Numeric.SpecFunctions:logGamma from math-functions-0.1.5.2, C

Average Error: 26.7 → 0.9

Time: 12.6s

Precision: binary64

Math

\[\frac{\left(x - 2\right) \cdot \left(\left(\left(\left(x \cdot 4.16438922228 + 78.6994924154\right) \cdot x + 137.519416416\right) \cdot x + y\right) \cdot x + z\right)}{\left(\left(\left(x + 43.3400022514\right) \cdot x + 263.505074721\right) \cdot x + 313.399215894\right) \cdot x + 47.066876606} \]

↓

\[\begin{array}{l} \mathbf{if}\;x \leq -1.6701017375578257 \cdot 10^{+76}:\\ \;\;\;\;\frac{x - 2}{0.24013125253755718}\\ \mathbf{elif}\;x \leq 4.3099226371597455 \cdot 10^{+48}:\\ \;\;\;\;\left(x - 2\right) \cdot \frac{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, 78.6994924154\right), 137.519416416\right), y\right), z\right)}{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, x + 43.3400022514, 263.505074721\right), 313.399215894\right), 47.066876606\right)}\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(\mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, \frac{3655.1204654076414}{x}\right) + \frac{y}{x \cdot x}\right) - \left(110.1139242984811 + \frac{130977.50649958357}{x \cdot x}\right)\\ \end{array} \]

FPCore

(FPCore (x y z)
 :precision binary64
 (/
  (*
   (- x 2.0)
   (+
    (*
     (+ (* (+ (* (+ (* x 4.16438922228) 78.6994924154) x) 137.519416416) x) y)
     x)
    z))
  (+
   (* (+ (* (+ (* (+ x 43.3400022514) x) 263.505074721) x) 313.399215894) x)
   47.066876606)))

↓

(FPCore (x y z)
 :precision binary64
 (if (<= x -1.6701017375578257e+76)
   (/ (- x 2.0) 0.24013125253755718)
   (if (<= x 4.3099226371597455e+48)
     (*
      (- x 2.0)
      (/
       (fma
        x
        (fma x (fma x (fma x 4.16438922228 78.6994924154) 137.519416416) y)
        z)
       (fma
        x
        (fma x (fma x (+ x 43.3400022514) 263.505074721) 313.399215894)
        47.066876606)))
     (-
      (+ (fma x 4.16438922228 (/ 3655.1204654076414 x)) (/ y (* x x)))
      (+ 110.1139242984811 (/ 130977.50649958357 (* x x)))))))

C

double code(double x, double y, double z) {
	return ((x - 2.0) * ((((((((x * 4.16438922228) + 78.6994924154) * x) + 137.519416416) * x) + y) * x) + z)) / (((((((x + 43.3400022514) * x) + 263.505074721) * x) + 313.399215894) * x) + 47.066876606);
}

↓

double code(double x, double y, double z) {
	double tmp;
	if (x <= -1.6701017375578257e+76) {
		tmp = (x - 2.0) / 0.24013125253755718;
	} else if (x <= 4.3099226371597455e+48) {
		tmp = (x - 2.0) * (fma(x, fma(x, fma(x, fma(x, 4.16438922228, 78.6994924154), 137.519416416), y), z) / fma(x, fma(x, fma(x, (x + 43.3400022514), 263.505074721), 313.399215894), 47.066876606));
	} else {
		tmp = (fma(x, 4.16438922228, (3655.1204654076414 / x)) + (y / (x * x))) - (110.1139242984811 + (130977.50649958357 / (x * x)));
	}
	return tmp;
}

Error

Bits error versus x

Bits error versus y

Bits error versus z

Target

Original	26.7
Target	0.8
Herbie	0.9

\[\begin{array}{l} \mathbf{if}\;x < -3.326128725870005 \cdot 10^{+62}:\\ \;\;\;\;\left(\frac{y}{x \cdot x} + 4.16438922228 \cdot x\right) - 110.1139242984811\\ \mathbf{elif}\;x < 9.429991714554673 \cdot 10^{+55}:\\ \;\;\;\;\frac{x - 2}{1} \cdot \frac{\left(\left(\left(x \cdot 4.16438922228 + 78.6994924154\right) \cdot x + 137.519416416\right) \cdot x + y\right) \cdot x + z}{\left(\left(263.505074721 \cdot x + \left(43.3400022514 \cdot \left(x \cdot x\right) + x \cdot \left(x \cdot x\right)\right)\right) + 313.399215894\right) \cdot x + 47.066876606}\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(\frac{y}{x \cdot x} + 4.16438922228 \cdot x\right) - 110.1139242984811\\ \end{array} \]

Derivation

1. Split input into 3 regimes

2. if x < -1.6701017375578257e76

   1. Initial program 64.0

      \[\frac{\left(x - 2\right) \cdot \left(\left(\left(\left(x \cdot 4.16438922228 + 78.6994924154\right) \cdot x + 137.519416416\right) \cdot x + y\right) \cdot x + z\right)}{\left(\left(\left(x + 43.3400022514\right) \cdot x + 263.505074721\right) \cdot x + 313.399215894\right) \cdot x + 47.066876606} \]

   2. Simplified 64.0

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{\left(x - 2\right) \cdot \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, 78.6994924154\right), 137.519416416\right), y\right), z\right)}{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, x + 43.3400022514, 263.505074721\right), 313.399215894\right), 47.066876606\right)}} \]

   3. Applied associate-/l*_binary64 63.8

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{x - 2}{\frac{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, x + 43.3400022514, 263.505074721\right), 313.399215894\right), 47.066876606\right)}{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, 78.6994924154\right), 137.519416416\right), y\right), z\right)}}} \]

   4. Taylor expanded in x around inf 0.7

      \[\leadsto \frac{x - 2}{\color{blue}{0.24013125253755718}} \]

   if -1.6701017375578257e76 < x < 4.3099226371597455e48

   1. Initial program 2.8

      \[\frac{\left(x - 2\right) \cdot \left(\left(\left(\left(x \cdot 4.16438922228 + 78.6994924154\right) \cdot x + 137.519416416\right) \cdot x + y\right) \cdot x + z\right)}{\left(\left(\left(x + 43.3400022514\right) \cdot x + 263.505074721\right) \cdot x + 313.399215894\right) \cdot x + 47.066876606} \]

   2. Simplified 2.8

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{\left(x - 2\right) \cdot \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, 78.6994924154\right), 137.519416416\right), y\right), z\right)}{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, x + 43.3400022514, 263.505074721\right), 313.399215894\right), 47.066876606\right)}} \]

   3. Applied associate-/l*_binary64 1.0

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{x - 2}{\frac{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, x + 43.3400022514, 263.505074721\right), 313.399215894\right), 47.066876606\right)}{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, 78.6994924154\right), 137.519416416\right), y\right), z\right)}}} \]

   4. Applied div-inv_binary64 1.0

      \[\leadsto \color{blue}{\left(x - 2\right) \cdot \frac{1}{\frac{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, x + 43.3400022514, 263.505074721\right), 313.399215894\right), 47.066876606\right)}{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, 78.6994924154\right), 137.519416416\right), y\right), z\right)}}} \]

   5. Simplified 1.0

      \[\leadsto \left(x - 2\right) \cdot \color{blue}{\left(\frac{1}{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, x + 43.3400022514, 263.505074721\right), 313.399215894\right), 47.066876606\right)} \cdot \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, 78.6994924154\right), 137.519416416\right), y\right), z\right)\right)} \]

   6. Applied pow1_binary64 1.0

      \[\leadsto \left(x - 2\right) \cdot \left(\frac{1}{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, x + 43.3400022514, 263.505074721\right), 313.399215894\right), 47.066876606\right)} \cdot \color{blue}{{\left(\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, 78.6994924154\right), 137.519416416\right), y\right), z\right)\right)}^{1}}\right) \]

   7. Applied pow1_binary64 1.0

      \[\leadsto \left(x - 2\right) \cdot \left(\color{blue}{{\left(\frac{1}{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, x + 43.3400022514, 263.505074721\right), 313.399215894\right), 47.066876606\right)}\right)}^{1}} \cdot {\left(\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, 78.6994924154\right), 137.519416416\right), y\right), z\right)\right)}^{1}\right) \]

   8. Applied pow-prod-down_binary64 1.0

      \[\leadsto \left(x - 2\right) \cdot \color{blue}{{\left(\frac{1}{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, x + 43.3400022514, 263.505074721\right), 313.399215894\right), 47.066876606\right)} \cdot \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, 78.6994924154\right), 137.519416416\right), y\right), z\right)\right)}^{1}} \]

   9. Simplified 0.9

      \[\leadsto \left(x - 2\right) \cdot {\color{blue}{\left(\frac{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, 78.6994924154\right), 137.519416416\right), y\right), z\right)}{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, x + 43.3400022514, 263.505074721\right), 313.399215894\right), 47.066876606\right)}\right)}}^{1} \]

   if 4.3099226371597455e48 < x

   1. Initial program 61.5

      \[\frac{\left(x - 2\right) \cdot \left(\left(\left(\left(x \cdot 4.16438922228 + 78.6994924154\right) \cdot x + 137.519416416\right) \cdot x + y\right) \cdot x + z\right)}{\left(\left(\left(x + 43.3400022514\right) \cdot x + 263.505074721\right) \cdot x + 313.399215894\right) \cdot x + 47.066876606} \]

   2. Simplified 61.5

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{\left(x - 2\right) \cdot \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, 78.6994924154\right), 137.519416416\right), y\right), z\right)}{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, x + 43.3400022514, 263.505074721\right), 313.399215894\right), 47.066876606\right)}} \]

   3. Taylor expanded in x around inf 1.0

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{y}{{x}^{2}} + \left(3655.1204654076414 \cdot \frac{1}{x} + 4.16438922228 \cdot x\right)\right) - \left(110.1139242984811 + 130977.50649958357 \cdot \frac{1}{{x}^{2}}\right)} \]

   4. Simplified 1.0

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, \frac{3655.1204654076414}{x}\right) + \frac{y}{x \cdot x}\right) - \left(110.1139242984811 + \frac{130977.50649958357}{x \cdot x}\right)} \]
3. Recombined 3 regimes into one program.

4. Final simplification 0.9

   \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;x \leq -1.6701017375578257 \cdot 10^{+76}:\\ \;\;\;\;\frac{x - 2}{0.24013125253755718}\\ \mathbf{elif}\;x \leq 4.3099226371597455 \cdot 10^{+48}:\\ \;\;\;\;\left(x - 2\right) \cdot \frac{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, 78.6994924154\right), 137.519416416\right), y\right), z\right)}{\mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, \mathsf{fma}\left(x, x + 43.3400022514, 263.505074721\right), 313.399215894\right), 47.066876606\right)}\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(\mathsf{fma}\left(x, 4.16438922228, \frac{3655.1204654076414}{x}\right) + \frac{y}{x \cdot x}\right) - \left(110.1139242984811 + \frac{130977.50649958357}{x \cdot x}\right)\\ \end{array} \]

Reproduce

herbie shell --seed 2022068 
(FPCore (x y z)
  :name "Numeric.SpecFunctions:logGamma from math-functions-0.1.5.2, C"
  :precision binary64

  :herbie-target
  (if (< x -3.326128725870005e+62) (- (+ (/ y (* x x)) (* 4.16438922228 x)) 110.1139242984811) (if (< x 9.429991714554673e+55) (* (/ (- x 2.0) 1.0) (/ (+ (* (+ (* (+ (* (+ (* x 4.16438922228) 78.6994924154) x) 137.519416416) x) y) x) z) (+ (* (+ (+ (* 263.505074721 x) (+ (* 43.3400022514 (* x x)) (* x (* x x)))) 313.399215894) x) 47.066876606))) (- (+ (/ y (* x x)) (* 4.16438922228 x)) 110.1139242984811)))

  (/ (* (- x 2.0) (+ (* (+ (* (+ (* (+ (* x 4.16438922228) 78.6994924154) x) 137.519416416) x) y) x) z)) (+ (* (+ (* (+ (* (+ x 43.3400022514) x) 263.505074721) x) 313.399215894) x) 47.066876606)))