Add goodies for extended numerals
Signed-off-by: Leonardo de Moura <leonardo@microsoft.com>
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src/numerics/xnumeral.h
Normal file
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@ -0,0 +1,264 @@
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/*
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Copyright (c) 2013 Microsoft Corporation. All rights reserved.
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Released under Apache 2.0 license as described in the file LICENSE.
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Author: Leonardo de Moura
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#pragma once
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#include <iostream>
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#include "numeric_traits.h"
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#include "debug.h"
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namespace lean {
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// Goodies (templates) for computing with extended numeral.
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// Given a numeric set S, the extended set S+ is S union {-oo, +oo},
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// where -oo is a new number smaller than any number in S, and +oo is a number bigger than
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// any number in S.
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//
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// We do not provide a class extended numeral, since we do not want to commit
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// with any particular representation.
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// We just provide functions for computing with them.
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enum xnumeral_kind { XN_MINUS_INFINITY, XN_NUMERAL, XN_PLUS_INFINITY };
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template<typename T>
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bool is_zero(T const & a, xnumeral_kind ak) {
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return ak == XN_NUMERAL && numeric_traits<T>::is_zero(a);
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}
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template<typename T>
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||||||
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bool is_pos(T const & a, xnumeral_kind ak) {
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return ak == XN_PLUS_INFINITY || (ak == XN_NUMERAL && numeric_traits<T>::is_pos(a));
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}
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template<typename T>
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bool is_neg(T const & a, xnumeral_kind ak) {
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return ak == XN_MINUS_INFINITY || (ak == XN_NUMERAL && numeric_traits<T>::is_neg(a));
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|
}
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inline bool is_infinite(xnumeral_kind ak) {
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return ak != XN_NUMERAL;
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}
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template<typename T>
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void set(T & a, xnumeral_kind & ak, T const & b, xnumeral_kind bk) {
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a = b;
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ak = bk;
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|
}
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template<typename T>
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void reset(T & a, xnumeral_kind & ak) {
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|
numeric_traits<T>::reset(a);
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|
ak = XN_NUMERAL;
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|
}
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template<typename T>
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void neg(T & a, xnumeral_kind & ak) {
|
||||||
|
switch (ak) {
|
||||||
|
case XN_MINUS_INFINITY:
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||||||
|
ak = XN_PLUS_INFINITY;
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|
break;
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|
case XN_NUMERAL:
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|
numeric_traits<T>::neg(a);
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||||||
|
break;
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|
case XN_PLUS_INFINITY:
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|
ak = XN_MINUS_INFINITY;
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||||||
|
break;
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|
}
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||||||
|
}
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template<typename T>
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void inv(T & a, xnumeral_kind & ak) {
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|
lean_assert(numeral_manager::field());
|
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|
switch (ak) {
|
||||||
|
case XN_MINUS_INFINITY:
|
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|
ak = XN_NUMERAL;
|
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|
numeric_traits<T>::reset(a);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case XN_NUMERAL:
|
||||||
|
lean_assert(!numeric_traits<T>::is_zero(a));
|
||||||
|
numeric_traits<T>::inv(a);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case XN_PLUS_INFINITY:
|
||||||
|
ak = XN_NUMERAL;
|
||||||
|
numeric_traits<T>::reset(a);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename T>
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||||||
|
void add(T & r, xnumeral_kind & rk, T const & a, xnumeral_kind ak, T const & b, xnumeral_kind bk) {
|
||||||
|
lean_assert(!(ak == XN_MINUS_INFINITY && bk == XN_PLUS_INFINITY)); // result is undefined
|
||||||
|
lean_assert(!(ak == XN_PLUS_INFINITY && bk == XN_MINUS_INFINITY)); // result is undefined
|
||||||
|
if (ak != XN_NUMERAL) {
|
||||||
|
numeric_traits<T>::reset(r);
|
||||||
|
rk = ak;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else if (bk != XN_NUMERAL) {
|
||||||
|
numeric_traits<T>::reset(r);
|
||||||
|
rk = bk;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
r = a + b;
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||||||
|
rk = XN_NUMERAL;
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|
}
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||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
template<typename T>
|
||||||
|
void sub(T & r, xnumeral_kind & rk, T const & a, xnumeral_kind ak, T const & b, xnumeral_kind bk) {
|
||||||
|
lean_assert(!(ak == XN_MINUS_INFINITY && bk == XN_MINUS_INFINITY)); // result is undefined
|
||||||
|
lean_assert(!(ak == XN_PLUS_INFINITY && bk == XN_PLUS_INFINITY)); // result is undefined
|
||||||
|
if (ak != XN_NUMERAL) {
|
||||||
|
lean_assert(bk != ak);
|
||||||
|
numeric_traits<T>::reset(r);
|
||||||
|
rk = ak;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
switch (bk) {
|
||||||
|
case XN_MINUS_INFINITY:
|
||||||
|
numeric_traits<T>::reset(r);
|
||||||
|
rk = XN_PLUS_INFINITY;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case XN_NUMERAL:
|
||||||
|
r = a - b;
|
||||||
|
rk = XN_NUMERAL;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case XN_PLUS_INFINITY:
|
||||||
|
numeric_traits<T>::reset(r);
|
||||||
|
rk = XN_MINUS_INFINITY;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename T>
|
||||||
|
void mul(T & r, xnumeral_kind & rk, T const & a, xnumeral_kind ak, T const & b, xnumeral_kind bk) {
|
||||||
|
if (is_zero(a, ak) || is_zero(b, bk)) {
|
||||||
|
numeric_traits<T>::reset(r);
|
||||||
|
rk = XN_NUMERAL;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else if (is_infinite(ak) || is_infinite(bk)) {
|
||||||
|
if (is_pos(a, ak) == is_pos(b, bk))
|
||||||
|
rk = XN_PLUS_INFINITY;
|
||||||
|
else
|
||||||
|
rk = XN_MINUS_INFINITY;
|
||||||
|
numeric_traits<T>::reset(r);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
rk = XN_NUMERAL;
|
||||||
|
r = a * b;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
template<typename T>
|
||||||
|
void div(T & r, xnumeral_kind & rk, T const & a, xnumeral_kind ak, T const & b, xnumeral_kind bk) {
|
||||||
|
lean_assert(!is_zero(b, bk));
|
||||||
|
if (is_zero(a, ak)) {
|
||||||
|
lean_assert(!is_zero(b, bk));
|
||||||
|
numeric_traits<T>::reset(r);
|
||||||
|
rk = XN_NUMERAL;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else if (is_infinite(ak)) {
|
||||||
|
lean_assert(!is_infinite(bk));
|
||||||
|
if (is_pos(a, ak) == is_pos(b, bk))
|
||||||
|
rk = XN_PLUS_INFINITY;
|
||||||
|
else
|
||||||
|
rk = XN_MINUS_INFINITY;
|
||||||
|
numeric_traits<T>::reset(r);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else if (is_infinite(bk)) {
|
||||||
|
lean_assert(!is_infinite(ak));
|
||||||
|
numeric_traits<T>::reset(r);
|
||||||
|
rk = XN_NUMERAL;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
rk = XN_NUMERAL;
|
||||||
|
c = a / b;
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||||||
|
}
|
||||||
|
}
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||||||
|
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||||||
|
template<typename T>
|
||||||
|
void power(T & a, xnumeral_kind & ak, unsigned n) {
|
||||||
|
switch (ak) {
|
||||||
|
case XN_MINUS_INFINITY:
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||||||
|
if (n % 2 == 0)
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||||||
|
ak = XN_PLUS_INFINITY;
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||||||
|
break;
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||||||
|
case XN_NUMERAL:
|
||||||
|
numeric_traits<T>::power(a, n);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case XN_PLUS_INFINITY:
|
||||||
|
break; // do nothing
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||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
\brief Return true if (a,ak) == (b,bk).
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
template<typename T>
|
||||||
|
bool eq(T const & a, xnumeral_kind ak, T const & b, xnumeral_kind bk) {
|
||||||
|
if (ak == XN_NUMERAL) {
|
||||||
|
return bk == XN_NUMERAL && a == b;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
return ak == bk;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename T>
|
||||||
|
bool neq(T const & a, xnumeral_kind ak, T const & b, xnumeral_kind bk) {
|
||||||
|
return !eq(m, a, ak, b, bk);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename T>
|
||||||
|
bool lt(T const & a, xnumeral_kind ak, T const & b, xnumeral_kind bk) {
|
||||||
|
switch (ak) {
|
||||||
|
case XN_MINUS_INFINITY:
|
||||||
|
return bk != XN_MINUS_INFINITY;
|
||||||
|
case XN_NUMERAL:
|
||||||
|
switch (bk) {
|
||||||
|
case XN_MINUS_INFINITY:
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
case XN_NUMERAL:
|
||||||
|
return a < b;
|
||||||
|
case XN_PLUS_INFINITY:
|
||||||
|
return true;
|
||||||
|
default:
|
||||||
|
UNREACHABLE();
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
case XN_PLUS_INFINITY:
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
default:
|
||||||
|
lean_unreachable();
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename T>
|
||||||
|
bool gt(T const & a, xnumeral_kind ak, T const & b, xnumeral_kind bk) {
|
||||||
|
return lt(m, b, bk, a, ak);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename T>
|
||||||
|
bool le(T const & a, xnumeral_kind ak, T const & b, xnumeral_kind bk) {
|
||||||
|
return !gt(m, a, ak, b, bk);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename T>
|
||||||
|
bool ge(T const & a, xnumeral_kind ak, T const & b, xnumeral_kind bk) {
|
||||||
|
return !lt(m, a, ak, b, bk);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename T>
|
||||||
|
void display(std::ostream & out, T const & a, xnumeral_kind ak) {
|
||||||
|
switch (ak) {
|
||||||
|
case XN_MINUS_INFINITY: out << "-oo"; break;
|
||||||
|
case XN_NUMERAL: out << a; break;
|
||||||
|
case XN_PLUS_INFINITY: out << "+oo"; break;
|
||||||
|
}
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||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
}
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