prepared for 1.0.13 release
[ginac.git] / check / exam_normalization.cpp
1 /** @file exam_normalization.cpp
2  *
3  *  Rational function normalization test suite. */
4
5 /*
6  *  GiNaC Copyright (C) 1999-2003 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., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
21  */
22
23 #include "exams.h"
24
25 static symbol w("w"), x("x"), y("y"), z("z");
26
27 static unsigned check_normal(const ex &e, const ex &d)
28 {
29         ex en = e.normal();
30         if (en.compare(d) != 0) {
31                 clog << "normal form of " << e << " erroneously returned "
32                      << en << " (should be " << d << ")" << endl;
33                 return 1;
34         }
35         return 0;
36 }
37
38 static unsigned exam_normal1(void)
39 {
40         unsigned result = 0;
41         ex e, d;
42         
43         // Expansion
44         e = pow(x, 2) - (x+1)*(x-1) - 1;
45         d = 0;
46         result += check_normal(e, d);
47         
48         // Expansion inside functions
49         e = sin(x*(x+1)-x) + 1;
50         d = sin(pow(x, 2)) + 1;
51         result += check_normal(e, d);
52         
53         // Fraction addition
54         e = 2/x + y/3;
55         d = (x*y + 6) / (x*3);
56         result += check_normal(e, d);
57         
58         e = pow(x, -1) + x/(x+1);
59         d = (pow(x, 2)+x+1)/(x*(x+1));
60         result += check_normal(e, d);
61
62         return result;
63 }
64
65 static unsigned exam_normal2(void)
66 {
67         unsigned result = 0;
68         ex e, d;
69         
70         // Fraction cancellation
71         e = numeric(1)/2 * z * (2*x + 2*y);
72         d = z * (x + y);
73         result += check_normal(e, d);
74         
75         e = numeric(1)/6 * z * (3*x + 3*y) * (2*x + 2*w);
76         d = z * (x + y) * (x + w);
77         result += check_normal(e, d);
78         
79         e = (3*x + 3*y) * (w/3 + z/3);
80         d = (x + y) * (w + z);
81         result += check_normal(e, d);
82         
83         e = (pow(x, 2) - pow(y, 2)) / pow(x-y, 3);
84         d = (x + y) / (pow(x, 2) + pow(y, 2) - x * y * 2);
85         result += check_normal(e, d);
86         
87         e = (pow(x, -1) + x) / (pow(x , 2) * 2 + 2);
88         d = pow(x * 2, -1);
89         result += check_normal(e, d);
90         
91         // Fraction cancellation with rational coefficients
92         e = (pow(x, 2) - pow(y, 2)) / pow(x/2 - y/2, 3);
93         d = (8 * x + 8 * y) / (pow(x, 2) + pow(y, 2) - x * y * 2);
94         result += check_normal(e, d);
95         
96         // Fraction cancellation with rational coefficients
97         e = z/5 * (x/7 + y/10) / (x/14 + y/20);
98         d = 2*z/5;
99         result += check_normal(e, d);
100         
101         return result;
102 }
103
104 static unsigned exam_normal3(void)
105 {
106         unsigned result = 0;
107         ex e, d;
108         
109         // Distribution of powers
110         e = pow(x/y, 2);
111         d = pow(x, 2) / pow(y, 2);
112         result += check_normal(e, d);
113         
114         // Distribution of powers (integer, distribute) and fraction addition
115         e = pow(pow(x, -1) + x, 2);
116         d = pow(pow(x, 2) + 1, 2) / pow(x, 2);
117         result += check_normal(e, d);
118         
119         // Distribution of powers (non-integer, don't distribute) and fraction addition
120         e = pow(pow(x, -1) + x, numeric(1)/2);
121         d = pow((pow(x, 2) + 1) / x, numeric(1)/2);
122         result += check_normal(e, d);
123         
124         return result;
125 }
126
127 static unsigned exam_normal4(void)
128 {
129         unsigned result = 0;
130         ex e, d;
131         
132         // Replacement of functions with temporary symbols and fraction cancellation
133         e = pow(sin(x), 2) - pow(cos(x), 2);
134         e /= sin(x) + cos(x);
135         d = sin(x) - cos(x);
136         result += check_normal(e, d);
137         
138         // Replacement of non-integer powers with temporary symbols
139         e = (pow(numeric(2), numeric(1)/2) * x + x) / x;
140         d = pow(numeric(2), numeric(1)/2) + 1;
141         result += check_normal(e, d);
142         
143         // Replacement of complex numbers with temporary symbols
144         e = (x + y + x*I + y*I) / (x + y);
145         d = 1 + I;
146         result += check_normal(e, d);
147         
148         e = (pow(x, 2) + pow(y, 2)) / (x + y*I);
149         d = e;
150         result += check_normal(e, d);
151         
152         // More complex rational function
153         e = (pow(x-y*2,4)/pow(pow(x,2)-pow(y,2)*4,2)+1)*(x+y*2)*(y+z)/(pow(x,2)+pow(y,2)*4);
154         d = (y*2 + z*2) / (x + y*2);
155         result += check_normal(e, d);
156         
157         return result;
158 }
159
160 unsigned exam_normalization(void)
161 {
162         unsigned result = 0;
163         
164         cout << "examining rational function normalization" << flush;
165         clog << "----------rational function normalization:" << endl;
166         
167         result += exam_normal1();  cout << '.' << flush;
168         result += exam_normal2();  cout << '.' << flush;
169         result += exam_normal3();  cout << '.' << flush;
170         result += exam_normal4();  cout << '.' << flush;
171         
172         if (!result) {
173                 cout << " passed " << endl;
174                 clog << "(no output)" << endl;
175         } else {
176                 cout << " failed " << endl;
177         }
178         
179         return result;
180 }