check/exam_cra.cpp

   1 /** @file exam_cra.cpp
   2  *
   3  *  Test of Chinese remainder algorithm. */
   4
   5 /*
   6  *  GiNaC Copyright (C) 1999-2016 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
   7  *
   8  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  11  *  (at your option) any later version.
  12  *
  13  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  14  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  16  *  GNU General Public License for more details.
  17  *
  18  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  *  along with this program; if not, write to the Free Software
  20  *  Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
  21  */
  22
  23 #include "polynomial/cra_garner.h"
  24
  25 #include <cln/integer.h>
  26 #include <cln/integer_io.h>
  27 #include <cln/random.h>
  28 #include <cln/numtheory.h>
  29 using namespace cln;
  30 #include <iostream>
  31 #include <limits>
  32 #include <map>
  33 #include <stdexcept>
  34 #include <vector>
  35 #include <algorithm>
  36 using namespace std;
  37
  38 /// Generate a sequences of primes p_i such that \prod_i p_i < limit
  39 static std::vector<cln::cl_I>
  40 make_random_moduli(const cln::cl_I& limit);
  41
  42 static std::vector<cln::cl_I>
  43 calc_residues(const cln::cl_I& x, const std::vector<cln::cl_I>& moduli);
  44
  45 static void dump(const std::vector<cln::cl_I>& v);
  46
  47 /// Make @a n random relatively prime moduli, each < limit, make a
  48 /// random number x < \prod_{i=0}{n-1}, calculate residues, and
  49 /// compute x' by chinese remainder algorithm. Check if the result
  50 /// of computation matches the original value x.
  51 static void run_test_once(const cln::cl_I& lim)
  52 {
  53         std::vector<cln::cl_I> moduli = make_random_moduli(lim);
  54         cln::cl_I x = random_I(lim) + 1;
  55
  56         if (x > (lim >> 1))
  57                 x = x - lim;
  58
  59         std::vector<cln::cl_I> residues = calc_residues(x, moduli);
  60         cln::cl_I x_test;
  61
  62         bool error = false;
  63         try {
  64                 x_test = integer_cra(residues, moduli);
  65         } catch (std::exception& oops) {
  66                 std::cerr << "Oops: " << oops.what() << std::endl;
  67                 error = true;
  68         }
  69
  70         if (x != x_test)
  71                 error = true;
  72
  73         if (error) {
  74                 std::cerr << "Expected x = " << x << ", got " <<
  75                         x_test << " instead" << std::endl;
  76                 std::cerr << "moduli = ";
  77                 dump(moduli);
  78                 std::cerr << std::endl;
  79                 std::cerr << "residues = ";
  80                 dump(residues);
  81                 std::cerr << std::endl;
  82                 throw std::logic_error("bug in integer_cra?");
  83         }
  84 }
  85
  86 static void run_test(const cln::cl_I& limit, const std::size_t ntimes)
  87 {
  88         for (std::size_t i = 0; i < ntimes; ++i)
  89                 run_test_once(limit);
  90 }
  91
  92 int main(int argc, char** argv)
  93 {
  94         typedef std::map<cln::cl_I, std::size_t> map_t;
  95         map_t the_map;
  96         // Run 1024 tests with native 32-bit numbers
  97         the_map[cln::cl_I(std::numeric_limits<int>::max())] = 1024;
  98
  99         // Run 512 tests with native 64-bit integers
 100         if (sizeof(long) > sizeof(int))
 101                 the_map[cln::cl_I(std::numeric_limits<long>::max())] = 512;
 102
 103         // Run 32 tests with a bit bigger numbers
 104         the_map[cln::cl_I("987654321098765432109876543210")] = 32;
 105
 106         std::cout << "examining Garner's integer chinese remainder algorithm " << std::flush;
 107
 108         for (map_t::const_iterator i = the_map.begin(); i != the_map.end(); ++i)
 109                 run_test(i->first, i->second);
 110
 111         return 0;
 112 }
 113
 114 static std::vector<cln::cl_I>
 115 calc_residues(const cln::cl_I& x, const std::vector<cln::cl_I>& moduli)
 116 {
 117         std::vector<cln::cl_I> residues(moduli.size());
 118         for (std::size_t i = moduli.size(); i-- != 0; )
 119                 residues[i] = mod(x, moduli[i]);
 120         return residues;
 121 }
 122
 123 static std::vector<cln::cl_I>
 124 make_random_moduli(const cln::cl_I& limit)
 125 {
 126         std::vector<cln::cl_I> moduli;
 127         cln::cl_I prod(1);
 128         cln::cl_I next = random_I(std::min(limit >> 1, cln::cl_I(128)));
 129         unsigned count = 0;
 130         do {
 131                 cln::cl_I tmp = nextprobprime(next);
 132                 next = tmp + random_I(cln::cl_I(10)) + 1;
 133                 prod = prod*tmp;
 134                 moduli.push_back(tmp);
 135                 ++count;
 136         } while (prod < limit || (count < 2));
 137         return moduli;
 138 }
 139
 140 static void dump(const std::vector<cln::cl_I>& v)
 141 {
 142         std::cerr << "[ ";
 143         for (std::size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
 144                 std::cerr << v[i] << " ";
 145         std::cerr << "]";
 146 }