check/exam_cra.cpp

   1 #include <iostream>
   2 #include <cln/integer.h>
   3 #include <cln/integer_io.h>
   4 #include <cln/random.h>
   5 #include <cln/numtheory.h>
   6 #include "polynomial/cra_garner.hpp"
   7 #include <map>
   8 #include <vector>
   9 #include <stdexcept>
  10 #include <limits>
  11 using namespace cln;
  12 using namespace std;
  13
  14 /// Generate a sequences of primes p_i such that \prod_i p_i < limit
  15 static std::vector<cln::cl_I>
  16 make_random_moduli(const cln::cl_I& limit);
  17
  18 static std::vector<cln::cl_I>
  19 calc_residues(const cln::cl_I& x, const std::vector<cln::cl_I>& moduli);
  20
  21 static void dump(const std::vector<cln::cl_I>& v);
  22
  23 /// Make @a n random relatively prime moduli, each < limit, make a
  24 /// random number x < \prod_{i=0}{n-1}, calculate residues, and
  25 /// compute x' by chinese remainder algorithm. Check if the result
  26 /// of computation matches the original value x.
  27 static void run_test_once(const cln::cl_I& lim)
  28 {
  29         std::vector<cln::cl_I> moduli = make_random_moduli(lim);
  30         cln::cl_I x = random_I(lim) + 1;
  31
  32         if (x > (lim >> 1))
  33                 x = x - lim;
  34
  35         std::vector<cln::cl_I> residues = calc_residues(x, moduli);
  36         cln::cl_I x_test;
  37
  38         bool error = false;
  39         try {
  40                 x_test = integer_cra(residues, moduli);
  41         } catch (std::exception& oops) {
  42                 std::cerr << "Oops: " << oops.what() << std::endl;
  43                 error = true;
  44         }
  45
  46         if (x != x_test)
  47                 error = true;
  48
  49         if (error) {
  50                 std::cerr << "Expected x = " << x << ", got " <<
  51                         x_test << " instead" << std::endl;
  52                 std::cerr << "moduli = ";
  53                 dump(moduli);
  54                 std::cerr << std::endl;
  55                 std::cerr << "residues = ";
  56                 dump(residues);
  57                 std::cerr << std::endl;
  58                 throw std::logic_error("bug in integer_cra?");
  59         }
  60 }
  61
  62 static void run_test(const cln::cl_I& limit, const std::size_t ntimes)
  63 {
  64         for (std::size_t i = 0; i < ntimes; ++i)
  65                 run_test_once(limit);
  66 }
  67
  68 int main(int argc, char** argv)
  69 {
  70         typedef std::map<cln::cl_I, std::size_t> map_t;
  71         map_t the_map;
  72         // Run 1024 tests with native 32-bit numbers
  73         the_map[cln::cl_I(std::numeric_limits<int>::max())] = 1024;
  74
  75         // Run 512 tests with native 64-bit integers
  76         if (sizeof(long) > sizeof(int))
  77                 the_map[cln::cl_I(std::numeric_limits<long>::max())] = 512;
  78
  79         // Run 32 tests with a bit bigger numbers
  80         the_map[cln::cl_I("987654321098765432109876543210")] = 32;
  81
  82         std::cout << "examining Garner's integer chinese remainder algorithm " << std::flush;
  83
  84         for (map_t::const_iterator i = the_map.begin(); i != the_map.end(); ++i)
  85                 run_test(i->first, i->second);
  86
  87         return 0;
  88 }
  89
  90 static std::vector<cln::cl_I>
  91 calc_residues(const cln::cl_I& x, const std::vector<cln::cl_I>& moduli)
  92 {
  93         std::vector<cln::cl_I> residues(moduli.size());
  94         for (std::size_t i = moduli.size(); i-- != 0; )
  95                 residues[i] = mod(x, moduli[i]);
  96         return residues;
  97 }
  98
  99 static std::vector<cln::cl_I>
 100 make_random_moduli(const cln::cl_I& limit)
 101 {
 102         std::vector<cln::cl_I> moduli;
 103         cln::cl_I prod(1);
 104         cln::cl_I next = random_I(std::min(limit >> 1, cln::cl_I(128)));
 105         unsigned count = 0;
 106         do {
 107                 cln::cl_I tmp = nextprobprime(next);
 108                 next = tmp + random_I(cln::cl_I(10)) + 1;
 109                 prod = prod*tmp;
 110                 moduli.push_back(tmp);
 111                 ++count;
 112         } while (prod < limit || (count < 2));
 113         return moduli;
 114 }
 115
 116 static void dump(const std::vector<cln::cl_I>& v)
 117 {
 118         std::cerr << "[ ";
 119         for (std::size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
 120                 std::cerr << v[i] << " ";
 121         std::cerr << "]";
 122 }
 123