check/exam_cra.cpp

   1 /** @file exam_cra.cpp
   2  *
   3  *  Test of Chinese remainder algorithm. */
   4
   5 /*
   6  *  GiNaC Copyright (C) 1999-2011 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 using namespace std;
  36
  37 /// Generate a sequences of primes p_i such that \prod_i p_i < limit
  38 static std::vector<cln::cl_I>
  39 make_random_moduli(const cln::cl_I& limit);
  40
  41 static std::vector<cln::cl_I>
  42 calc_residues(const cln::cl_I& x, const std::vector<cln::cl_I>& moduli);
  43
  44 static void dump(const std::vector<cln::cl_I>& v);
  45
  46 /// Make @a n random relatively prime moduli, each < limit, make a
  47 /// random number x < \prod_{i=0}{n-1}, calculate residues, and
  48 /// compute x' by chinese remainder algorithm. Check if the result
  49 /// of computation matches the original value x.
  50 static void run_test_once(const cln::cl_I& lim)
  51 {
  52         std::vector<cln::cl_I> moduli = make_random_moduli(lim);
  53         cln::cl_I x = random_I(lim) + 1;
  54
  55         if (x > (lim >> 1))
  56                 x = x - lim;
  57
  58         std::vector<cln::cl_I> residues = calc_residues(x, moduli);
  59         cln::cl_I x_test;
  60
  61         bool error = false;
  62         try {
  63                 x_test = integer_cra(residues, moduli);
  64         } catch (std::exception& oops) {
  65                 std::cerr << "Oops: " << oops.what() << std::endl;
  66                 error = true;
  67         }
  68
  69         if (x != x_test)
  70                 error = true;
  71
  72         if (error) {
  73                 std::cerr << "Expected x = " << x << ", got " <<
  74                         x_test << " instead" << std::endl;
  75                 std::cerr << "moduli = ";
  76                 dump(moduli);
  77                 std::cerr << std::endl;
  78                 std::cerr << "residues = ";
  79                 dump(residues);
  80                 std::cerr << std::endl;
  81                 throw std::logic_error("bug in integer_cra?");
  82         }
  83 }
  84
  85 static void run_test(const cln::cl_I& limit, const std::size_t ntimes)
  86 {
  87         for (std::size_t i = 0; i < ntimes; ++i)
  88                 run_test_once(limit);
  89 }
  90
  91 int main(int argc, char** argv)
  92 {
  93         typedef std::map<cln::cl_I, std::size_t> map_t;
  94         map_t the_map;
  95         // Run 1024 tests with native 32-bit numbers
  96         the_map[cln::cl_I(std::numeric_limits<int>::max())] = 1024;
  97
  98         // Run 512 tests with native 64-bit integers
  99         if (sizeof(long) > sizeof(int))
 100                 the_map[cln::cl_I(std::numeric_limits<long>::max())] = 512;
 101
 102         // Run 32 tests with a bit bigger numbers
 103         the_map[cln::cl_I("987654321098765432109876543210")] = 32;
 104
 105         std::cout << "examining Garner's integer chinese remainder algorithm " << std::flush;
 106
 107         for (map_t::const_iterator i = the_map.begin(); i != the_map.end(); ++i)
 108                 run_test(i->first, i->second);
 109
 110         return 0;
 111 }
 112
 113 static std::vector<cln::cl_I>
 114 calc_residues(const cln::cl_I& x, const std::vector<cln::cl_I>& moduli)
 115 {
 116         std::vector<cln::cl_I> residues(moduli.size());
 117         for (std::size_t i = moduli.size(); i-- != 0; )
 118                 residues[i] = mod(x, moduli[i]);
 119         return residues;
 120 }
 121
 122 static std::vector<cln::cl_I>
 123 make_random_moduli(const cln::cl_I& limit)
 124 {
 125         std::vector<cln::cl_I> moduli;
 126         cln::cl_I prod(1);
 127         cln::cl_I next = random_I(std::min(limit >> 1, cln::cl_I(128)));
 128         unsigned count = 0;
 129         do {
 130                 cln::cl_I tmp = nextprobprime(next);
 131                 next = tmp + random_I(cln::cl_I(10)) + 1;
 132                 prod = prod*tmp;
 133                 moduli.push_back(tmp);
 134                 ++count;
 135         } while (prod < limit || (count < 2));
 136         return moduli;
 137 }
 138
 139 static void dump(const std::vector<cln::cl_I>& v)
 140 {
 141         std::cerr << "[ ";
 142         for (std::size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
 143                 std::cerr << v[i] << " ";
 144         std::cerr << "]";
 145 }