bug500, discussion (missed optimization)

Percentage Accurate: 52.6% → 96.8%

Time: 14.3s

Alternatives: 4

Speedup: 40.6×

• Could not converge on a ground truth

  1. reg0 = (bf "-2.523942833138551112198503606143613361748e277")

Specification

Math

\[\begin{array}{l} \\ \log \left(\frac{\sinh x}{x}\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (x) :precision binary64 (log (/ (sinh x) x)))

C

double code(double x) {
	return log((sinh(x) / x));
}

Fortran

real(8) function code(x)
    real(8), intent (in) :: x
    code = log((sinh(x) / x))
end function

Java

public static double code(double x) {
	return Math.log((Math.sinh(x) / x));
}

Python

def code(x):
	return math.log((math.sinh(x) / x))

Julia

function code(x)
	return log(Float64(sinh(x) / x))
end

MATLAB

function tmp = code(x)
	tmp = log((sinh(x) / x));
end

Wolfram

code[x_] := N[Log[N[(N[Sinh[x], $MachinePrecision] / x), $MachinePrecision]], $MachinePrecision]

Initial Program: 52.6% accurate, 1.0× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \log \left(\frac{\sinh x}{x}\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (x) :precision binary64 (log (/ (sinh x) x)))

C

double code(double x) {
	return log((sinh(x) / x));
}

Fortran

real(8) function code(x)
    real(8), intent (in) :: x
    code = log((sinh(x) / x))
end function

Java

public static double code(double x) {
	return Math.log((Math.sinh(x) / x));
}

Python

def code(x):
	return math.log((math.sinh(x) / x))

Julia

function code(x)
	return log(Float64(sinh(x) / x))
end

MATLAB

function tmp = code(x)
	tmp = log((sinh(x) / x));
end

Wolfram

code[x_] := N[Log[N[(N[Sinh[x], $MachinePrecision] / x), $MachinePrecision]], $MachinePrecision]

Alternative 1: 96.8% accurate, 1.0× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ x \cdot \left(x \cdot \frac{0.027777777777777776}{\mathsf{fma}\left({x}^{2}, 0.005555555555555556, 0.16666666666666666\right)}\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (x)
 :precision binary64
 (*
  x
  (*
   x
   (/
    0.027777777777777776
    (fma (pow x 2.0) 0.005555555555555556 0.16666666666666666)))))

C

double code(double x) {
	return x * (x * (0.027777777777777776 / fma(pow(x, 2.0), 0.005555555555555556, 0.16666666666666666)));
}

Julia

function code(x)
	return Float64(x * Float64(x * Float64(0.027777777777777776 / fma((x ^ 2.0), 0.005555555555555556, 0.16666666666666666))))
end

Wolfram

code[x_] := N[(x * N[(x * N[(0.027777777777777776 / N[(N[Power[x, 2.0], $MachinePrecision] * 0.005555555555555556 + 0.16666666666666666), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]

Derivation

1. Initial program 52.0%

   \[\log \left(\frac{\sinh x}{x}\right) \]
2. Add Preprocessing

3. Taylor expanded in x around 0 95.9%

   \[\leadsto \color{blue}{{x}^{2} \cdot \left(0.16666666666666666 + -0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}\right)} \]
4. Step-by-step derivation

   1. *-commutative 95.9%

      \[\leadsto {x}^{2} \cdot \left(0.16666666666666666 + \color{blue}{{x}^{2} \cdot -0.005555555555555556}\right) \]

5. Simplified 95.9%

   \[\leadsto \color{blue}{{x}^{2} \cdot \left(0.16666666666666666 + {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556\right)} \]
6. Step-by-step derivation

   1. flip-+ 95.9%

      \[\leadsto {x}^{2} \cdot \color{blue}{\frac{0.16666666666666666 \cdot 0.16666666666666666 - \left({x}^{2} \cdot -0.005555555555555556\right) \cdot \left({x}^{2} \cdot -0.005555555555555556\right)}{0.16666666666666666 - {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556}} \]

   2. associate-*r/ 95.9%

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{{x}^{2} \cdot \left(0.16666666666666666 \cdot 0.16666666666666666 - \left({x}^{2} \cdot -0.005555555555555556\right) \cdot \left({x}^{2} \cdot -0.005555555555555556\right)\right)}{0.16666666666666666 - {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556}} \]

   3. metadata-eval 95.9%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(\color{blue}{0.027777777777777776} - \left({x}^{2} \cdot -0.005555555555555556\right) \cdot \left({x}^{2} \cdot -0.005555555555555556\right)\right)}{0.16666666666666666 - {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556} \]

   4. swap-sqr 95.9%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - \color{blue}{\left({x}^{2} \cdot {x}^{2}\right) \cdot \left(-0.005555555555555556 \cdot -0.005555555555555556\right)}\right)}{0.16666666666666666 - {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556} \]

   5. pow-prod-up 95.9%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - \color{blue}{{x}^{\left(2 + 2\right)}} \cdot \left(-0.005555555555555556 \cdot -0.005555555555555556\right)\right)}{0.16666666666666666 - {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556} \]

   6. metadata-eval 95.9%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - {x}^{\color{blue}{4}} \cdot \left(-0.005555555555555556 \cdot -0.005555555555555556\right)\right)}{0.16666666666666666 - {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556} \]

   7. metadata-eval 95.9%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - {x}^{4} \cdot \color{blue}{3.08641975308642 \cdot 10^{-5}}\right)}{0.16666666666666666 - {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556} \]

   8. *-commutative 95.9%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - {x}^{4} \cdot 3.08641975308642 \cdot 10^{-5}\right)}{0.16666666666666666 - \color{blue}{-0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}}} \]

   9. cancel-sign-sub-inv 95.9%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - {x}^{4} \cdot 3.08641975308642 \cdot 10^{-5}\right)}{\color{blue}{0.16666666666666666 + \left(--0.005555555555555556\right) \cdot {x}^{2}}} \]

   10. metadata-eval 95.9%

       \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - {x}^{4} \cdot 3.08641975308642 \cdot 10^{-5}\right)}{0.16666666666666666 + \color{blue}{0.005555555555555556} \cdot {x}^{2}} \]

7. Applied egg-rr 95.9%

   \[\leadsto \color{blue}{\frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - {x}^{4} \cdot 3.08641975308642 \cdot 10^{-5}\right)}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}}} \]

8. Taylor expanded in x around 0 96.3%

   \[\leadsto \frac{\color{blue}{0.027777777777777776 \cdot {x}^{2}}}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}} \]
9. Step-by-step derivation

   1. *-commutative 96.3%

      \[\leadsto \frac{\color{blue}{{x}^{2} \cdot 0.027777777777777776}}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}} \]

10. Simplified 96.3%

    \[\leadsto \frac{\color{blue}{{x}^{2} \cdot 0.027777777777777776}}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}} \]
11. Step-by-step derivation

    1. associate-/l* 96.3%

       \[\leadsto \color{blue}{{x}^{2} \cdot \frac{0.027777777777777776}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}}} \]

    2. pow2 96.3%

       \[\leadsto \color{blue}{\left(x \cdot x\right)} \cdot \frac{0.027777777777777776}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}} \]

    3. associate-*l* 96.3%

       \[\leadsto \color{blue}{x \cdot \left(x \cdot \frac{0.027777777777777776}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}}\right)} \]

    4. +-commutative 96.3%

       \[\leadsto x \cdot \left(x \cdot \frac{0.027777777777777776}{\color{blue}{0.005555555555555556 \cdot {x}^{2} + 0.16666666666666666}}\right) \]

    5. *-commutative 96.3%

       \[\leadsto x \cdot \left(x \cdot \frac{0.027777777777777776}{\color{blue}{{x}^{2} \cdot 0.005555555555555556} + 0.16666666666666666}\right) \]

    6. fma-define 96.3%

       \[\leadsto x \cdot \left(x \cdot \frac{0.027777777777777776}{\color{blue}{\mathsf{fma}\left({x}^{2}, 0.005555555555555556, 0.16666666666666666\right)}}\right) \]

12. Applied egg-rr 96.3%

    \[\leadsto \color{blue}{x \cdot \left(x \cdot \frac{0.027777777777777776}{\mathsf{fma}\left({x}^{2}, 0.005555555555555556, 0.16666666666666666\right)}\right)} \]
13. Add Preprocessing

Alternative 2: 96.8% accurate, 1.8× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \frac{0.027777777777777776 \cdot {x}^{2}}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot \left(x \cdot x\right)} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (x)
 :precision binary64
 (/
  (* 0.027777777777777776 (pow x 2.0))
  (+ 0.16666666666666666 (* 0.005555555555555556 (* x x)))))

C

double code(double x) {
	return (0.027777777777777776 * pow(x, 2.0)) / (0.16666666666666666 + (0.005555555555555556 * (x * x)));
}

Fortran

real(8) function code(x)
    real(8), intent (in) :: x
    code = (0.027777777777777776d0 * (x ** 2.0d0)) / (0.16666666666666666d0 + (0.005555555555555556d0 * (x * x)))
end function

Java

public static double code(double x) {
	return (0.027777777777777776 * Math.pow(x, 2.0)) / (0.16666666666666666 + (0.005555555555555556 * (x * x)));
}

Python

def code(x):
	return (0.027777777777777776 * math.pow(x, 2.0)) / (0.16666666666666666 + (0.005555555555555556 * (x * x)))

Julia

function code(x)
	return Float64(Float64(0.027777777777777776 * (x ^ 2.0)) / Float64(0.16666666666666666 + Float64(0.005555555555555556 * Float64(x * x))))
end

MATLAB

function tmp = code(x)
	tmp = (0.027777777777777776 * (x ^ 2.0)) / (0.16666666666666666 + (0.005555555555555556 * (x * x)));
end

Wolfram

code[x_] := N[(N[(0.027777777777777776 * N[Power[x, 2.0], $MachinePrecision]), $MachinePrecision] / N[(0.16666666666666666 + N[(0.005555555555555556 * N[(x * x), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]

Derivation

1. Initial program 52.0%

   \[\log \left(\frac{\sinh x}{x}\right) \]
2. Add Preprocessing

3. Taylor expanded in x around 0 95.9%

   \[\leadsto \color{blue}{{x}^{2} \cdot \left(0.16666666666666666 + -0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}\right)} \]
4. Step-by-step derivation

   1. *-commutative 95.9%

      \[\leadsto {x}^{2} \cdot \left(0.16666666666666666 + \color{blue}{{x}^{2} \cdot -0.005555555555555556}\right) \]

5. Simplified 95.9%

   \[\leadsto \color{blue}{{x}^{2} \cdot \left(0.16666666666666666 + {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556\right)} \]
6. Step-by-step derivation

   1. flip-+ 95.9%

      \[\leadsto {x}^{2} \cdot \color{blue}{\frac{0.16666666666666666 \cdot 0.16666666666666666 - \left({x}^{2} \cdot -0.005555555555555556\right) \cdot \left({x}^{2} \cdot -0.005555555555555556\right)}{0.16666666666666666 - {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556}} \]

   2. associate-*r/ 95.9%

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{{x}^{2} \cdot \left(0.16666666666666666 \cdot 0.16666666666666666 - \left({x}^{2} \cdot -0.005555555555555556\right) \cdot \left({x}^{2} \cdot -0.005555555555555556\right)\right)}{0.16666666666666666 - {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556}} \]

   3. metadata-eval 95.9%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(\color{blue}{0.027777777777777776} - \left({x}^{2} \cdot -0.005555555555555556\right) \cdot \left({x}^{2} \cdot -0.005555555555555556\right)\right)}{0.16666666666666666 - {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556} \]

   4. swap-sqr 95.9%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - \color{blue}{\left({x}^{2} \cdot {x}^{2}\right) \cdot \left(-0.005555555555555556 \cdot -0.005555555555555556\right)}\right)}{0.16666666666666666 - {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556} \]

   5. pow-prod-up 95.9%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - \color{blue}{{x}^{\left(2 + 2\right)}} \cdot \left(-0.005555555555555556 \cdot -0.005555555555555556\right)\right)}{0.16666666666666666 - {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556} \]

   6. metadata-eval 95.9%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - {x}^{\color{blue}{4}} \cdot \left(-0.005555555555555556 \cdot -0.005555555555555556\right)\right)}{0.16666666666666666 - {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556} \]

   7. metadata-eval 95.9%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - {x}^{4} \cdot \color{blue}{3.08641975308642 \cdot 10^{-5}}\right)}{0.16666666666666666 - {x}^{2} \cdot -0.005555555555555556} \]

   8. *-commutative 95.9%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - {x}^{4} \cdot 3.08641975308642 \cdot 10^{-5}\right)}{0.16666666666666666 - \color{blue}{-0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}}} \]

   9. cancel-sign-sub-inv 95.9%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - {x}^{4} \cdot 3.08641975308642 \cdot 10^{-5}\right)}{\color{blue}{0.16666666666666666 + \left(--0.005555555555555556\right) \cdot {x}^{2}}} \]

   10. metadata-eval 95.9%

       \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - {x}^{4} \cdot 3.08641975308642 \cdot 10^{-5}\right)}{0.16666666666666666 + \color{blue}{0.005555555555555556} \cdot {x}^{2}} \]

7. Applied egg-rr 95.9%

   \[\leadsto \color{blue}{\frac{{x}^{2} \cdot \left(0.027777777777777776 - {x}^{4} \cdot 3.08641975308642 \cdot 10^{-5}\right)}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}}} \]

8. Taylor expanded in x around 0 96.3%

   \[\leadsto \frac{\color{blue}{0.027777777777777776 \cdot {x}^{2}}}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}} \]
9. Step-by-step derivation

   1. *-commutative 96.3%

      \[\leadsto \frac{\color{blue}{{x}^{2} \cdot 0.027777777777777776}}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}} \]

10. Simplified 96.3%

    \[\leadsto \frac{\color{blue}{{x}^{2} \cdot 0.027777777777777776}}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot {x}^{2}} \]
11. Step-by-step derivation

    1. unpow2 96.3%

       \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot 0.027777777777777776}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot \color{blue}{\left(x \cdot x\right)}} \]

12. Applied egg-rr 96.3%

    \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot 0.027777777777777776}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot \color{blue}{\left(x \cdot x\right)}} \]

13. Final simplification 96.3%

    \[\leadsto \frac{0.027777777777777776 \cdot {x}^{2}}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot \left(x \cdot x\right)} \]
14. Add Preprocessing

Alternative 3: 96.3% accurate, 40.6× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ 0.16666666666666666 \cdot \left(x \cdot x\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (x) :precision binary64 (* 0.16666666666666666 (* x x)))

C

double code(double x) {
	return 0.16666666666666666 * (x * x);
}

Fortran

real(8) function code(x)
    real(8), intent (in) :: x
    code = 0.16666666666666666d0 * (x * x)
end function

Java

public static double code(double x) {
	return 0.16666666666666666 * (x * x);
}

Python

def code(x):
	return 0.16666666666666666 * (x * x)

Julia

function code(x)
	return Float64(0.16666666666666666 * Float64(x * x))
end

MATLAB

function tmp = code(x)
	tmp = 0.16666666666666666 * (x * x);
end

Wolfram

code[x_] := N[(0.16666666666666666 * N[(x * x), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]

Derivation

1. Initial program 52.0%

   \[\log \left(\frac{\sinh x}{x}\right) \]
2. Add Preprocessing
3. Step-by-step derivation

   1. clear-num 52.0%

      \[\leadsto \log \color{blue}{\left(\frac{1}{\frac{x}{\sinh x}}\right)} \]

   2. neg-log 52.0%

      \[\leadsto \color{blue}{-\log \left(\frac{x}{\sinh x}\right)} \]

4. Applied egg-rr 52.0%

   \[\leadsto \color{blue}{-\log \left(\frac{x}{\sinh x}\right)} \]

5. Taylor expanded in x around 0 95.9%

   \[\leadsto \color{blue}{0.16666666666666666 \cdot {x}^{2}} \]
6. Step-by-step derivation

   1. *-commutative 95.9%

      \[\leadsto \color{blue}{{x}^{2} \cdot 0.16666666666666666} \]

7. Simplified 95.9%

   \[\leadsto \color{blue}{{x}^{2} \cdot 0.16666666666666666} \]
8. Step-by-step derivation

   1. unpow2 96.3%

      \[\leadsto \frac{{x}^{2} \cdot 0.027777777777777776}{0.16666666666666666 + 0.005555555555555556 \cdot \color{blue}{\left(x \cdot x\right)}} \]

9. Applied egg-rr 95.9%

   \[\leadsto \color{blue}{\left(x \cdot x\right)} \cdot 0.16666666666666666 \]

10. Final simplification 95.9%

    \[\leadsto 0.16666666666666666 \cdot \left(x \cdot x\right) \]
11. Add Preprocessing

Alternative 4: 50.2% accurate, 203.0× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ 0 \end{array} \]

FPCore

(FPCore (x) :precision binary64 0.0)

C

double code(double x) {
	return 0.0;
}

Fortran

real(8) function code(x)
    real(8), intent (in) :: x
    code = 0.0d0
end function

Java

public static double code(double x) {
	return 0.0;
}

Python

def code(x):
	return 0.0

Julia

function code(x)
	return 0.0
end

MATLAB

function tmp = code(x)
	tmp = 0.0;
end

Wolfram

code[x_] := 0.0

Derivation

1. Initial program 52.0%

   \[\log \left(\frac{\sinh x}{x}\right) \]
2. Add Preprocessing

3. Taylor expanded in x around 0 50.1%

   \[\leadsto \log \color{blue}{1} \]
4. Step-by-step derivation

   1. metadata-eval 50.1%

      \[\leadsto \color{blue}{0} \]

5. Applied egg-rr 50.1%

   \[\leadsto \color{blue}{0} \]
6. Add Preprocessing

Developer Target 1: 97.7% accurate, 0.5× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;\left|x\right| < 0.085:\\ \;\;\;\;\left(x \cdot x\right) \cdot \mathsf{fma}\left(\mathsf{fma}\left(\mathsf{fma}\left(-2.6455026455026456 \cdot 10^{-5}, x \cdot x, 0.0003527336860670194\right), x \cdot x, -0.005555555555555556\right), x \cdot x, 0.16666666666666666\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\log \left(\frac{\sinh x}{x}\right)\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (x)
 :precision binary64
 (if (< (fabs x) 0.085)
   (*
    (* x x)
    (fma
     (fma
      (fma -2.6455026455026456e-5 (* x x) 0.0003527336860670194)
      (* x x)
      -0.005555555555555556)
     (* x x)
     0.16666666666666666))
   (log (/ (sinh x) x))))

C

double code(double x) {
	double tmp;
	if (fabs(x) < 0.085) {
		tmp = (x * x) * fma(fma(fma(-2.6455026455026456e-5, (x * x), 0.0003527336860670194), (x * x), -0.005555555555555556), (x * x), 0.16666666666666666);
	} else {
		tmp = log((sinh(x) / x));
	}
	return tmp;
}

Julia

function code(x)
	tmp = 0.0
	if (abs(x) < 0.085)
		tmp = Float64(Float64(x * x) * fma(fma(fma(-2.6455026455026456e-5, Float64(x * x), 0.0003527336860670194), Float64(x * x), -0.005555555555555556), Float64(x * x), 0.16666666666666666));
	else
		tmp = log(Float64(sinh(x) / x));
	end
	return tmp
end

Wolfram

code[x_] := If[Less[N[Abs[x], $MachinePrecision], 0.085], N[(N[(x * x), $MachinePrecision] * N[(N[(N[(-2.6455026455026456e-5 * N[(x * x), $MachinePrecision] + 0.0003527336860670194), $MachinePrecision] * N[(x * x), $MachinePrecision] + -0.005555555555555556), $MachinePrecision] * N[(x * x), $MachinePrecision] + 0.16666666666666666), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], N[Log[N[(N[Sinh[x], $MachinePrecision] / x), $MachinePrecision]], $MachinePrecision]]

Reproduce

herbie shell --seed 2024148 
(FPCore (x)
  :name "bug500, discussion (missed optimization)"
  :precision binary64

  :alt
  (! :herbie-platform default (if (< (fabs x) 17/200) (let ((x2 (* x x))) (* x2 (fma (fma (fma -1/37800 x2 1/2835) x2 -1/180) x2 1/6))) (log (/ (sinh x) x))))

  (log (/ (sinh x) x)))