(rr, 0);
640  mpz_gcd(g, (mpz_ptr)r->modNumber, (mpz_ptr)b); // g is now as above
641  if (mpz_cmp_si(g, 1L) != 0) mpz_mod(rr, (mpz_ptr)a, g); // the case g <> 1
642  mpz_clear(g);
643  omFreeBin(g, gmp_nrz_bin);
644  return (number)rr;
645}
646
647static number nrnIntDiv(number a, number b, const coeffs r)
648{
649  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
650  mpz_init(erg);
651  mpz_tdiv_q(erg, (mpz_ptr)a, (mpz_ptr)b);
652  return (number)erg;
653}
654
655/* CF: note that Z/nZ has (at least) two distinct euclidean structures
656 * 1st phi(a) := (a mod n) which is just the structure directly
657 *     inherited from Z
658 * 2nd phi(a) := gcd(a, n)
659 * The 1st version is probably faster as everything just comes from Z,
660 * but the 2nd version behaves nicely wrt. to quotient operations
661 * and HNF and such. In agreement with nrnMod we imlement the 2nd here
662 *
663 * For quotrem note that if b exactly divides a, then
664 *   min(v_p(a), v_p(n))  >= min(v_p(b), v_p(n))
665 * so if we divide  a and b by g:= gcd(a,b,n), then   b becomes a
666 * unit mod n/g.
667 * Thus we 1st compute the remainder (similar to nrnMod) and then
668 * the exact quotient.
669 */
670static number nrnQuotRem(number a, number b, number  * rem, const coeffs r)
671{
672  mpz_t g, aa, bb;
673  mpz_ptr qq = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
674  mpz_ptr rr = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
675  mpz_init(qq);
676  mpz_init(rr);
677  mpz_init(g);
678  mpz_init_set(aa, (mpz_ptr)a);
679  mpz_init_set(bb, (mpz_ptr)b);
680
681  mpz_gcd(g, bb, r->modNumber);
682  mpz_mod(rr, aa, g);
683  mpz_sub(aa, aa, rr);
684  mpz_gcd(g, aa, g);
685  mpz_div(aa, aa, g);
686  mpz_div(bb, bb, g);
687  mpz_div(g, r->modNumber, g);
688  mpz_invert(g, bb, g);
689  mpz_mul(qq, aa, g);
690  if (rem)
691    *rem = (number)rr;
692  else {
693    mpz_clear(rr);
694    omFreeBin(rr, gmp_nrz_bin);
695  }
696  mpz_clear(g);
697  mpz_clear(aa);
698  mpz_clear(bb);
699  return (number) qq;
700}
701
702/*
703 * Helper function for computing the module
704 */
705
706static mpz_ptr nrnMapCoef = NULL;
707
708static number nrnMapModN(number from, const coeffs /*src*/, const coeffs dst)
709{
710  return nrnMult(from, (number) nrnMapCoef, dst);
711}
712
713static number nrnMap2toM(number from, const coeffs /*src*/, const coeffs dst)
714{
715  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
716  mpz_init(erg);
717  mpz_mul_ui(erg, nrnMapCoef, (unsigned long)from);
718  mpz_mod(erg, erg, dst->modNumber);
719  return (number)erg;
720}
721
722static number nrnMapZp(number from, const coeffs /*src*/, const coeffs dst)
723{
724  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
725  mpz_init(erg);
726  // TODO: use npInt(...)
727  mpz_mul_si(erg, nrnMapCoef, (unsigned long)from);
728  mpz_mod(erg, erg, dst->modNumber);
729  return (number)erg;
730}
731
732number nrnMapGMP(number from, const coeffs /*src*/, const coeffs dst)
733{
734  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
735  mpz_init(erg);
736  mpz_mod(erg, (mpz_ptr)from, dst->modNumber);
737  return (number)erg;
738}
739
740static number nrnMapQ(number from, const coeffs src, const coeffs dst)
741{
742  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
743  mpz_init(erg);
744  nlGMP(from, erg, src); // FIXME? TODO? // extern void   nlGMP(number &i, number n, const coeffs r); // to be replaced with n_MPZ(erg, from, src); // ?
745  mpz_mod(erg, erg, dst->modNumber);
746  return (number)erg;
747}
748
749#if SI_INTEGER_VARIANT==3
750static number nrnMapZ(number from, const coeffs /*src*/, const coeffs dst)
751{
752  mpz_ptr erg = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
753  if (n_Z_IS_SMALL(from))
754    mpz_init_set_si(erg, SR_TO_INT(from));
755  else
756    mpz_init_set(erg, (mpz_ptr) from);
757  mpz_mod(erg, erg, dst->modNumber);
758  return (number)erg;
759}
760#elif SI_INTEGER_VARIANT==2
761
762static number nrnMapZ(number from, const coeffs src, const coeffs dst)
763{
764  if (SR_HDL(from) & SR_INT)
765  {
766    long f_i=SR_TO_INT(from);
767    return nrnInit(f_i,dst);
768  }
769  return nrnMapGMP(from,src,dst);
770}
771#elif SI_INTEGER_VARIANT==1
772static number nrnMapZ(number from, const coeffs src, const coeffs dst)
773{
774  return nrnMapQ(from,src,dst);
775}
776#endif
777void nrnWrite (number a, const coeffs cf)
778{
779  char *s,*z;
780  if (a==NULL)
781  {
782    StringAppendS("o");
783  }
784  else
785  {
786    int l=mpz_sizeinbase((mpz_ptr) a, 10) + 2;
787    s=(char*)omAlloc(l);
788    if (cf->is_field)
789    {
790      mpz_t ch2; mpz_init_set(ch2, cf->modBase);
791      mpz_sub_ui(ch2,ch2,1);
792      mpz_divexact_ui(ch2,ch2,2);
793      if ((mpz_cmp_ui(cf->modBase,2)!=0) && (mpz_cmp(ch2,(mpz_ptr)a)<0))
794      {
795        mpz_sub(ch2,(mpz_ptr)a,cf->modBase);
796        z=mpz_get_str(s,10,ch2);
797        StringAppendS(z);
798      }
799      else
800      {
801        z=mpz_get_str(s,10,(mpz_ptr) a);
802        StringAppendS(z);
803      }
804      mpz_clear(ch2);
805    }
806    else
807    {
808      z=mpz_get_str(s,10,(mpz_ptr) a);
809      StringAppendS(z);
810    }
811    omFreeSize((ADDRESS)s,l);
812  }
813}
814
815nMapFunc nrnSetMap(const coeffs src, const coeffs dst)
816{
817  /* dst = nrn */
818  if ((src->rep==n_rep_gmp) && nCoeff_is_Z(src))
819  {
820    return nrnMapZ;
821  }
822  if ((src->rep==n_rep_gap_gmp) /*&& nCoeff_is_Z(src)*/)
823  {
824    return nrnMapZ;
825  }
826  if (src->rep==n_rep_gap_rat) /*&& nCoeff_is_Q(src)) or Z*/
827  {
828    return nrnMapQ;
829  }
830  // Some type of Z/n ring / field
831  if (nCoeff_is_Ring_ModN(src) || nCoeff_is_Ring_PtoM(src) ||
832      nCoeff_is_Ring_2toM(src) || nCoeff_is_Zp(src))
833  {
834    if (   (!nCoeff_is_Zp(src))
835        && (mpz_cmp(src->modBase, dst->modBase) == 0)
836        && (src->modExponent == dst->modExponent)) return ndCopyMap;
837    else
838    {
839      mpz_ptr nrnMapModul = (mpz_ptr) omAllocBin(gmp_nrz_bin);
840      // Computing the n of Z/n
841      if (nCoeff_is_Zp(src))
842      {
843        mpz_init_set_si(nrnMapModul, src->ch);
844      }
845      else
846      {
847        mpz_init(nrnMapModul);
848        mpz_set(nrnMapModul, src->modNumber);
849      }
850      // nrnMapCoef = 1 in dst       if dst is a subring of src
851      // nrnMapCoef = 0 in dst / src if src is a subring of dst
852      if (nrnMapCoef == NULL)
853      {
854        nrnMapCoef = (mpz_ptr) omAllocBin(gmp_nrz_bin);
855        mpz_init(nrnMapCoef);
856      }
857      if (mpz_divisible_p(nrnMapModul, dst->modNumber))
858      {
859        mpz_set_ui(nrnMapCoef, 1);
860      }
861      else
862      if (mpz_divisible_p(dst->modNumber,nrnMapModul))
863      {
864        mpz_divexact(nrnMapCoef, dst->modNumber, nrnMapModul);
865        mpz_ptr tmp = dst->modNumber;
866        dst->modNumber = nrnMapModul;
867        if (!nrnIsUnit((number) nrnMapCoef,dst))
868        {
869          dst->modNumber = tmp;
870          nrnDelete((number*) &nrnMapModul, dst);
871          return NULL;
872        }
873        mpz_ptr inv = (mpz_ptr) nrnInvers((number) nrnMapCoef,dst);
874        dst->modNumber = tmp;
875        mpz_mul(nrnMapCoef, nrnMapCoef, inv);
876        mpz_mod(nrnMapCoef, nrnMapCoef, dst->modNumber);
877        nrnDelete((number*) &inv, dst);
878      }
879      else
880      {
881        nrnDelete((number*) &nrnMapModul, dst);
882        return NULL;
883      }
884      nrnDelete((number*) &nrnMapModul, dst);
885      if (nCoeff_is_Ring_2toM(src))
886        return nrnMap2toM;
887      else if (nCoeff_is_Zp(src))
888        return nrnMapZp;
889      else
890        return nrnMapModN;
891    }
892  }
893  return NULL;      // default
894}
895
896/*
897 * set the exponent (allocate and init tables) (TODO)
898 */
899
900static void nrnSetExp(unsigned long m, coeffs r)
901{
902  /* clean up former stuff */
903  if (r->modNumber != NULL) mpz_clear(r->modNumber);
904
905  r->modExponent= m;
906  r->modNumber = (mpz_ptr)omAllocBin(gmp_nrz_bin);
907  mpz_init_set (r->modNumber, r->modBase);
908  mpz_pow_ui (r->modNumber, r->modNumber, m);
909}
910
911/* We expect this ring to be Z/n^m for some m > 0 and for some n > 2 which is not a prime. */
912static void nrnInitExp(unsigned long m, coeffs r)
913{
914  nrnSetExp(m, r);
915  assume (r->modNumber != NULL);
916//CF: in general, the modulus is computed somewhere. I don't want to
917//  check it's size before I construct the best ring.
918//  if (mpz_cmp_ui(r->modNumber,2) <= 0)
919//    WarnS("nrnInitExp failed (m in Z/m too small)");
920}
921
922#ifdef LDEBUG
923BOOLEAN nrnDBTest (number a, const char *f, const int l, const coeffs r)
924{
925  if ( (mpz_sgn1((mpz_ptr) a) < 0) || (mpz_cmp((mpz_ptr) a, r->modNumber) > 0) )
926  {
927    Warn("mod-n: out of range at %s:%d\n",f,l);
928    return FALSE;
929  }
930  return TRUE;
931}
932#endif
933
934/*2
935* extracts a long integer from s, returns the rest    (COPY FROM longrat0.cc)
936*/
937static const char * nlCPEatLongC(char *s, mpz_ptr i)
938{
939  const char * start=s;
940  if (!(*s >= '0' && *s <= '9'))
941  {
942    mpz_init_set_ui(i, 1);
943    return s;
944  }
945  mpz_init(i);
946  while (*s >= '0' && *s <= '9') s++;
947  if (*s=='\0')
948  {
949    mpz_set_str(i,start,10);
950  }
951  else
952  {
953    char c=*s;
954    *s='\0';
955    mpz_set_str(i,start,10);
956    *s=c;
957  }
958  return s;
959}
960
961static const char * nrnRead (const char *s, number *a, const coeffs r)
962{
963  mpz_ptr z = (mpz_ptr) omAllocBin(gmp_nrz_bin);
964  {
965    s = nlCPEatLongC((char *)s, z);
966  }
967  mpz_mod(z, z, r->modNumber);
968  if ((*s)=='/')
969  {
970    mpz_ptr n = (mpz_ptr) omAllocBin(gmp_nrz_bin);
971    s++;
972    s=nlCPEatLongC((char*)s,n);
973    if (!nrnIsOne((number)n,r))
974    {
975      *a=nrnDiv((number)z,(number)n,r);
976      mpz_clear(z);
977      omFreeBin((void *)z, gmp_nrz_bin);
978      mpz_clear(n);
979      omFreeBin((void *)n, gmp_nrz_bin);
980    }
981  }
982  else
983    *a = (number) z;
984  return s;
985}
986
987static number nrnConvFactoryNSingN( const CanonicalForm n, const coeffs r)
988{
989  return nrnInit(n.intval(),r);
990}
991
992static CanonicalForm nrnConvSingNFactoryN( number n, BOOLEAN setChar, const coeffs r )
993{
994  if (setChar) setCharacteristic( r->ch );
995   return CanonicalForm(nrnInt( n,r ));
996}
997
998/* for initializing function pointers */
999BOOLEAN nrnInitChar (coeffs r, void* p)
1000{
1001  assume( (getCoeffType(r) == n_Zn) || (getCoeffType (r) == n_Znm) );
1002  ZnmInfo * info= (ZnmInfo *) p;
1003  r->modBase= (mpz_ptr)nrnCopy((number)info->base, r); //this circumvents the problem
1004  //in bigintmat.cc where we cannot create a "legal" nrn that can be freed.
1005  //If we take a copy, we can do whatever we want.
1006
1007  nrnInitExp (info->exp, r);
1008
1009  /* next computation may yield wrong characteristic as r->modNumber
1010     is a GMP number */
1011  r->ch = mpz_get_ui(r->modNumber);
1012
1013  r->is_field=FALSE;
1014  r->is_domain=FALSE;
1015  r->rep=n_rep_gmp;
1016
1017
1018  r->cfCoeffString = nrnCoeffString;
1019
1020  r->cfInit        = nrnInit;
1021  r->cfDelete      = nrnDelete;
1022  r->cfCopy        = nrnCopy;
1023  r->cfSize        = nrnSize;
1024  r->cfInt         = nrnInt;
1025  r->cfAdd         = nrnAdd;
1026  r->cfSub         = nrnSub;
1027  r->cfMult        = nrnMult;
1028  r->cfDiv         = nrnDiv;
1029  r->cfAnn         = nrnAnn;
1030  r->cfIntMod      = nrnMod;
1031  r->cfExactDiv    = nrnDiv;
1032  r->cfInpNeg      = nrnNeg;
1033  r->cfInvers      = nrnInvers;
1034  r->cfDivBy       = nrnDivBy;
1035  r->cfDivComp     = nrnDivComp;
1036  r->cfGreater     = nrnGreater;
1037  r->cfEqual       = nrnEqual;
1038  r->cfIsZero      = nrnIsZero;
1039  r->cfIsOne       = nrnIsOne;
1040  r->cfIsMOne      = nrnIsMOne;
1041  r->cfGreaterZero = nrnGreaterZero;
1042  r->cfWriteLong   = nrnWrite;
1043  r->cfRead        = nrnRead;
1044  r->cfPower       = nrnPower;
1045  r->cfSetMap      = nrnSetMap;
1046  //r->cfNormalize   = ndNormalize;
1047  r->cfLcm         = nrnLcm;
1048  r->cfGcd         = nrnGcd;
1049  r->cfIsUnit      = nrnIsUnit;
1050  r->cfGetUnit     = nrnGetUnit;
1051  r->cfExtGcd      = nrnExtGcd;
1052  r->cfXExtGcd     = nrnXExtGcd;
1053  r->cfQuotRem     = nrnQuotRem;
1054  r->cfCoeffName   = nrnCoeffName;
1055  r->cfCoeffWrite  = nrnCoeffWrite;
1056  r->nCoeffIsEqual = nrnCoeffIsEqual;
1057  r->cfKillChar    = nrnKillChar;
1058  r->cfQuot1       = nrnQuot1;
1059#if SI_INTEGER_VARIANT==2
1060  r->cfWriteFd     = nrzWriteFd;
1061  r->cfReadFd      = nrzReadFd;
1062#endif
1063
1064#ifdef LDEBUG
1065  r->cfDBTest      = nrnDBTest;
1066#endif
1067  if ((r->modExponent==1)&&(mpz_size1(r->modBase)==1))
1068  {
1069    long p=mpz_get_si(r->modBase);
1070    if ((p<=FACTORY_MAX_PRIME)&&(p==IsPrime(p))) /*factory limit: <2^29*/
1071    {
1072      r->convFactoryNSingN=nrnConvFactoryNSingN;
1073      r->convSingNFactoryN=nrnConvSingNFactoryN;
1074    }
1075  }
1076  return FALSE;
1077}
1078
1079#endif
1080/* #ifdef HAVE_RINGS */
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.