Average Error: 45.3 → 24.5
Time: 8.5s
Precision: binary64
\[\mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \left(x \cdot y + z\right)\right)\]
\[\begin{array}{l} \mathbf{if}\;\mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \left(z + x \cdot y\right)\right) \leq -1:\\ \;\;\;\;\mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \left(z + x \cdot y\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;-1 + \left(\mathsf{fma}\left(x, y, z\right) + z \cdot \sqrt[3]{-1}\right)\\ \end{array}\]
\mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \left(x \cdot y + z\right)\right)
\begin{array}{l}
\mathbf{if}\;\mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \left(z + x \cdot y\right)\right) \leq -1:\\
\;\;\;\;\mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \left(z + x \cdot y\right)\right)\\

\mathbf{else}:\\
\;\;\;\;-1 + \left(\mathsf{fma}\left(x, y, z\right) + z \cdot \sqrt[3]{-1}\right)\\

\end{array}
(FPCore (x y z) :precision binary64 (- (fma x y z) (+ 1.0 (+ (* x y) z))))
(FPCore (x y z)
 :precision binary64
 (if (<= (- (fma x y z) (+ 1.0 (+ z (* x y)))) -1.0)
   (- (fma x y z) (+ 1.0 (+ z (* x y))))
   (+ -1.0 (+ (fma x y z) (* z (cbrt -1.0))))))
double code(double x, double y, double z) {
	return fma(x, y, z) - (1.0 + ((x * y) + z));
}
double code(double x, double y, double z) {
	double tmp;
	if ((fma(x, y, z) - (1.0 + (z + (x * y)))) <= -1.0) {
		tmp = fma(x, y, z) - (1.0 + (z + (x * y)));
	} else {
		tmp = -1.0 + (fma(x, y, z) + (z * cbrt(-1.0)));
	}
	return tmp;
}

Error

Bits error versus x

Bits error versus y

Bits error versus z

Target

Original45.3
Target0
Herbie24.5
\[-1\]

Derivation

  1. Split input into 2 regimes
  2. if (-.f64 (fma.f64 x y z) (+.f64 1 (+.f64 (*.f64 x y) z))) < -1

    1. Initial program 0.3

      \[\mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \left(x \cdot y + z\right)\right)\]

    if -1 < (-.f64 (fma.f64 x y z) (+.f64 1 (+.f64 (*.f64 x y) z)))

    1. Initial program 62.1

      \[\mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \left(x \cdot y + z\right)\right)\]
    2. Using strategy rm
    3. Applied add-cube-cbrt_binary64_250062.1

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \color{blue}{\left(\sqrt[3]{x \cdot y + z} \cdot \sqrt[3]{x \cdot y + z}\right) \cdot \sqrt[3]{x \cdot y + z}}\right)\]
    4. Simplified62.1

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \color{blue}{\left(\sqrt[3]{z + x \cdot y} \cdot \sqrt[3]{z + x \cdot y}\right)} \cdot \sqrt[3]{x \cdot y + z}\right)\]
    5. Simplified62.1

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \left(\sqrt[3]{z + x \cdot y} \cdot \sqrt[3]{z + x \cdot y}\right) \cdot \color{blue}{\sqrt[3]{z + x \cdot y}}\right)\]
    6. Taylor expanded around inf 63.3

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \left(\sqrt[3]{z + x \cdot y} \cdot \sqrt[3]{z + x \cdot y}\right) \cdot \color{blue}{{z}^{0.3333333333333333}}\right)\]
    7. Simplified62.2

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \left(\sqrt[3]{z + x \cdot y} \cdot \sqrt[3]{z + x \cdot y}\right) \cdot \color{blue}{\sqrt[3]{z}}\right)\]
    8. Taylor expanded around -inf 33.5

      \[\leadsto \color{blue}{\left(z \cdot \sqrt[3]{-1} + \mathsf{fma}\left(x, y, z\right)\right) - 1}\]
  3. Recombined 2 regimes into one program.
  4. Final simplification24.5

    \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;\mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \left(z + x \cdot y\right)\right) \leq -1:\\ \;\;\;\;\mathsf{fma}\left(x, y, z\right) - \left(1 + \left(z + x \cdot y\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;-1 + \left(\mathsf{fma}\left(x, y, z\right) + z \cdot \sqrt[3]{-1}\right)\\ \end{array}\]

Reproduce

herbie shell --seed 2021098 
(FPCore (x y z)
  :name "simple fma test"
  :precision binary64

  :herbie-target
  -1.0

  (- (fma x y z) (+ 1.0 (+ (* x y) z))))