Home | History | Annotate | Line # | Download | only in dist
      1 /*
      2  * Copyright 2008-2009 Katholieke Universiteit Leuven
      3  *
      4  * Use of this software is governed by the MIT license
      5  *
      6  * Written by Sven Verdoolaege, K.U.Leuven, Departement
      7  * Computerwetenschappen, Celestijnenlaan 200A, B-3001 Leuven, Belgium
      8  */
      9 
     10 #include <assert.h>
     11 #include <isl_map_private.h>
     12 #include <isl_seq.h>
     13 #include "isl_tab.h"
     14 #include <isl_int.h>
     15 #include <isl_config.h>
     16 
     17 struct tab_lp {
     18 	struct isl_ctx  *ctx;
     19 	struct isl_vec  *row;
     20 	struct isl_tab  *tab;
     21 	struct isl_tab_undo	**stack;
     22 	isl_int		*obj;
     23 	isl_int		 opt;
     24 	isl_int		 opt_denom;
     25 	isl_int		 tmp;
     26 	isl_int		 tmp2;
     27 	int	         neq;
     28 	unsigned	 dim;
     29 	/* number of constraints in initial product tableau */
     30 	int		 con_offset;
     31 	/* objective function has fixed or no integer value */
     32 	int		 is_fixed;
     33 };
     34 
     35 #ifdef USE_GMP_FOR_MP
     36 #define GBR_type		    	    mpq_t
     37 #define GBR_init(v)		    	    mpq_init(v)
     38 #define GBR_clear(v)		    	    mpq_clear(v)
     39 #define GBR_set(a,b)			    mpq_set(a,b)
     40 #define GBR_set_ui(a,b)			    mpq_set_ui(a,b,1)
     41 #define GBR_mul(a,b,c)			    mpq_mul(a,b,c)
     42 #define GBR_lt(a,b)			    (mpq_cmp(a,b) < 0)
     43 #define GBR_is_zero(a)			    (mpq_sgn(a) == 0)
     44 #define GBR_numref(a)			    mpq_numref(a)
     45 #define GBR_denref(a)			    mpq_denref(a)
     46 #define GBR_floor(a,b)			    mpz_fdiv_q(a,GBR_numref(b),GBR_denref(b))
     47 #define GBR_ceil(a,b)			    mpz_cdiv_q(a,GBR_numref(b),GBR_denref(b))
     48 #define GBR_set_num_neg(a, b)		    mpz_neg(GBR_numref(*a), b);
     49 #define GBR_set_den(a, b)		    mpz_set(GBR_denref(*a), b);
     50 #endif /* USE_GMP_FOR_MP */
     51 
     52 #ifdef USE_IMATH_FOR_MP
     53 #include <imrat.h>
     54 
     55 #define GBR_type		    	    mp_rat
     56 #define GBR_init(v)		    	    v = mp_rat_alloc()
     57 #define GBR_clear(v)		    	    mp_rat_free(v)
     58 #define GBR_set(a,b)			    mp_rat_copy(b,a)
     59 #define GBR_set_ui(a,b)			    mp_rat_set_uvalue(a,b,1)
     60 #define GBR_mul(a,b,c)			    mp_rat_mul(b,c,a)
     61 #define GBR_lt(a,b)			    (mp_rat_compare(a,b) < 0)
     62 #define GBR_is_zero(a)			    (mp_rat_compare_zero(a) == 0)
     63 #ifdef USE_SMALL_INT_OPT
     64 #define GBR_numref(a)	isl_sioimath_encode_big(mp_rat_numer_ref(a))
     65 #define GBR_denref(a)	isl_sioimath_encode_big(mp_rat_denom_ref(a))
     66 #define GBR_floor(a, b)	isl_sioimath_fdiv_q((a), GBR_numref(b), GBR_denref(b))
     67 #define GBR_ceil(a, b)	isl_sioimath_cdiv_q((a), GBR_numref(b), GBR_denref(b))
     68 #define GBR_set_num_neg(a, b)                              \
     69 	do {                                               \
     70 		isl_sioimath_scratchspace_t scratch;       \
     71 		impz_neg(mp_rat_numer_ref(*a),             \
     72 		    isl_sioimath_bigarg_src(*b, &scratch));\
     73 	} while (0)
     74 #define GBR_set_den(a, b)                                  \
     75 	do {                                               \
     76 		isl_sioimath_scratchspace_t scratch;       \
     77 		impz_set(mp_rat_denom_ref(*a),             \
     78 		    isl_sioimath_bigarg_src(*b, &scratch));\
     79 	} while (0)
     80 #else /* USE_SMALL_INT_OPT */
     81 #define GBR_numref(a)		mp_rat_numer_ref(a)
     82 #define GBR_denref(a)		mp_rat_denom_ref(a)
     83 #define GBR_floor(a,b)		impz_fdiv_q(a,GBR_numref(b),GBR_denref(b))
     84 #define GBR_ceil(a,b)		impz_cdiv_q(a,GBR_numref(b),GBR_denref(b))
     85 #define GBR_set_num_neg(a, b)	impz_neg(GBR_numref(*a), b)
     86 #define GBR_set_den(a, b)	impz_set(GBR_denref(*a), b)
     87 #endif /* USE_SMALL_INT_OPT */
     88 #endif /* USE_IMATH_FOR_MP */
     89 
     90 static struct tab_lp *init_lp(struct isl_tab *tab);
     91 static void set_lp_obj(struct tab_lp *lp, isl_int *row, int dim);
     92 static int solve_lp(struct tab_lp *lp);
     93 static void get_obj_val(struct tab_lp* lp, GBR_type *F);
     94 static void delete_lp(struct tab_lp *lp);
     95 static int add_lp_row(struct tab_lp *lp, isl_int *row, int dim);
     96 static void get_alpha(struct tab_lp* lp, int row, GBR_type *alpha);
     97 static int del_lp_row(struct tab_lp *lp) WARN_UNUSED;
     98 static int cut_lp_to_hyperplane(struct tab_lp *lp, isl_int *row);
     99 
    100 #define GBR_LP			    	    struct tab_lp
    101 #define GBR_lp_init(P)		    	    init_lp(P)
    102 #define GBR_lp_set_obj(lp, obj, dim)	    set_lp_obj(lp, obj, dim)
    103 #define GBR_lp_solve(lp)		    solve_lp(lp)
    104 #define GBR_lp_get_obj_val(lp, F)	    get_obj_val(lp, F)
    105 #define GBR_lp_delete(lp)		    delete_lp(lp)
    106 #define GBR_lp_next_row(lp)		    lp->neq
    107 #define GBR_lp_add_row(lp, row, dim)	    add_lp_row(lp, row, dim)
    108 #define GBR_lp_get_alpha(lp, row, alpha)    get_alpha(lp, row, alpha)
    109 #define GBR_lp_del_row(lp)		    del_lp_row(lp)
    110 #define GBR_lp_is_fixed(lp)		    (lp)->is_fixed
    111 #define GBR_lp_cut(lp, obj)	    	    cut_lp_to_hyperplane(lp, obj)
    112 #include "basis_reduction_templ.c"
    113 
    114 /* Set up a tableau for the Cartesian product of bset with itself.
    115  * This could be optimized by first setting up a tableau for bset
    116  * and then performing the Cartesian product on the tableau.
    117  */
    118 static struct isl_tab *gbr_tab(struct isl_tab *tab, struct isl_vec *row)
    119 {
    120 	unsigned dim;
    121 	struct isl_tab *prod;
    122 
    123 	if (!tab || !row)
    124 		return NULL;
    125 
    126 	dim = tab->n_var;
    127 	prod = isl_tab_product(tab, tab);
    128 	if (isl_tab_extend_cons(prod, 3 * dim + 1) < 0) {
    129 		isl_tab_free(prod);
    130 		return NULL;
    131 	}
    132 	return prod;
    133 }
    134 
    135 static struct tab_lp *init_lp(struct isl_tab *tab)
    136 {
    137 	struct tab_lp *lp = NULL;
    138 
    139 	if (!tab)
    140 		return NULL;
    141 
    142 	lp = isl_calloc_type(tab->mat->ctx, struct tab_lp);
    143 	if (!lp)
    144 		return NULL;
    145 
    146 	isl_int_init(lp->opt);
    147 	isl_int_init(lp->opt_denom);
    148 	isl_int_init(lp->tmp);
    149 	isl_int_init(lp->tmp2);
    150 
    151 	lp->dim = tab->n_var;
    152 
    153 	lp->ctx = tab->mat->ctx;
    154 	isl_ctx_ref(lp->ctx);
    155 
    156 	lp->stack = isl_alloc_array(lp->ctx, struct isl_tab_undo *, lp->dim);
    157 
    158 	lp->row = isl_vec_alloc(lp->ctx, 1 + 2 * lp->dim);
    159 	if (!lp->row)
    160 		goto error;
    161 	lp->tab = gbr_tab(tab, lp->row);
    162 	if (!lp->tab)
    163 		goto error;
    164 	lp->con_offset = lp->tab->n_con;
    165 	lp->obj = NULL;
    166 	lp->neq = 0;
    167 
    168 	return lp;
    169 error:
    170 	delete_lp(lp);
    171 	return NULL;
    172 }
    173 
    174 static void set_lp_obj(struct tab_lp *lp, isl_int *row, int dim)
    175 {
    176 	lp->obj = row;
    177 }
    178 
    179 static int solve_lp(struct tab_lp *lp)
    180 {
    181 	enum isl_lp_result res;
    182 	unsigned flags = 0;
    183 
    184 	lp->is_fixed = 0;
    185 
    186 	isl_int_set_si(lp->row->el[0], 0);
    187 	isl_seq_cpy(lp->row->el + 1, lp->obj, lp->dim);
    188 	isl_seq_neg(lp->row->el + 1 + lp->dim, lp->obj, lp->dim);
    189 	if (lp->neq)
    190 		flags = ISL_TAB_SAVE_DUAL;
    191 	res = isl_tab_min(lp->tab, lp->row->el, lp->ctx->one,
    192 			  &lp->opt, &lp->opt_denom, flags);
    193 	isl_int_mul_ui(lp->opt_denom, lp->opt_denom, 2);
    194 	if (isl_int_abs_lt(lp->opt, lp->opt_denom)) {
    195 		struct isl_vec *sample = isl_tab_get_sample_value(lp->tab);
    196 		if (!sample)
    197 			return -1;
    198 		isl_seq_inner_product(lp->obj, sample->el + 1, lp->dim, &lp->tmp);
    199 		isl_seq_inner_product(lp->obj, sample->el + 1 + lp->dim, lp->dim, &lp->tmp2);
    200 		isl_int_cdiv_q(lp->tmp, lp->tmp, sample->el[0]);
    201 		isl_int_fdiv_q(lp->tmp2, lp->tmp2, sample->el[0]);
    202 		if (isl_int_ge(lp->tmp, lp->tmp2))
    203 			lp->is_fixed = 1;
    204 		isl_vec_free(sample);
    205 	}
    206 	isl_int_divexact_ui(lp->opt_denom, lp->opt_denom, 2);
    207 	if (res < 0)
    208 		return -1;
    209 	if (res != isl_lp_ok)
    210 		isl_die(lp->ctx, isl_error_internal,
    211 			"unexpected missing (bounded) solution", return -1);
    212 	return 0;
    213 }
    214 
    215 /* The current objective function has a fixed (or no) integer value.
    216  * Cut the tableau to the hyperplane that fixes this value in
    217  * both halves of the tableau.
    218  * Return 1 if the resulting tableau is empty.
    219  */
    220 static int cut_lp_to_hyperplane(struct tab_lp *lp, isl_int *row)
    221 {
    222 	enum isl_lp_result res;
    223 
    224 	isl_int_set_si(lp->row->el[0], 0);
    225 	isl_seq_cpy(lp->row->el + 1, row, lp->dim);
    226 	isl_seq_clr(lp->row->el + 1 + lp->dim, lp->dim);
    227 	res = isl_tab_min(lp->tab, lp->row->el, lp->ctx->one,
    228 			  &lp->tmp, NULL, 0);
    229 	if (res != isl_lp_ok)
    230 		return -1;
    231 
    232 	isl_int_neg(lp->row->el[0], lp->tmp);
    233 	if (isl_tab_add_eq(lp->tab, lp->row->el) < 0)
    234 		return -1;
    235 
    236 	isl_seq_cpy(lp->row->el + 1 + lp->dim, row, lp->dim);
    237 	isl_seq_clr(lp->row->el + 1, lp->dim);
    238 	if (isl_tab_add_eq(lp->tab, lp->row->el) < 0)
    239 		return -1;
    240 
    241 	lp->con_offset += 2;
    242 
    243 	return lp->tab->empty;
    244 }
    245 
    246 static void get_obj_val(struct tab_lp* lp, GBR_type *F)
    247 {
    248 	GBR_set_num_neg(F, lp->opt);
    249 	GBR_set_den(F, lp->opt_denom);
    250 }
    251 
    252 static void delete_lp(struct tab_lp *lp)
    253 {
    254 	if (!lp)
    255 		return;
    256 
    257 	isl_int_clear(lp->opt);
    258 	isl_int_clear(lp->opt_denom);
    259 	isl_int_clear(lp->tmp);
    260 	isl_int_clear(lp->tmp2);
    261 	isl_vec_free(lp->row);
    262 	free(lp->stack);
    263 	isl_tab_free(lp->tab);
    264 	isl_ctx_deref(lp->ctx);
    265 	free(lp);
    266 }
    267 
    268 static int add_lp_row(struct tab_lp *lp, isl_int *row, int dim)
    269 {
    270 	lp->stack[lp->neq] = isl_tab_snap(lp->tab);
    271 
    272 	isl_int_set_si(lp->row->el[0], 0);
    273 	isl_seq_cpy(lp->row->el + 1, row, lp->dim);
    274 	isl_seq_neg(lp->row->el + 1 + lp->dim, row, lp->dim);
    275 
    276 	if (isl_tab_add_valid_eq(lp->tab, lp->row->el) < 0)
    277 		return -1;
    278 
    279 	return lp->neq++;
    280 }
    281 
    282 static void get_alpha(struct tab_lp* lp, int row, GBR_type *alpha)
    283 {
    284 	row += lp->con_offset;
    285 	GBR_set_num_neg(alpha, lp->tab->dual->el[1 + row]);
    286 	GBR_set_den(alpha, lp->tab->dual->el[0]);
    287 }
    288 
    289 static int del_lp_row(struct tab_lp *lp)
    290 {
    291 	lp->neq--;
    292 	return isl_tab_rollback(lp->tab, lp->stack[lp->neq]);
    293 }
    294