Average Error: 33.5 → 10.6
Time: 41.8s
Precision: 64
Internal Precision: 128
\[\frac{\left(-b\right) - \sqrt{b \cdot b - 4 \cdot \left(a \cdot c\right)}}{2 \cdot a}\]
\[\begin{array}{l} \mathbf{if}\;b \le -2.8328889513248502 \cdot 10^{-121}:\\ \;\;\;\;-\frac{c}{b}\\ \mathbf{elif}\;b \le 3.18583017076239 \cdot 10^{+108}:\\ \;\;\;\;\frac{\left(-b\right) - \sqrt{(\left(a \cdot -4\right) \cdot c + \left(b \cdot b\right))_*}}{a \cdot 2}\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\frac{c}{b} - \frac{b}{a}\\ \end{array}\]

Error

Bits error versus a

Bits error versus b

Bits error versus c

Target

Original33.5
Target20.9
Herbie10.6
\[\begin{array}{l} \mathbf{if}\;b \lt 0:\\ \;\;\;\;\frac{c}{a \cdot \frac{\left(-b\right) + \sqrt{b \cdot b - 4 \cdot \left(a \cdot c\right)}}{2 \cdot a}}\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\frac{\left(-b\right) - \sqrt{b \cdot b - 4 \cdot \left(a \cdot c\right)}}{2 \cdot a}\\ \end{array}\]

Derivation

  1. Split input into 3 regimes
  2. if b < -2.8328889513248502e-121

    1. Initial program 50.8

      \[\frac{\left(-b\right) - \sqrt{b \cdot b - 4 \cdot \left(a \cdot c\right)}}{2 \cdot a}\]
    2. Initial simplification50.8

      \[\leadsto \frac{\left(-b\right) - \sqrt{(\left(-4 \cdot a\right) \cdot c + \left(b \cdot b\right))_*}}{2 \cdot a}\]
    3. Taylor expanded around -inf 11.7

      \[\leadsto \color{blue}{-1 \cdot \frac{c}{b}}\]
    4. Simplified11.7

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{-c}{b}}\]

    if -2.8328889513248502e-121 < b < 3.18583017076239e+108

    1. Initial program 11.9

      \[\frac{\left(-b\right) - \sqrt{b \cdot b - 4 \cdot \left(a \cdot c\right)}}{2 \cdot a}\]
    2. Initial simplification11.9

      \[\leadsto \frac{\left(-b\right) - \sqrt{(\left(-4 \cdot a\right) \cdot c + \left(b \cdot b\right))_*}}{2 \cdot a}\]
    3. Taylor expanded around -inf 11.9

      \[\leadsto \frac{\left(-b\right) - \sqrt{\color{blue}{{b}^{2} - 4 \cdot \left(a \cdot c\right)}}}{2 \cdot a}\]
    4. Simplified11.9

      \[\leadsto \frac{\left(-b\right) - \sqrt{\color{blue}{(\left(a \cdot -4\right) \cdot c + \left(b \cdot b\right))_*}}}{2 \cdot a}\]

    if 3.18583017076239e+108 < b

    1. Initial program 46.4

      \[\frac{\left(-b\right) - \sqrt{b \cdot b - 4 \cdot \left(a \cdot c\right)}}{2 \cdot a}\]
    2. Initial simplification46.3

      \[\leadsto \frac{\left(-b\right) - \sqrt{(\left(-4 \cdot a\right) \cdot c + \left(b \cdot b\right))_*}}{2 \cdot a}\]
    3. Taylor expanded around -inf 46.4

      \[\leadsto \frac{\left(-b\right) - \sqrt{\color{blue}{{b}^{2} - 4 \cdot \left(a \cdot c\right)}}}{2 \cdot a}\]
    4. Simplified46.3

      \[\leadsto \frac{\left(-b\right) - \sqrt{\color{blue}{(\left(a \cdot -4\right) \cdot c + \left(b \cdot b\right))_*}}}{2 \cdot a}\]
    5. Taylor expanded around inf 3.5

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{c}{b} - \frac{b}{a}}\]
  3. Recombined 3 regimes into one program.
  4. Final simplification10.6

    \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;b \le -2.8328889513248502 \cdot 10^{-121}:\\ \;\;\;\;-\frac{c}{b}\\ \mathbf{elif}\;b \le 3.18583017076239 \cdot 10^{+108}:\\ \;\;\;\;\frac{\left(-b\right) - \sqrt{(\left(a \cdot -4\right) \cdot c + \left(b \cdot b\right))_*}}{a \cdot 2}\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\frac{c}{b} - \frac{b}{a}\\ \end{array}\]

Reproduce

herbie shell --seed 2018365 +o rules:numerics
(FPCore (a b c)
  :name "The quadratic formula (r2)"

  :herbie-target
  (if (< b 0) (/ c (* a (/ (+ (- b) (sqrt (- (* b b) (* 4 (* a c))))) (* 2 a)))) (/ (- (- b) (sqrt (- (* b b) (* 4 (* a c))))) (* 2 a)))

  (/ (- (- b) (sqrt (- (* b b) (* 4 (* a c))))) (* 2 a)))

Details

Time bar (total: 33.0s)Debug log

start171.0ms

Algorithm
intervals

setup497.0ms

Pruning

1 alts after pruning (1 fresh and 0 done)

Merged error: 34.4b

localize27.0ms

Local error

Found 4 expressions with local error:

24.1b
(sqrt (fma (* -4 a) c (* b b)))
1.2b
(- (- b) (sqrt (fma (* -4 a) c (* b b))))
0.1b
(/ (- (- b) (sqrt (fma (* -4 a) c (* b b)))) (* 2 a))
0.0b
(fma (* -4 a) c (* b b))

rewrite25.0ms

Algorithm
rewrite-expression-head
Counts
4 → 100
Calls

4 calls. Slowest were:

17.0ms
(/ (- (- b) (sqrt (fma (* -4 a) c (* b b)))) (* 2 a))
5.0ms
(- (- b) (sqrt (fma (* -4 a) c (* b b))))
1.0ms
(sqrt (fma (* -4 a) c (* b b)))

series240.0ms

Counts
4 → 12
Calls

4 calls. Slowest were:

76.0ms
(/ (- (- b) (sqrt (fma (* -4 a) c (* b b)))) (* 2 a))
69.0ms
(sqrt (fma (* -4 a) c (* b b)))
48.0ms
(- (- b) (sqrt (fma (* -4 a) c (* b b))))
47.0ms
(fma (* -4 a) c (* b b))

simplify3.5s

Counts
93 → 112
Calls

93 calls. Slowest were:

338.0ms
(- (* (- b) (- b)) (* (sqrt (fma (* -4 a) c (* b b))) (sqrt (fma (* -4 a) c (* b b)))))
151.0ms
(- (pow (- b) 3) (pow (sqrt (fma (* -4 a) c (* b b))) 3))
107.0ms
(- (* 2 (/ (* a c) b)) (* 2 b))

prune1.5s

Pruning

6 alts after pruning (6 fresh and 0 done)

Merged error: 5.9b

localize31.0ms

Local error

Found 4 expressions with local error:

24.1b
(sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))
1.2b
(- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))
0.1b
(/ (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))) (* 2 a))
0.0b
(fma (* a -4) c (* b b))

rewrite38.0ms

Algorithm
rewrite-expression-head
Counts
4 → 100
Calls

4 calls. Slowest were:

23.0ms
(/ (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))) (* 2 a))
10.0ms
(- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))
2.0ms
(sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))

series236.0ms

Counts
4 → 12
Calls

4 calls. Slowest were:

80.0ms
(/ (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))) (* 2 a))
57.0ms
(- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))
51.0ms
(fma (* a -4) c (* b b))
48.0ms
(sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))

simplify3.7s

Counts
93 → 112
Calls

93 calls. Slowest were:

323.0ms
(- (* (- b) (- b)) (* (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))))
184.0ms
(- (pow (- b) 3) (pow (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))) 3))
141.0ms
(/ (* (* (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))) (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))) (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))) (* (* (* 2 a) (* 2 a)) (* 2 a)))

prune1.4s

Pruning

6 alts after pruning (5 fresh and 1 done)

Merged error: 5.9b

localize6.0ms

Local error

Found 4 expressions with local error:

24.1b
(sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))
1.2b
(- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))
0.2b
(/ 1 (/ (* 2 a) (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))))
0.1b
(/ (* 2 a) (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))))

rewrite17.0ms

Algorithm
rewrite-expression-head
Counts
4 → 118
Calls

4 calls. Slowest were:

7.0ms
(/ (* 2 a) (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))))
5.0ms
(- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))
4.0ms
(/ 1 (/ (* 2 a) (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))))

series313.0ms

Counts
4 → 12
Calls

4 calls. Slowest were:

110.0ms
(/ (* 2 a) (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))))
88.0ms
(/ 1 (/ (* 2 a) (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))))
74.0ms
(- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))
41.0ms
(sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))

simplify4.2s

Counts
108 → 130
Calls

108 calls. Slowest were:

511.0ms
(+ (* (- b) (- b)) (+ (* (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))) (* (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))))
426.0ms
(+ (* (- b) (- b)) (+ (* (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))) (* (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))))
106.0ms
(- (* 2 (/ (* a c) b)) (* 2 b))

prune2.2s

Pruning

7 alts after pruning (5 fresh and 2 done)

Merged error: 5.9b

localize15.0ms

Local error

Found 4 expressions with local error:

24.1b
(sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))
1.2b
(- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))
0.3b
(/ (/ 1 (* 2 a)) (/ 1 (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))))
0.1b
(/ 1 (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))))

rewrite15.0ms

Algorithm
rewrite-expression-head
Counts
4 → 136
Calls

4 calls. Slowest were:

5.0ms
(/ (/ 1 (* 2 a)) (/ 1 (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))))
4.0ms
(- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))
3.0ms
(/ 1 (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))))

series301.0ms

Counts
4 → 12
Calls

4 calls. Slowest were:

94.0ms
(/ 1 (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))))
76.0ms
(/ (/ 1 (* 2 a)) (/ 1 (- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))))
75.0ms
(- (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))))
55.0ms
(sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))

simplify11.4s

Counts
143 → 148
Calls

143 calls. Slowest were:

637.0ms
(/ 1 (/ 1 (- (* (- b) (- b)) (* (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))))))
618.0ms
(/ 1 (/ 1 (- (* (- b) (- b)) (* (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))))))
563.0ms
(/ (cbrt (/ 1 (* 2 a))) (+ (* (- b) (- b)) (+ (* (sqrt (fma (* a -4) c (* b b))) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))) (* (- b) (sqrt (fma (* a -4) c (* b b)))))))

prune2.4s

Pruning

9 alts after pruning (6 fresh and 3 done)

Merged error: 5.9b

regimes385.0ms

Accuracy

82.2% (5.0b remaining)

Error of 10.6b against oracle of 5.6b and baseline of 33.5b

bsearch312.0ms