Diagrams.Solve.Polynomial:cubForm from diagrams-solve-0.1, J

Average Error: 20.5 → 9.2

Time: 13.6s

Precision: binary64

\[[t, a]=\mathsf{sort}([t, a])\]

Math

\[\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c} \]

↓

\[\begin{array}{l} t_1 := \frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c}\\ \mathbf{if}\;t_1 \leq -\infty:\\ \;\;\;\;\frac{\mathsf{fma}\left(t \cdot a, -4, \frac{b}{z}\right)}{c}\\ \mathbf{elif}\;t_1 \leq -4.7002385192689644 \cdot 10^{+51}:\\ \;\;\;\;t_1\\ \mathbf{elif}\;t_1 \leq 1.766997323128547 \cdot 10^{-50}:\\ \;\;\;\;\frac{\left(t \cdot a\right) \cdot -4 + \frac{\mathsf{fma}\left(x, 9 \cdot y, b\right)}{z}}{c}\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(\frac{b}{z \cdot c} + 9 \cdot \frac{x \cdot y}{z \cdot c}\right) - 4 \cdot \frac{t \cdot a}{c}\\ \end{array} \]

FPCore

(FPCore (x y z t a b c)
 :precision binary64
 (/ (+ (- (* (* x 9.0) y) (* (* (* z 4.0) t) a)) b) (* z c)))

↓

(FPCore (x y z t a b c)
 :precision binary64
 (let* ((t_1 (/ (+ (- (* (* x 9.0) y) (* (* (* z 4.0) t) a)) b) (* z c))))
   (if (<= t_1 (- INFINITY))
     (/ (fma (* t a) -4.0 (/ b z)) c)
     (if (<= t_1 -4.7002385192689644e+51)
       t_1
       (if (<= t_1 1.766997323128547e-50)
         (/ (+ (* (* t a) -4.0) (/ (fma x (* 9.0 y) b) z)) c)
         (-
          (+ (/ b (* z c)) (* 9.0 (/ (* x y) (* z c))))
          (* 4.0 (/ (* t a) c))))))))

C

double code(double x, double y, double z, double t, double a, double b, double c) {
	return ((((x * 9.0) * y) - (((z * 4.0) * t) * a)) + b) / (z * c);
}

↓

double code(double x, double y, double z, double t, double a, double b, double c) {
	double t_1 = ((((x * 9.0) * y) - (((z * 4.0) * t) * a)) + b) / (z * c);
	double tmp;
	if (t_1 <= -((double) INFINITY)) {
		tmp = fma((t * a), -4.0, (b / z)) / c;
	} else if (t_1 <= -4.7002385192689644e+51) {
		tmp = t_1;
	} else if (t_1 <= 1.766997323128547e-50) {
		tmp = (((t * a) * -4.0) + (fma(x, (9.0 * y), b) / z)) / c;
	} else {
		tmp = ((b / (z * c)) + (9.0 * ((x * y) / (z * c)))) - (4.0 * ((t * a) / c));
	}
	return tmp;
}

Error

Bits error versus x

Bits error versus y

Bits error versus z

Bits error versus t

Bits error versus a

Bits error versus b

Bits error versus c

Target

Original	20.5
Target	14.9
Herbie	9.2

\[\begin{array}{l} \mathbf{if}\;\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c} < -1.100156740804105 \cdot 10^{-171}:\\ \;\;\;\;\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(z \cdot 4\right) \cdot \left(t \cdot a\right)\right) + b}{z \cdot c}\\ \mathbf{elif}\;\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c} < 0:\\ \;\;\;\;\frac{\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z}}{c}\\ \mathbf{elif}\;\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c} < 1.1708877911747488 \cdot 10^{-53}:\\ \;\;\;\;\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(z \cdot 4\right) \cdot \left(t \cdot a\right)\right) + b}{z \cdot c}\\ \mathbf{elif}\;\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c} < 2.876823679546137 \cdot 10^{+130}:\\ \;\;\;\;\left(\left(9 \cdot \frac{y}{c}\right) \cdot \frac{x}{z} + \frac{b}{c \cdot z}\right) - 4 \cdot \frac{a \cdot t}{c}\\ \mathbf{elif}\;\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c} < 1.3838515042456319 \cdot 10^{+158}:\\ \;\;\;\;\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(z \cdot 4\right) \cdot \left(t \cdot a\right)\right) + b}{z \cdot c}\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(9 \cdot \left(\frac{y}{c \cdot z} \cdot x\right) + \frac{b}{c \cdot z}\right) - 4 \cdot \frac{a \cdot t}{c}\\ \end{array} \]

Derivation

1. Split input into 4 regimes

2. if (/.f64 (+.f64 (-.f64 (*.f64 (*.f64 x 9) y) (*.f64 (*.f64 (*.f64 z 4) t) a)) b) (*.f64 z c)) < -inf.0

   1. Initial program 64.0

      \[\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c} \]

   2. Simplified 26.3

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{\mathsf{fma}\left(t, a \cdot -4, \frac{\mathsf{fma}\left(x, 9 \cdot y, b\right)}{z}\right)}{c}} \]

   3. Taylor expanded in x around 0 28.8

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{\frac{b}{z} - 4 \cdot \left(a \cdot t\right)}{c}} \]

   4. Simplified 28.8

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{\mathsf{fma}\left(a \cdot t, -4, \frac{b}{z}\right)}{c}} \]

   if -inf.0 < (/.f64 (+.f64 (-.f64 (*.f64 (*.f64 x 9) y) (*.f64 (*.f64 (*.f64 z 4) t) a)) b) (*.f64 z c)) < -4.7002385192689644e51

   1. Initial program 0.8

      \[\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c} \]

   if -4.7002385192689644e51 < (/.f64 (+.f64 (-.f64 (*.f64 (*.f64 x 9) y) (*.f64 (*.f64 (*.f64 z 4) t) a)) b) (*.f64 z c)) < 1.76699732312854694e-50

   1. Initial program 13.4

      \[\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c} \]

   2. Simplified 1.4

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{\mathsf{fma}\left(t, a \cdot -4, \frac{\mathsf{fma}\left(x, 9 \cdot y, b\right)}{z}\right)}{c}} \]

   3. Applied fma-udef_binary64 1.4

      \[\leadsto \frac{\color{blue}{t \cdot \left(a \cdot -4\right) + \frac{\mathsf{fma}\left(x, 9 \cdot y, b\right)}{z}}}{c} \]

   4. Simplified 1.4

      \[\leadsto \frac{\color{blue}{\left(a \cdot t\right) \cdot -4} + \frac{\mathsf{fma}\left(x, 9 \cdot y, b\right)}{z}}{c} \]

   if 1.76699732312854694e-50 < (/.f64 (+.f64 (-.f64 (*.f64 (*.f64 x 9) y) (*.f64 (*.f64 (*.f64 z 4) t) a)) b) (*.f64 z c))

   1. Initial program 26.2

      \[\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c} \]

   2. Simplified 18.9

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{\mathsf{fma}\left(t, a \cdot -4, \frac{\mathsf{fma}\left(x, 9 \cdot y, b\right)}{z}\right)}{c}} \]

   3. Taylor expanded in t around 0 14.8

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{b}{c \cdot z} + 9 \cdot \frac{y \cdot x}{c \cdot z}\right) - 4 \cdot \frac{a \cdot t}{c}} \]
3. Recombined 4 regimes into one program.

4. Final simplification 9.2

   \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c} \leq -\infty:\\ \;\;\;\;\frac{\mathsf{fma}\left(t \cdot a, -4, \frac{b}{z}\right)}{c}\\ \mathbf{elif}\;\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c} \leq -4.7002385192689644 \cdot 10^{+51}:\\ \;\;\;\;\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c}\\ \mathbf{elif}\;\frac{\left(\left(x \cdot 9\right) \cdot y - \left(\left(z \cdot 4\right) \cdot t\right) \cdot a\right) + b}{z \cdot c} \leq 1.766997323128547 \cdot 10^{-50}:\\ \;\;\;\;\frac{\left(t \cdot a\right) \cdot -4 + \frac{\mathsf{fma}\left(x, 9 \cdot y, b\right)}{z}}{c}\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(\frac{b}{z \cdot c} + 9 \cdot \frac{x \cdot y}{z \cdot c}\right) - 4 \cdot \frac{t \cdot a}{c}\\ \end{array} \]

Reproduce

herbie shell --seed 2021313 
(FPCore (x y z t a b c)
  :name "Diagrams.Solve.Polynomial:cubForm  from diagrams-solve-0.1, J"
  :precision binary64

  :herbie-target
  (if (< (/ (+ (- (* (* x 9.0) y) (* (* (* z 4.0) t) a)) b) (* z c)) -1.100156740804105e-171) (/ (+ (- (* (* x 9.0) y) (* (* z 4.0) (* t a))) b) (* z c)) (if (< (/ (+ (- (* (* x 9.0) y) (* (* (* z 4.0) t) a)) b) (* z c)) 0.0) (/ (/ (+ (- (* (* x 9.0) y) (* (* (* z 4.0) t) a)) b) z) c) (if (< (/ (+ (- (* (* x 9.0) y) (* (* (* z 4.0) t) a)) b) (* z c)) 1.1708877911747488e-53) (/ (+ (- (* (* x 9.0) y) (* (* z 4.0) (* t a))) b) (* z c)) (if (< (/ (+ (- (* (* x 9.0) y) (* (* (* z 4.0) t) a)) b) (* z c)) 2.876823679546137e+130) (- (+ (* (* 9.0 (/ y c)) (/ x z)) (/ b (* c z))) (* 4.0 (/ (* a t) c))) (if (< (/ (+ (- (* (* x 9.0) y) (* (* (* z 4.0) t) a)) b) (* z c)) 1.3838515042456319e+158) (/ (+ (- (* (* x 9.0) y) (* (* z 4.0) (* t a))) b) (* z c)) (- (+ (* 9.0 (* (/ y (* c z)) x)) (/ b (* c z))) (* 4.0 (/ (* a t) c))))))))

  (/ (+ (- (* (* x 9.0) y) (* (* (* z 4.0) t) a)) b) (* z c)))