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synced 2024-11-20 11:04:56 -07:00
added Newton-Raphson Division as an additional bignum testcase
R=rsc DELTA=192 (192 added, 0 deleted, 0 changed) OCL=33853 CL=33864
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06c2c89452
192
src/pkg/bignum/nrdiv_test.go
Normal file
192
src/pkg/bignum/nrdiv_test.go
Normal file
@ -0,0 +1,192 @@
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// Copyright 2009 The Go Authors. All rights reserved.
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// Use of this source code is governed by a BSD-style
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// license that can be found in the LICENSE file.
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// This file implements Newton-Raphson division and uses
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// it as an additional test case for bignum.
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// Division of x/y is achieved by computing r = 1/y to
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// obtain the quotient q = x*r = x*(1/y) = x/y. The
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// reciprocal r is the solution for f(x) = 1/x - y and
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// the solution is approximated through iteration. The
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// iteration does not require division.
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package bignum
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import "testing"
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// An fpNat is a Natural scaled by a power of two
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// (an unsigned floating point representation). The
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// value of an fpNat x is x.m * 2^x.e .
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//
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type fpNat struct {
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m Natural;
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e int;
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}
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// sub computes x - y.
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func (x fpNat) sub(y fpNat) fpNat {
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switch d := x.e - y.e; {
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case d < 0:
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return fpNat{x.m.Sub(y.m.Shl(uint(-d))), x.e};
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case d > 0:
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return fpNat{x.m.Shl(uint(d)).Sub(y.m), y.e};
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}
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return fpNat{x.m.Sub(y.m), x.e};
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}
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// mul2 computes x*2.
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func (x fpNat) mul2() fpNat {
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return fpNat{x.m, x.e+1};
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}
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// mul computes x*y.
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func (x fpNat) mul(y fpNat) fpNat {
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return fpNat{x.m.Mul(y.m), x.e + y.e};
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}
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// mant computes the (possibly truncated) Natural representation
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// of an fpNat x.
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//
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func (x fpNat) mant() Natural {
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switch {
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case x.e > 0: return x.m.Shl(uint(x.e));
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case x.e < 0: return x.m.Shr(uint(-x.e));
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}
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return x.m;
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}
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// nrDivEst computes an estimate of the quotient q = x0/y0 and returns q.
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// q may be too small (usually by 1).
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//
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func nrDivEst(x0, y0 Natural) Natural {
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if y0.IsZero() {
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panic("division by zero");
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return nil;
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}
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// y0 > 0
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if y0.Cmp(Nat(1)) == 0 {
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return x0;
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}
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// y0 > 1
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switch d := x0.Cmp(y0); {
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case d < 0:
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return Nat(0);
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case d == 0:
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return Nat(1);
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}
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// x0 > y0 > 1
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// Determine maximum result length.
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maxLen := int(x0.Log2() - y0.Log2() + 1);
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// In the following, each number x is represented
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// as a mantissa x.m and an exponent x.e such that
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// x = xm * 2^x.e.
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x := fpNat{x0, 0};
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y := fpNat{y0, 0};
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// Determine a scale factor f = 2^e such that
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// 0.5 <= y/f == y*(2^-e) < 1.0
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// and scale y accordingly.
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e := int(y.m.Log2()) + 1;
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y.e -= e;
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// t1
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var c = 2.9142;
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const n = 14;
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t1 := fpNat{Nat(uint64(c*(1<<n))), -n};
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// Compute initial value r0 for the reciprocal of y/f.
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// r0 = t1 - 2*y
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r := t1.sub(y.mul2());
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two := fpNat{Nat(2), 0};
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// Newton-Raphson iteration
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p := Nat(0);
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for i := 0; ; i++ {
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// check if we are done
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// TODO: Need to come up with a better test here
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// as it will reduce computation time significantly.
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// q = x*r/f
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q := x.mul(r);
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q.e -= e;
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res := q.mant();
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if res.Cmp(p) == 0 {
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return res;
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}
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p = res;
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// r' = r*(2 - y*r)
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r = r.mul(two.sub(y.mul(r)));
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// reduce mantissa size
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// TODO: Find smaller bound as it will reduce
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// computation time massively.
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d := int(r.m.Log2()+1) - maxLen;
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if d > 0 {
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r = fpNat{r.m.Shr(uint(d)), r.e+d};
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}
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}
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panic("unreachable");
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return nil;
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}
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func nrdiv(x, y Natural) (q, r Natural) {
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q = nrDivEst(x, y);
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r = x.Sub(y.Mul(q));
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// if r is too large, correct q and r
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// (usually one iteration)
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for r.Cmp(y) >= 0 {
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q = q.Add(Nat(1));
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r = r.Sub(y);
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}
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return;
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}
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func div(t *testing.T, x, y Natural) {
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q, r := nrdiv(x, y);
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qx, rx := x.DivMod(y);
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if q.Cmp(qx) != 0 {
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t.Errorf("x = %s, y = %s, got q = %s, want q = %s", x, y, q, qx);
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}
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if r.Cmp(rx) != 0 {
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t.Errorf("x = %s, y = %s, got r = %s, want r = %s", x, y, r, rx);
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}
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}
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func idiv(t *testing.T, x0, y0 uint64) {
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div(t, Nat(x0), Nat(y0));
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}
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func TestNRDiv(t *testing.T) {
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idiv(t, 17, 18);
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idiv(t, 17, 17);
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idiv(t, 17, 1);
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idiv(t, 17, 16);
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idiv(t, 17, 10);
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idiv(t, 17, 9);
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idiv(t, 17, 8);
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idiv(t, 17, 5);
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idiv(t, 17, 3);
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idiv(t, 1025, 512);
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idiv(t, 7489595, 2);
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idiv(t, 5404679459, 78495);
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idiv(t, 7484890589595, 7484890589594);
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div(t, Fact(100), Fact(91));
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div(t, Fact(1000), Fact(991));
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//div(t, Fact(10000), Fact(9991)); // takes too long - disabled for now
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}
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