]> Cypherpunks repositories - gostls13.git/commitdiff
added Newton-Raphson Division as an additional bignum testcase
authorRobert Griesemer <gri@golang.org>
Wed, 26 Aug 2009 16:46:12 +0000 (09:46 -0700)
committerRobert Griesemer <gri@golang.org>
Wed, 26 Aug 2009 16:46:12 +0000 (09:46 -0700)
R=rsc
DELTA=192  (192 added, 0 deleted, 0 changed)
OCL=33853
CL=33864

src/pkg/bignum/nrdiv_test.go [new file with mode: 0644]

diff --git a/src/pkg/bignum/nrdiv_test.go b/src/pkg/bignum/nrdiv_test.go
new file mode 100644 (file)
index 0000000..24cb4d5
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,192 @@
+// Copyright 2009 The Go Authors. All rights reserved.
+// Use of this source code is governed by a BSD-style
+// license that can be found in the LICENSE file.
+
+// This file implements Newton-Raphson division and uses
+// it as an additional test case for bignum.
+//
+// Division of x/y is achieved by computing r = 1/y to
+// obtain the quotient q = x*r = x*(1/y) = x/y. The
+// reciprocal r is the solution for f(x) = 1/x - y and
+// the solution is approximated through iteration. The
+// iteration does not require division.
+
+package bignum
+
+import "testing"
+
+
+// An fpNat is a Natural scaled by a power of two
+// (an unsigned floating point representation). The
+// value of an fpNat x is x.m * 2^x.e .
+//
+type fpNat struct {
+       m Natural;
+       e int;
+}
+
+
+// sub computes x - y.
+func (x fpNat) sub(y fpNat) fpNat {
+       switch d := x.e - y.e; {
+       case d < 0:
+               return fpNat{x.m.Sub(y.m.Shl(uint(-d))), x.e};
+       case d > 0:
+               return fpNat{x.m.Shl(uint(d)).Sub(y.m), y.e};
+       }
+       return fpNat{x.m.Sub(y.m), x.e};
+}
+
+
+// mul2 computes x*2.
+func (x fpNat) mul2() fpNat {
+       return fpNat{x.m, x.e+1};
+}
+
+
+// mul computes x*y.
+func (x fpNat) mul(y fpNat) fpNat {
+       return fpNat{x.m.Mul(y.m), x.e + y.e};
+}
+
+
+// mant computes the (possibly truncated) Natural representation
+// of an fpNat x.
+//
+func (x fpNat) mant() Natural {
+       switch {
+       case x.e > 0: return x.m.Shl(uint(x.e));
+       case x.e < 0: return x.m.Shr(uint(-x.e));
+       }
+       return x.m;
+}
+
+
+// nrDivEst computes an estimate of the quotient q = x0/y0 and returns q.
+// q may be too small (usually by 1).
+//
+func nrDivEst(x0, y0 Natural) Natural {
+       if y0.IsZero() {
+               panic("division by zero");
+               return nil;
+       }
+       // y0 > 0
+
+       if y0.Cmp(Nat(1)) == 0 {
+               return x0;
+       }
+       // y0 > 1
+
+       switch d := x0.Cmp(y0); {
+       case d < 0:
+               return Nat(0);
+       case d == 0:
+               return Nat(1);
+       }
+       // x0 > y0 > 1
+
+       // Determine maximum result length.
+       maxLen := int(x0.Log2() - y0.Log2() + 1);
+
+       // In the following, each number x is represented
+       // as a mantissa x.m and an exponent x.e such that
+       // x = xm * 2^x.e.
+       x := fpNat{x0, 0};
+       y := fpNat{y0, 0};
+
+       // Determine a scale factor f = 2^e such that
+       // 0.5 <= y/f == y*(2^-e) < 1.0
+       // and scale y accordingly.
+       e := int(y.m.Log2()) + 1;
+       y.e -= e;
+
+       // t1
+       var c = 2.9142;
+       const n = 14;
+       t1 := fpNat{Nat(uint64(c*(1<<n))), -n};
+
+       // Compute initial value r0 for the reciprocal of y/f.
+       // r0 = t1 - 2*y
+       r := t1.sub(y.mul2());
+       two := fpNat{Nat(2), 0};
+
+       // Newton-Raphson iteration
+       p := Nat(0);
+       for i := 0; ; i++ {
+               // check if we are done
+               // TODO: Need to come up with a better test here
+               //       as it will reduce computation time significantly.
+               // q = x*r/f
+               q := x.mul(r);
+               q.e -= e;
+               res := q.mant();
+               if res.Cmp(p) == 0 {
+                       return res;
+               }
+               p = res;
+
+               // r' = r*(2 - y*r)
+               r = r.mul(two.sub(y.mul(r)));
+
+               // reduce mantissa size
+               // TODO: Find smaller bound as it will reduce
+               //       computation time massively.
+               d := int(r.m.Log2()+1) - maxLen;
+               if d > 0 {
+                       r = fpNat{r.m.Shr(uint(d)), r.e+d};
+               }
+       }
+
+       panic("unreachable");
+       return nil;
+}
+
+
+func nrdiv(x, y Natural) (q, r Natural) {
+       q = nrDivEst(x, y);
+       r = x.Sub(y.Mul(q));
+       // if r is too large, correct q and r
+       // (usually one iteration)
+       for r.Cmp(y) >= 0 {
+               q = q.Add(Nat(1));
+               r = r.Sub(y);
+       }
+       return;
+}
+
+
+func div(t *testing.T, x, y Natural) {
+       q, r := nrdiv(x, y);
+       qx, rx := x.DivMod(y);
+       if q.Cmp(qx) != 0 {
+               t.Errorf("x = %s, y = %s, got q = %s, want q = %s", x, y, q, qx);
+       }
+       if r.Cmp(rx) != 0 {
+               t.Errorf("x = %s, y = %s, got r = %s, want r = %s", x, y, r, rx);
+       }
+}
+
+
+func idiv(t *testing.T, x0, y0 uint64) {
+       div(t, Nat(x0), Nat(y0));
+}
+
+
+func TestNRDiv(t *testing.T) {
+       idiv(t, 17, 18);
+       idiv(t, 17, 17);
+       idiv(t, 17, 1);
+       idiv(t, 17, 16);
+       idiv(t, 17, 10);
+       idiv(t, 17, 9);
+       idiv(t, 17, 8);
+       idiv(t, 17, 5);
+       idiv(t, 17, 3);
+       idiv(t, 1025, 512);
+       idiv(t, 7489595, 2);
+       idiv(t, 5404679459, 78495);
+       idiv(t, 7484890589595, 7484890589594);
+       div(t, Fact(100), Fact(91));
+       div(t, Fact(1000), Fact(991));
+       //div(t, Fact(10000), Fact(9991));  // takes too long - disabled for now
+}