UniformSampleCone 2

Percentage Accurate: 99.0% → 98.9%

Time: 18.0s

Alternatives: 15

Speedup: N/A×

Specification

\[\left(\left(\left(\left(\left(-10000 \leq xi \land xi \leq 10000\right) \land \left(-10000 \leq yi \land yi \leq 10000\right)\right) \land \left(-10000 \leq zi \land zi \leq 10000\right)\right) \land \left(2.328306437 \cdot 10^{-10} \leq ux \land ux \leq 1\right)\right) \land \left(2.328306437 \cdot 10^{-10} \leq uy \land uy \leq 1\right)\right) \land \left(0 \leq maxCos \land maxCos \leq 1\right)\]

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\\ t_1 := \sqrt{1 - t\_0 \cdot t\_0}\\ t_2 := \left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\\ \left(\left(\cos t\_2 \cdot t\_1\right) \cdot xi + \left(\sin t\_2 \cdot t\_1\right) \cdot yi\right) + t\_0 \cdot zi \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* (- 1.0 ux) maxCos) ux))
        (t_1 (sqrt (- 1.0 (* t_0 t_0))))
        (t_2 (* (* uy 2.0) PI)))
   (+ (+ (* (* (cos t_2) t_1) xi) (* (* (sin t_2) t_1) yi)) (* t_0 zi))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	float t_0 = ((1.0f - ux) * maxCos) * ux;
	float t_1 = sqrtf((1.0f - (t_0 * t_0)));
	float t_2 = (uy * 2.0f) * ((float) M_PI);
	return (((cosf(t_2) * t_1) * xi) + ((sinf(t_2) * t_1) * yi)) + (t_0 * zi);
}

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	t_0 = Float32(Float32(Float32(Float32(1.0) - ux) * maxCos) * ux)
	t_1 = sqrt(Float32(Float32(1.0) - Float32(t_0 * t_0)))
	t_2 = Float32(Float32(uy * Float32(2.0)) * Float32(pi))
	return Float32(Float32(Float32(Float32(cos(t_2) * t_1) * xi) + Float32(Float32(sin(t_2) * t_1) * yi)) + Float32(t_0 * zi))
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	t_0 = ((single(1.0) - ux) * maxCos) * ux;
	t_1 = sqrt((single(1.0) - (t_0 * t_0)));
	t_2 = (uy * single(2.0)) * single(pi);
	tmp = (((cos(t_2) * t_1) * xi) + ((sin(t_2) * t_1) * yi)) + (t_0 * zi);
end

Initial Program: 99.0% accurate, 1.0× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\\ t_1 := \sqrt{1 - t\_0 \cdot t\_0}\\ t_2 := \left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\\ \left(\left(\cos t\_2 \cdot t\_1\right) \cdot xi + \left(\sin t\_2 \cdot t\_1\right) \cdot yi\right) + t\_0 \cdot zi \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* (- 1.0 ux) maxCos) ux))
        (t_1 (sqrt (- 1.0 (* t_0 t_0))))
        (t_2 (* (* uy 2.0) PI)))
   (+ (+ (* (* (cos t_2) t_1) xi) (* (* (sin t_2) t_1) yi)) (* t_0 zi))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	float t_0 = ((1.0f - ux) * maxCos) * ux;
	float t_1 = sqrtf((1.0f - (t_0 * t_0)));
	float t_2 = (uy * 2.0f) * ((float) M_PI);
	return (((cosf(t_2) * t_1) * xi) + ((sinf(t_2) * t_1) * yi)) + (t_0 * zi);
}

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	t_0 = Float32(Float32(Float32(Float32(1.0) - ux) * maxCos) * ux)
	t_1 = sqrt(Float32(Float32(1.0) - Float32(t_0 * t_0)))
	t_2 = Float32(Float32(uy * Float32(2.0)) * Float32(pi))
	return Float32(Float32(Float32(Float32(cos(t_2) * t_1) * xi) + Float32(Float32(sin(t_2) * t_1) * yi)) + Float32(t_0 * zi))
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	t_0 = ((single(1.0) - ux) * maxCos) * ux;
	t_1 = sqrt((single(1.0) - (t_0 * t_0)));
	t_2 = (uy * single(2.0)) * single(pi);
	tmp = (((cos(t_2) * t_1) * xi) + ((sin(t_2) * t_1) * yi)) + (t_0 * zi);
end

Alternative 1: 98.9% accurate, 0.6× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot \left(ux + -1\right)\right) + 1} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot zi\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \sqrt[3]{{\pi}^{3} \cdot {uy}^{3}}\right)\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (fma
  (cos (* uy (* 2.0 PI)))
  (*
   (sqrt
    (+ (* (* (- 1.0 ux) (* ux maxCos)) (* (* ux maxCos) (+ ux -1.0))) 1.0))
   xi)
  (+
   (* maxCos (* ux (* (- 1.0 ux) zi)))
   (* yi (sin (* 2.0 (cbrt (* (pow PI 3.0) (pow uy 3.0)))))))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return fmaf(cosf((uy * (2.0f * ((float) M_PI)))), (sqrtf(((((1.0f - ux) * (ux * maxCos)) * ((ux * maxCos) * (ux + -1.0f))) + 1.0f)) * xi), ((maxCos * (ux * ((1.0f - ux) * zi))) + (yi * sinf((2.0f * cbrtf((powf(((float) M_PI), 3.0f) * powf(uy, 3.0f))))))));
}

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	return fma(cos(Float32(uy * Float32(Float32(2.0) * Float32(pi)))), Float32(sqrt(Float32(Float32(Float32(Float32(Float32(1.0) - ux) * Float32(ux * maxCos)) * Float32(Float32(ux * maxCos) * Float32(ux + Float32(-1.0)))) + Float32(1.0))) * xi), Float32(Float32(maxCos * Float32(ux * Float32(Float32(Float32(1.0) - ux) * zi))) + Float32(yi * sin(Float32(Float32(2.0) * cbrt(Float32((Float32(pi) ^ Float32(3.0)) * (uy ^ Float32(3.0)))))))))
end

Derivation

1. Initial program 99.1%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Step-by-step derivation

   1. associate-+l+ 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   2. associate-*l* 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

   3. fma-define 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

3. Simplified 99.2%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
4. Add Preprocessing

5. Taylor expanded in maxCos around 0 99.2%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
6. Step-by-step derivation

   1. *-commutative 99.2%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \color{blue}{\left(\pi \cdot uy\right)}\right)\right) \]

   2. add-cbrt-cube 99.2%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(\color{blue}{\sqrt[3]{\left(\pi \cdot \pi\right) \cdot \pi}} \cdot uy\right)\right)\right) \]

   3. add-cbrt-cube 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(\sqrt[3]{\left(\pi \cdot \pi\right) \cdot \pi} \cdot \color{blue}{\sqrt[3]{\left(uy \cdot uy\right) \cdot uy}}\right)\right)\right) \]

   4. cbrt-unprod 99.2%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \color{blue}{\sqrt[3]{\left(\left(\pi \cdot \pi\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot uy\right)}}\right)\right) \]

   5. pow3 99.2%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \sqrt[3]{\color{blue}{{\pi}^{3}} \cdot \left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot uy\right)}\right)\right) \]

   6. pow3 99.2%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \sqrt[3]{{\pi}^{3} \cdot \color{blue}{{uy}^{3}}}\right)\right) \]

7. Applied egg-rr 99.2%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \color{blue}{\sqrt[3]{{\pi}^{3} \cdot {uy}^{3}}}\right)\right) \]

8. Final simplification 99.2%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot \left(ux + -1\right)\right) + 1} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot zi\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \sqrt[3]{{\pi}^{3} \cdot {uy}^{3}}\right)\right) \]
9. Add Preprocessing

Alternative 2: 98.9% accurate, 1.0× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot \left(ux + -1\right)\right) + 1} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot zi\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (fma
  (cos (* uy (* 2.0 PI)))
  (*
   (sqrt
    (+ (* (* (- 1.0 ux) (* ux maxCos)) (* (* ux maxCos) (+ ux -1.0))) 1.0))
   xi)
  (+ (* maxCos (* ux (* (- 1.0 ux) zi))) (* yi (sin (* 2.0 (* uy PI)))))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return fmaf(cosf((uy * (2.0f * ((float) M_PI)))), (sqrtf(((((1.0f - ux) * (ux * maxCos)) * ((ux * maxCos) * (ux + -1.0f))) + 1.0f)) * xi), ((maxCos * (ux * ((1.0f - ux) * zi))) + (yi * sinf((2.0f * (uy * ((float) M_PI)))))));
}

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	return fma(cos(Float32(uy * Float32(Float32(2.0) * Float32(pi)))), Float32(sqrt(Float32(Float32(Float32(Float32(Float32(1.0) - ux) * Float32(ux * maxCos)) * Float32(Float32(ux * maxCos) * Float32(ux + Float32(-1.0)))) + Float32(1.0))) * xi), Float32(Float32(maxCos * Float32(ux * Float32(Float32(Float32(1.0) - ux) * zi))) + Float32(yi * sin(Float32(Float32(2.0) * Float32(uy * Float32(pi)))))))
end

Derivation

1. Initial program 99.1%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Step-by-step derivation

   1. associate-+l+ 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   2. associate-*l* 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

   3. fma-define 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

3. Simplified 99.2%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
4. Add Preprocessing

5. Taylor expanded in maxCos around 0 99.2%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]

6. Final simplification 99.2%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot \left(ux + -1\right)\right) + 1} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot zi\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
7. Add Preprocessing

Alternative 3: 98.8% accurate, 1.3× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \left(xi \cdot \left(\cos \left(\pi \cdot \left(uy \cdot 2\right)\right) \cdot \sqrt{\left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(ux \cdot \left(maxCos \cdot \left(ux + -1\right)\right)\right) + 1}\right) + yi \cdot \sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)\right) + zi \cdot \left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (+
  (+
   (*
    xi
    (*
     (cos (* PI (* uy 2.0)))
     (sqrt
      (+ (* (* ux (* (- 1.0 ux) maxCos)) (* ux (* maxCos (+ ux -1.0)))) 1.0))))
   (* yi (sin (* uy (* 2.0 PI)))))
  (* zi (* maxCos (* ux (- 1.0 ux))))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return ((xi * (cosf((((float) M_PI) * (uy * 2.0f))) * sqrtf((((ux * ((1.0f - ux) * maxCos)) * (ux * (maxCos * (ux + -1.0f)))) + 1.0f)))) + (yi * sinf((uy * (2.0f * ((float) M_PI)))))) + (zi * (maxCos * (ux * (1.0f - ux))));
}

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	return Float32(Float32(Float32(xi * Float32(cos(Float32(Float32(pi) * Float32(uy * Float32(2.0)))) * sqrt(Float32(Float32(Float32(ux * Float32(Float32(Float32(1.0) - ux) * maxCos)) * Float32(ux * Float32(maxCos * Float32(ux + Float32(-1.0))))) + Float32(1.0))))) + Float32(yi * sin(Float32(uy * Float32(Float32(2.0) * Float32(pi)))))) + Float32(zi * Float32(maxCos * Float32(ux * Float32(Float32(1.0) - ux)))))
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	tmp = ((xi * (cos((single(pi) * (uy * single(2.0)))) * sqrt((((ux * ((single(1.0) - ux) * maxCos)) * (ux * (maxCos * (ux + single(-1.0))))) + single(1.0))))) + (yi * sin((uy * (single(2.0) * single(pi)))))) + (zi * (maxCos * (ux * (single(1.0) - ux))));
end

Derivation

1. Initial program 99.1%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Add Preprocessing

3. Taylor expanded in ux around 0 99.0%

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \color{blue}{\left(ux \cdot \left(maxCos + -1 \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right)\right)} \cdot zi \]
4. Step-by-step derivation

   1. mul-1-neg 99.0%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(ux \cdot \left(maxCos + \color{blue}{\left(-maxCos \cdot ux\right)}\right)\right) \cdot zi \]

   2. distribute-rgt-neg-out 99.0%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(ux \cdot \left(maxCos + \color{blue}{maxCos \cdot \left(-ux\right)}\right)\right) \cdot zi \]

   3. distribute-lft-in 99.0%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \color{blue}{\left(ux \cdot maxCos + ux \cdot \left(maxCos \cdot \left(-ux\right)\right)\right)} \cdot zi \]

   4. associate-*l* 99.0%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(ux \cdot maxCos + \color{blue}{\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot \left(-ux\right)}\right) \cdot zi \]

   5. *-rgt-identity 99.0%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\color{blue}{\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot 1} + \left(ux \cdot maxCos\right) \cdot \left(-ux\right)\right) \cdot zi \]

   6. distribute-lft-out 99.0%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \color{blue}{\left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot \left(1 + \left(-ux\right)\right)\right)} \cdot zi \]

   7. sub-neg 99.0%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot \color{blue}{\left(1 - ux\right)}\right) \cdot zi \]

   8. *-commutative 99.0%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\color{blue}{\left(maxCos \cdot ux\right)} \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot zi \]

   9. associate-*r* 99.1%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \color{blue}{\left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)} \cdot zi \]

5. Simplified 99.1%

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \color{blue}{\left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)} \cdot zi \]

6. Taylor expanded in ux around 0 99.1%

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \color{blue}{yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) + \left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot zi \]
7. Step-by-step derivation

   1. associate-*r* 99.1%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + yi \cdot \sin \color{blue}{\left(\left(2 \cdot uy\right) \cdot \pi\right)}\right) + \left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot zi \]

   2. *-commutative 99.1%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + yi \cdot \sin \left(\color{blue}{\left(uy \cdot 2\right)} \cdot \pi\right)\right) + \left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot zi \]

   3. associate-*l* 99.1%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + yi \cdot \sin \color{blue}{\left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right) + \left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot zi \]

8. Simplified 99.1%

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \color{blue}{yi \cdot \sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right) + \left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot zi \]

9. Final simplification 99.1%

   \[\leadsto \left(xi \cdot \left(\cos \left(\pi \cdot \left(uy \cdot 2\right)\right) \cdot \sqrt{\left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(ux \cdot \left(maxCos \cdot \left(ux + -1\right)\right)\right) + 1}\right) + yi \cdot \sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)\right) + zi \cdot \left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \]
10. Add Preprocessing

Alternative 4: 98.7% accurate, 2.0× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := 2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\\ maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot zi\right)\right) + \left(yi \cdot \sin t\_0 + xi \cdot \cos t\_0\right) \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* 2.0 (* uy PI))))
   (+
    (* maxCos (* ux (* (- 1.0 ux) zi)))
    (+ (* yi (sin t_0)) (* xi (cos t_0))))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	float t_0 = 2.0f * (uy * ((float) M_PI));
	return (maxCos * (ux * ((1.0f - ux) * zi))) + ((yi * sinf(t_0)) + (xi * cosf(t_0)));
}

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	t_0 = Float32(Float32(2.0) * Float32(uy * Float32(pi)))
	return Float32(Float32(maxCos * Float32(ux * Float32(Float32(Float32(1.0) - ux) * zi))) + Float32(Float32(yi * sin(t_0)) + Float32(xi * cos(t_0))))
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	t_0 = single(2.0) * (uy * single(pi));
	tmp = (maxCos * (ux * ((single(1.0) - ux) * zi))) + ((yi * sin(t_0)) + (xi * cos(t_0)));
end

Derivation

1. Initial program 99.1%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Step-by-step derivation

   1. associate-+l+ 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   2. associate-*l* 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

   3. fma-define 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

3. Simplified 99.2%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
4. Add Preprocessing

5. Taylor expanded in maxCos around 0 99.2%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
6. Step-by-step derivation

   1. expm1-log1p-u 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   2. expm1-undefine 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

7. Applied egg-rr 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
8. Step-by-step derivation

   1. expm1-define 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

9. Simplified 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

10. Taylor expanded in maxCos around 0 98.8%

    \[\leadsto \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right)} \]

11. Final simplification 98.8%

    \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot zi\right)\right) + \left(yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
12. Add Preprocessing

Alternative 5: 95.9% accurate, 2.1× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := 2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\\ \left(yi \cdot \sin t\_0 + xi \cdot \cos t\_0\right) + maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* 2.0 (* uy PI))))
   (+ (+ (* yi (sin t_0)) (* xi (cos t_0))) (* maxCos (* ux zi)))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	float t_0 = 2.0f * (uy * ((float) M_PI));
	return ((yi * sinf(t_0)) + (xi * cosf(t_0))) + (maxCos * (ux * zi));
}

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	t_0 = Float32(Float32(2.0) * Float32(uy * Float32(pi)))
	return Float32(Float32(Float32(yi * sin(t_0)) + Float32(xi * cos(t_0))) + Float32(maxCos * Float32(ux * zi)))
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	t_0 = single(2.0) * (uy * single(pi));
	tmp = ((yi * sin(t_0)) + (xi * cos(t_0))) + (maxCos * (ux * zi));
end

Derivation

1. Initial program 99.1%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Step-by-step derivation

   1. associate-+l+ 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   2. associate-*l* 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

   3. fma-define 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

3. Simplified 99.2%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
4. Add Preprocessing

5. Taylor expanded in maxCos around 0 99.2%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
6. Step-by-step derivation

   1. expm1-log1p-u 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   2. expm1-undefine 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

7. Applied egg-rr 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
8. Step-by-step derivation

   1. expm1-define 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

9. Simplified 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

10. Taylor expanded in ux around 0 95.6%

    \[\leadsto \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right)} \]

11. Final simplification 95.6%

    \[\leadsto \left(yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) + maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) \]
12. Add Preprocessing

Alternative 6: 94.0% accurate, 2.1× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := 2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\\ t_1 := xi \cdot \cos t\_0\\ \mathbf{if}\;uy \leq 0.002300000051036477:\\ \;\;\;\;maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(t\_1 + \left(uy \cdot 2\right) \cdot \left(\pi \cdot yi\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;yi \cdot \sin t\_0 + t\_1\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* 2.0 (* uy PI))) (t_1 (* xi (cos t_0))))
   (if (<= uy 0.002300000051036477)
     (+ (* maxCos (* ux zi)) (+ t_1 (* (* uy 2.0) (* PI yi))))
     (+ (* yi (sin t_0)) t_1))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	float t_0 = 2.0f * (uy * ((float) M_PI));
	float t_1 = xi * cosf(t_0);
	float tmp;
	if (uy <= 0.002300000051036477f) {
		tmp = (maxCos * (ux * zi)) + (t_1 + ((uy * 2.0f) * (((float) M_PI) * yi)));
	} else {
		tmp = (yi * sinf(t_0)) + t_1;
	}
	return tmp;
}

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	t_0 = Float32(Float32(2.0) * Float32(uy * Float32(pi)))
	t_1 = Float32(xi * cos(t_0))
	tmp = Float32(0.0)
	if (uy <= Float32(0.002300000051036477))
		tmp = Float32(Float32(maxCos * Float32(ux * zi)) + Float32(t_1 + Float32(Float32(uy * Float32(2.0)) * Float32(Float32(pi) * yi))));
	else
		tmp = Float32(Float32(yi * sin(t_0)) + t_1);
	end
	return tmp
end

MATLAB

function tmp_2 = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	t_0 = single(2.0) * (uy * single(pi));
	t_1 = xi * cos(t_0);
	tmp = single(0.0);
	if (uy <= single(0.002300000051036477))
		tmp = (maxCos * (ux * zi)) + (t_1 + ((uy * single(2.0)) * (single(pi) * yi)));
	else
		tmp = (yi * sin(t_0)) + t_1;
	end
	tmp_2 = tmp;
end

Derivation

1. Split input into 2 regimes

2. if uy < 0.00230000005

   1. Initial program 99.3%

      \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   2. Step-by-step derivation

      1. associate-+l+ 99.4%

         \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

      2. associate-*l* 99.4%

         \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

      3. fma-define 99.4%

         \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   3. Simplified 99.5%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
   4. Add Preprocessing

   5. Taylor expanded in maxCos around 0 99.5%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
   6. Step-by-step derivation

      1. expm1-log1p-u 99.5%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

      2. expm1-undefine 99.5%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   7. Applied egg-rr 99.5%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
   8. Step-by-step derivation

      1. expm1-define 99.5%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   9. Simplified 99.5%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   10. Taylor expanded in ux around 0 96.0%

       \[\leadsto \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right)} \]

   11. Taylor expanded in uy around 0 95.2%

       \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + \color{blue}{2 \cdot \left(uy \cdot \left(yi \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
   12. Step-by-step derivation

       1. associate-*r* 95.2%

          \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + \color{blue}{\left(2 \cdot uy\right) \cdot \left(yi \cdot \pi\right)}\right) \]

       2. *-commutative 95.2%

          \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + \left(2 \cdot uy\right) \cdot \color{blue}{\left(\pi \cdot yi\right)}\right) \]

   13. Simplified 95.2%

       \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + \color{blue}{\left(2 \cdot uy\right) \cdot \left(\pi \cdot yi\right)}\right) \]

   if 0.00230000005 < uy

   1. Initial program 98.3%

      \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   2. Step-by-step derivation

      1. associate-+l+ 98.3%

         \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

      2. associate-*l* 98.3%

         \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

      3. fma-define 98.4%

         \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   3. Simplified 98.4%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
   4. Add Preprocessing

   5. Taylor expanded in maxCos around 0 98.4%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
   6. Step-by-step derivation

      1. expm1-log1p-u 98.2%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

      2. expm1-undefine 98.2%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   7. Applied egg-rr 98.2%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
   8. Step-by-step derivation

      1. expm1-define 98.2%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   9. Simplified 98.2%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   10. Taylor expanded in ux around 0 91.1%

       \[\leadsto \color{blue}{xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)} \]
3. Recombined 2 regimes into one program.

4. Final simplification 94.0%

   \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;uy \leq 0.002300000051036477:\\ \;\;\;\;maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + \left(uy \cdot 2\right) \cdot \left(\pi \cdot yi\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\\ \end{array} \]
5. Add Preprocessing

Alternative 7: 87.3% accurate, 3.8× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + \left(uy \cdot 2\right) \cdot \left(\pi \cdot yi\right)\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (+
  (* maxCos (* ux zi))
  (+ (* xi (cos (* 2.0 (* uy PI)))) (* (* uy 2.0) (* PI yi)))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return (maxCos * (ux * zi)) + ((xi * cosf((2.0f * (uy * ((float) M_PI))))) + ((uy * 2.0f) * (((float) M_PI) * yi)));
}

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	return Float32(Float32(maxCos * Float32(ux * zi)) + Float32(Float32(xi * cos(Float32(Float32(2.0) * Float32(uy * Float32(pi))))) + Float32(Float32(uy * Float32(2.0)) * Float32(Float32(pi) * yi))))
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	tmp = (maxCos * (ux * zi)) + ((xi * cos((single(2.0) * (uy * single(pi))))) + ((uy * single(2.0)) * (single(pi) * yi)));
end

Derivation

1. Initial program 99.1%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Step-by-step derivation

   1. associate-+l+ 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   2. associate-*l* 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

   3. fma-define 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

3. Simplified 99.2%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
4. Add Preprocessing

5. Taylor expanded in maxCos around 0 99.2%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
6. Step-by-step derivation

   1. expm1-log1p-u 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   2. expm1-undefine 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

7. Applied egg-rr 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
8. Step-by-step derivation

   1. expm1-define 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

9. Simplified 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

10. Taylor expanded in ux around 0 95.6%

    \[\leadsto \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right)} \]

11. Taylor expanded in uy around 0 87.0%

    \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + \color{blue}{2 \cdot \left(uy \cdot \left(yi \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
12. Step-by-step derivation

    1. associate-*r* 87.0%

       \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + \color{blue}{\left(2 \cdot uy\right) \cdot \left(yi \cdot \pi\right)}\right) \]

    2. *-commutative 87.0%

       \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + \left(2 \cdot uy\right) \cdot \color{blue}{\left(\pi \cdot yi\right)}\right) \]

13. Simplified 87.0%

    \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + \color{blue}{\left(2 \cdot uy\right) \cdot \left(\pi \cdot yi\right)}\right) \]

14. Final simplification 87.0%

    \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + \left(uy \cdot 2\right) \cdot \left(\pi \cdot yi\right)\right) \]
15. Add Preprocessing

Alternative 8: 63.1% accurate, 3.9× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;yi \leq -1.999999943436137 \cdot 10^{-9} \lor \neg \left(yi \leq 3.99999987306209 \cdot 10^{-21}\right):\\ \;\;\;\;yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;xi + zi \cdot \left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right)\right)\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (if (or (<= yi -1.999999943436137e-9) (not (<= yi 3.99999987306209e-21)))
   (* yi (sin (* 2.0 (* uy PI))))
   (+ xi (* zi (* ux (* (- 1.0 ux) maxCos))))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	float tmp;
	if ((yi <= -1.999999943436137e-9f) || !(yi <= 3.99999987306209e-21f)) {
		tmp = yi * sinf((2.0f * (uy * ((float) M_PI))));
	} else {
		tmp = xi + (zi * (ux * ((1.0f - ux) * maxCos)));
	}
	return tmp;
}

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	tmp = Float32(0.0)
	if ((yi <= Float32(-1.999999943436137e-9)) || !(yi <= Float32(3.99999987306209e-21)))
		tmp = Float32(yi * sin(Float32(Float32(2.0) * Float32(uy * Float32(pi)))));
	else
		tmp = Float32(xi + Float32(zi * Float32(ux * Float32(Float32(Float32(1.0) - ux) * maxCos))));
	end
	return tmp
end

MATLAB

function tmp_2 = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	tmp = single(0.0);
	if ((yi <= single(-1.999999943436137e-9)) || ~((yi <= single(3.99999987306209e-21))))
		tmp = yi * sin((single(2.0) * (uy * single(pi))));
	else
		tmp = xi + (zi * (ux * ((single(1.0) - ux) * maxCos)));
	end
	tmp_2 = tmp;
end

Derivation

1. Split input into 2 regimes

2. if yi < -1.99999994e-9 or 3.9999999e-21 < yi

   1. Initial program 98.7%

      \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   2. Step-by-step derivation

      1. associate-+l+ 98.7%

         \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

      2. associate-*l* 98.7%

         \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

      3. fma-define 98.7%

         \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   3. Simplified 98.7%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
   4. Add Preprocessing

   5. Taylor expanded in maxCos around 0 98.7%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
   6. Step-by-step derivation

      1. expm1-log1p-u 98.6%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

      2. expm1-undefine 98.6%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   7. Applied egg-rr 98.6%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
   8. Step-by-step derivation

      1. expm1-define 98.6%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   9. Simplified 98.6%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   10. Taylor expanded in yi around inf 65.7%

       \[\leadsto \color{blue}{yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)} \]

   if -1.99999994e-9 < yi < 3.9999999e-21

   1. Initial program 99.3%

      \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   2. Add Preprocessing
   3. Step-by-step derivation

      1. associate-*r* 99.3%

         \[\leadsto \left(\left(\cos \color{blue}{\left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      2. add-cube-cbrt 99.0%

         \[\leadsto \left(\left(\color{blue}{\left(\left(\sqrt[3]{\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)} \cdot \sqrt[3]{\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right) \cdot \sqrt[3]{\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      3. pow3 98.9%

         \[\leadsto \left(\left(\color{blue}{{\left(\sqrt[3]{\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right)}^{3}} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      4. associate-*r* 98.9%

         \[\leadsto \left(\left({\left(\sqrt[3]{\cos \color{blue}{\left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right)}}\right)}^{3} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   4. Applied egg-rr 98.9%

      \[\leadsto \left(\left(\color{blue}{{\left(\sqrt[3]{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right)}\right)}^{3}} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   5. Taylor expanded in uy around 0 73.6%

      \[\leadsto \color{blue}{xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   6. Step-by-step derivation

      1. *-commutative 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right) \cdot {maxCos}^{2}}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      2. unpow2 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\color{blue}{\left(ux \cdot ux\right)} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right) \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      3. unpow2 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\left(ux \cdot ux\right) \cdot \color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(1 - ux\right)\right)}\right) \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      4. swap-sqr 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)} \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      5. unpow2 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot \color{blue}{\left(maxCos \cdot maxCos\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      6. swap-sqr 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right) \cdot \left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      7. *-commutative 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot ux\right)} \cdot maxCos\right) \cdot \left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right)} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      8. associate-*r* 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot \left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right)} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      9. *-commutative 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot ux\right)} \cdot maxCos\right)} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      10. associate-*r* 73.6%

          \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      11. unpow2 73.6%

          \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)}^{2}}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   7. Simplified 73.6%

      \[\leadsto \color{blue}{xi \cdot \sqrt{1 - {\left(ux \cdot \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)}^{2}}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   8. Taylor expanded in ux around 0 73.3%

      \[\leadsto \color{blue}{xi} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
3. Recombined 2 regimes into one program.

4. Final simplification 70.1%

   \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;yi \leq -1.999999943436137 \cdot 10^{-9} \lor \neg \left(yi \leq 3.99999987306209 \cdot 10^{-21}\right):\\ \;\;\;\;yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;xi + zi \cdot \left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right)\right)\\ \end{array} \]
5. Add Preprocessing

Alternative 9: 63.0% accurate, 3.9× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\\ \mathbf{if}\;yi \leq -1.999999943436137 \cdot 10^{-9}:\\ \;\;\;\;zi \cdot \left(yi \cdot \frac{t\_0}{zi}\right)\\ \mathbf{elif}\;yi \leq 3.99999987306209 \cdot 10^{-21}:\\ \;\;\;\;xi + zi \cdot \left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;yi \cdot t\_0\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (sin (* 2.0 (* uy PI)))))
   (if (<= yi -1.999999943436137e-9)
     (* zi (* yi (/ t_0 zi)))
     (if (<= yi 3.99999987306209e-21)
       (+ xi (* zi (* ux (* (- 1.0 ux) maxCos))))
       (* yi t_0)))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	float t_0 = sinf((2.0f * (uy * ((float) M_PI))));
	float tmp;
	if (yi <= -1.999999943436137e-9f) {
		tmp = zi * (yi * (t_0 / zi));
	} else if (yi <= 3.99999987306209e-21f) {
		tmp = xi + (zi * (ux * ((1.0f - ux) * maxCos)));
	} else {
		tmp = yi * t_0;
	}
	return tmp;
}

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	t_0 = sin(Float32(Float32(2.0) * Float32(uy * Float32(pi))))
	tmp = Float32(0.0)
	if (yi <= Float32(-1.999999943436137e-9))
		tmp = Float32(zi * Float32(yi * Float32(t_0 / zi)));
	elseif (yi <= Float32(3.99999987306209e-21))
		tmp = Float32(xi + Float32(zi * Float32(ux * Float32(Float32(Float32(1.0) - ux) * maxCos))));
	else
		tmp = Float32(yi * t_0);
	end
	return tmp
end

MATLAB

function tmp_2 = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	t_0 = sin((single(2.0) * (uy * single(pi))));
	tmp = single(0.0);
	if (yi <= single(-1.999999943436137e-9))
		tmp = zi * (yi * (t_0 / zi));
	elseif (yi <= single(3.99999987306209e-21))
		tmp = xi + (zi * (ux * ((single(1.0) - ux) * maxCos)));
	else
		tmp = yi * t_0;
	end
	tmp_2 = tmp;
end

Derivation

1. Split input into 3 regimes

2. if yi < -1.99999994e-9

   1. Initial program 98.4%

      \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   2. Step-by-step derivation

      1. associate-+l+ 98.4%

         \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

      2. associate-*l* 98.4%

         \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

      3. fma-define 98.5%

         \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   3. Simplified 98.5%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
   4. Add Preprocessing

   5. Taylor expanded in maxCos around 0 98.5%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
   6. Step-by-step derivation

      1. expm1-log1p-u 98.5%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

      2. expm1-undefine 98.5%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   7. Applied egg-rr 98.5%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
   8. Step-by-step derivation

      1. expm1-define 98.5%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   9. Simplified 98.5%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   10. Taylor expanded in zi around -inf 95.9%

       \[\leadsto \color{blue}{-1 \cdot \left(zi \cdot \left(-1 \cdot \left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + -1 \cdot \frac{yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}}{zi}\right)\right)} \]

   12. Simplified 95.9%

       \[\leadsto \color{blue}{\left(maxCos \cdot \left(-ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) - \frac{\mathsf{fma}\left(yi, \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - {\left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)}^{2}} \cdot \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right)\right)}{zi}\right) \cdot \left(-zi\right)} \]

   13. Taylor expanded in yi around inf 70.5%

       \[\leadsto \color{blue}{\left(-1 \cdot \frac{yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}{zi}\right)} \cdot \left(-zi\right) \]
   14. Step-by-step derivation

       1. mul-1-neg 70.5%

          \[\leadsto \color{blue}{\left(-\frac{yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}{zi}\right)} \cdot \left(-zi\right) \]

       2. associate-/l* 70.8%

          \[\leadsto \left(-\color{blue}{yi \cdot \frac{\sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}{zi}}\right) \cdot \left(-zi\right) \]

       3. distribute-rgt-neg-in 70.8%

          \[\leadsto \color{blue}{\left(yi \cdot \left(-\frac{\sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}{zi}\right)\right)} \cdot \left(-zi\right) \]

       4. distribute-neg-frac2 70.8%

          \[\leadsto \left(yi \cdot \color{blue}{\frac{\sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}{-zi}}\right) \cdot \left(-zi\right) \]

   15. Simplified 70.8%

       \[\leadsto \color{blue}{\left(yi \cdot \frac{\sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}{-zi}\right)} \cdot \left(-zi\right) \]

   if -1.99999994e-9 < yi < 3.9999999e-21

   1. Initial program 99.3%

      \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   2. Add Preprocessing
   3. Step-by-step derivation

      1. associate-*r* 99.3%

         \[\leadsto \left(\left(\cos \color{blue}{\left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      2. add-cube-cbrt 99.0%

         \[\leadsto \left(\left(\color{blue}{\left(\left(\sqrt[3]{\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)} \cdot \sqrt[3]{\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right) \cdot \sqrt[3]{\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      3. pow3 98.9%

         \[\leadsto \left(\left(\color{blue}{{\left(\sqrt[3]{\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right)}^{3}} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      4. associate-*r* 98.9%

         \[\leadsto \left(\left({\left(\sqrt[3]{\cos \color{blue}{\left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right)}}\right)}^{3} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   4. Applied egg-rr 98.9%

      \[\leadsto \left(\left(\color{blue}{{\left(\sqrt[3]{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right)}\right)}^{3}} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   5. Taylor expanded in uy around 0 73.6%

      \[\leadsto \color{blue}{xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   6. Step-by-step derivation

      1. *-commutative 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right) \cdot {maxCos}^{2}}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      2. unpow2 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\color{blue}{\left(ux \cdot ux\right)} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right) \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      3. unpow2 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\left(ux \cdot ux\right) \cdot \color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(1 - ux\right)\right)}\right) \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      4. swap-sqr 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)} \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      5. unpow2 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot \color{blue}{\left(maxCos \cdot maxCos\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      6. swap-sqr 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right) \cdot \left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      7. *-commutative 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot ux\right)} \cdot maxCos\right) \cdot \left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right)} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      8. associate-*r* 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot \left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right)} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      9. *-commutative 73.6%

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot ux\right)} \cdot maxCos\right)} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      10. associate-*r* 73.6%

          \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      11. unpow2 73.6%

          \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)}^{2}}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   7. Simplified 73.6%

      \[\leadsto \color{blue}{xi \cdot \sqrt{1 - {\left(ux \cdot \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)}^{2}}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   8. Taylor expanded in ux around 0 73.3%

      \[\leadsto \color{blue}{xi} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   if 3.9999999e-21 < yi

   1. Initial program 98.9%

      \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   2. Step-by-step derivation

      1. associate-+l+ 98.9%

         \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

      2. associate-*l* 98.8%

         \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

      3. fma-define 98.9%

         \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   3. Simplified 98.9%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
   4. Add Preprocessing

   5. Taylor expanded in maxCos around 0 98.9%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
   6. Step-by-step derivation

      1. expm1-log1p-u 98.7%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

      2. expm1-undefine 98.7%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   7. Applied egg-rr 98.7%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
   8. Step-by-step derivation

      1. expm1-define 98.7%

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   9. Simplified 98.7%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   10. Taylor expanded in yi around inf 62.7%

       \[\leadsto \color{blue}{yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)} \]
3. Recombined 3 regimes into one program.

4. Final simplification 70.1%

   \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;yi \leq -1.999999943436137 \cdot 10^{-9}:\\ \;\;\;\;zi \cdot \left(yi \cdot \frac{\sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}{zi}\right)\\ \mathbf{elif}\;yi \leq 3.99999987306209 \cdot 10^{-21}:\\ \;\;\;\;xi + zi \cdot \left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\\ \end{array} \]
5. Add Preprocessing

Alternative 10: 85.7% accurate, 4.0× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (+ (* maxCos (* ux zi)) (+ xi (* yi (sin (* 2.0 (* uy PI)))))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return (maxCos * (ux * zi)) + (xi + (yi * sinf((2.0f * (uy * ((float) M_PI))))));
}

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	return Float32(Float32(maxCos * Float32(ux * zi)) + Float32(xi + Float32(yi * sin(Float32(Float32(2.0) * Float32(uy * Float32(pi)))))))
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	tmp = (maxCos * (ux * zi)) + (xi + (yi * sin((single(2.0) * (uy * single(pi))))));
end

Derivation

1. Initial program 99.1%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Step-by-step derivation

   1. associate-+l+ 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   2. associate-*l* 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

   3. fma-define 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

3. Simplified 99.2%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
4. Add Preprocessing

5. Taylor expanded in maxCos around 0 99.2%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
6. Step-by-step derivation

   1. expm1-log1p-u 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   2. expm1-undefine 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

7. Applied egg-rr 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
8. Step-by-step derivation

   1. expm1-define 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

9. Simplified 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

10. Taylor expanded in ux around 0 95.6%

    \[\leadsto \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right)} \]

11. Taylor expanded in uy around 0 85.6%

    \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) + \left(\color{blue}{xi} + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
12. Add Preprocessing

Alternative 11: 51.7% accurate, 41.9× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ xi + zi \cdot \left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right)\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (+ xi (* zi (* ux (* (- 1.0 ux) maxCos)))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return xi + (zi * (ux * ((1.0f - ux) * maxCos)));
}

Fortran

real(4) function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxcos)
    real(4), intent (in) :: xi
    real(4), intent (in) :: yi
    real(4), intent (in) :: zi
    real(4), intent (in) :: ux
    real(4), intent (in) :: uy
    real(4), intent (in) :: maxcos
    code = xi + (zi * (ux * ((1.0e0 - ux) * maxcos)))
end function

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	return Float32(xi + Float32(zi * Float32(ux * Float32(Float32(Float32(1.0) - ux) * maxCos))))
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	tmp = xi + (zi * (ux * ((single(1.0) - ux) * maxCos)));
end

Derivation

1. Initial program 99.1%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Add Preprocessing
3. Step-by-step derivation

   1. associate-*r* 99.1%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \color{blue}{\left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   2. add-cube-cbrt 98.9%

      \[\leadsto \left(\left(\color{blue}{\left(\left(\sqrt[3]{\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)} \cdot \sqrt[3]{\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right) \cdot \sqrt[3]{\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   3. pow3 98.8%

      \[\leadsto \left(\left(\color{blue}{{\left(\sqrt[3]{\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right)}^{3}} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   4. associate-*r* 98.8%

      \[\leadsto \left(\left({\left(\sqrt[3]{\cos \color{blue}{\left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right)}}\right)}^{3} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

4. Applied egg-rr 98.8%

   \[\leadsto \left(\left(\color{blue}{{\left(\sqrt[3]{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right)}\right)}^{3}} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

5. Taylor expanded in uy around 0 52.5%

   \[\leadsto \color{blue}{xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
6. Step-by-step derivation

   1. *-commutative 52.5%

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right) \cdot {maxCos}^{2}}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   2. unpow2 52.5%

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\color{blue}{\left(ux \cdot ux\right)} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right) \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   3. unpow2 52.5%

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\left(ux \cdot ux\right) \cdot \color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(1 - ux\right)\right)}\right) \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   4. swap-sqr 52.5%

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)} \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   5. unpow2 52.5%

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot \color{blue}{\left(maxCos \cdot maxCos\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   6. swap-sqr 52.5%

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right) \cdot \left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   7. *-commutative 52.5%

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot ux\right)} \cdot maxCos\right) \cdot \left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right)} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   8. associate-*r* 52.5%

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot \left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right)} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   9. *-commutative 52.5%

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot ux\right)} \cdot maxCos\right)} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   10. associate-*r* 52.5%

       \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   11. unpow2 52.5%

       \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)}^{2}}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

7. Simplified 52.5%

   \[\leadsto \color{blue}{xi \cdot \sqrt{1 - {\left(ux \cdot \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)}^{2}}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

8. Taylor expanded in ux around 0 52.3%

   \[\leadsto \color{blue}{xi} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

9. Final simplification 52.3%

   \[\leadsto xi + zi \cdot \left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right)\right) \]
10. Add Preprocessing

Alternative 12: 13.6% accurate, 51.2× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ zi \cdot \left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (* zi (* maxCos (* ux (- 1.0 ux)))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return zi * (maxCos * (ux * (1.0f - ux)));
}

Fortran

real(4) function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxcos)
    real(4), intent (in) :: xi
    real(4), intent (in) :: yi
    real(4), intent (in) :: zi
    real(4), intent (in) :: ux
    real(4), intent (in) :: uy
    real(4), intent (in) :: maxcos
    code = zi * (maxcos * (ux * (1.0e0 - ux)))
end function

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	return Float32(zi * Float32(maxCos * Float32(ux * Float32(Float32(1.0) - ux))))
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	tmp = zi * (maxCos * (ux * (single(1.0) - ux)));
end

Derivation

1. Initial program 99.1%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Step-by-step derivation

   1. associate-+l+ 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   2. associate-*l* 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

   3. fma-define 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

3. Simplified 99.2%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
4. Add Preprocessing

5. Taylor expanded in maxCos around 0 99.2%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
6. Step-by-step derivation

   1. expm1-log1p-u 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   2. expm1-undefine 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

7. Applied egg-rr 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
8. Step-by-step derivation

   1. expm1-define 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

9. Simplified 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

10. Taylor expanded in zi around -inf 98.4%

    \[\leadsto \color{blue}{-1 \cdot \left(zi \cdot \left(-1 \cdot \left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + -1 \cdot \frac{yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right) + \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}}{zi}\right)\right)} \]

12. Simplified 98.4%

    \[\leadsto \color{blue}{\left(maxCos \cdot \left(-ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) - \frac{\mathsf{fma}\left(yi, \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - {\left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)}^{2}} \cdot \left(xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right)\right)}{zi}\right) \cdot \left(-zi\right)} \]

13. Taylor expanded in zi around inf 13.3%

    \[\leadsto \color{blue}{\left(-1 \cdot \left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)\right)} \cdot \left(-zi\right) \]
14. Step-by-step derivation

    1. associate-*r* 13.3%

       \[\leadsto \color{blue}{\left(\left(-1 \cdot maxCos\right) \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)} \cdot \left(-zi\right) \]

    2. mul-1-neg 13.3%

       \[\leadsto \left(\color{blue}{\left(-maxCos\right)} \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot \left(-zi\right) \]

15. Simplified 13.3%

    \[\leadsto \color{blue}{\left(\left(-maxCos\right) \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)} \cdot \left(-zi\right) \]

16. Final simplification 13.3%

    \[\leadsto zi \cdot \left(maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \]
17. Add Preprocessing

Alternative 13: 13.6% accurate, 51.2× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi - ux \cdot zi\right)\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (* maxCos (* ux (- zi (* ux zi)))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return maxCos * (ux * (zi - (ux * zi)));
}

Fortran

real(4) function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxcos)
    real(4), intent (in) :: xi
    real(4), intent (in) :: yi
    real(4), intent (in) :: zi
    real(4), intent (in) :: ux
    real(4), intent (in) :: uy
    real(4), intent (in) :: maxcos
    code = maxcos * (ux * (zi - (ux * zi)))
end function

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	return Float32(maxCos * Float32(ux * Float32(zi - Float32(ux * zi))))
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	tmp = maxCos * (ux * (zi - (ux * zi)));
end

Derivation

1. Initial program 99.1%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Step-by-step derivation

   1. associate-+l+ 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   2. associate-*l* 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

   3. fma-define 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

3. Simplified 99.2%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
4. Add Preprocessing

5. Taylor expanded in maxCos around 0 99.2%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
6. Step-by-step derivation

   1. expm1-log1p-u 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   2. expm1-undefine 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

7. Applied egg-rr 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
8. Step-by-step derivation

   1. expm1-define 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

9. Simplified 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

10. Taylor expanded in zi around inf 13.3%

    \[\leadsto \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)} \]

11. Taylor expanded in ux around 0 13.3%

    \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot \color{blue}{\left(zi + -1 \cdot \left(ux \cdot zi\right)\right)}\right) \]
12. Step-by-step derivation

    1. mul-1-neg 13.3%

       \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi + \color{blue}{\left(-ux \cdot zi\right)}\right)\right) \]

    2. unsub-neg 13.3%

       \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot \color{blue}{\left(zi - ux \cdot zi\right)}\right) \]

13. Simplified 13.3%

    \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot \color{blue}{\left(zi - ux \cdot zi\right)}\right) \]
14. Add Preprocessing

Alternative 14: 13.6% accurate, 51.2× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot zi\right)\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (* maxCos (* ux (* (- 1.0 ux) zi))))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return maxCos * (ux * ((1.0f - ux) * zi));
}

Fortran

real(4) function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxcos)
    real(4), intent (in) :: xi
    real(4), intent (in) :: yi
    real(4), intent (in) :: zi
    real(4), intent (in) :: ux
    real(4), intent (in) :: uy
    real(4), intent (in) :: maxcos
    code = maxcos * (ux * ((1.0e0 - ux) * zi))
end function

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	return Float32(maxCos * Float32(ux * Float32(Float32(Float32(1.0) - ux) * zi)))
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	tmp = maxCos * (ux * ((single(1.0) - ux) * zi));
end

Derivation

1. Initial program 99.1%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Step-by-step derivation

   1. associate-+l+ 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   2. associate-*l* 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

   3. fma-define 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

3. Simplified 99.2%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
4. Add Preprocessing

5. Taylor expanded in maxCos around 0 99.2%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
6. Step-by-step derivation

   1. expm1-log1p-u 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   2. expm1-undefine 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

7. Applied egg-rr 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
8. Step-by-step derivation

   1. expm1-define 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

9. Simplified 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

10. Taylor expanded in zi around inf 13.3%

    \[\leadsto \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)} \]

11. Final simplification 13.3%

    \[\leadsto maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot zi\right)\right) \]
12. Add Preprocessing

Alternative 15: 12.2% accurate, 92.2× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos) :precision binary32 (* maxCos (* ux zi)))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return maxCos * (ux * zi);
}

Fortran

real(4) function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxcos)
    real(4), intent (in) :: xi
    real(4), intent (in) :: yi
    real(4), intent (in) :: zi
    real(4), intent (in) :: ux
    real(4), intent (in) :: uy
    real(4), intent (in) :: maxcos
    code = maxcos * (ux * zi)
end function

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	return Float32(maxCos * Float32(ux * zi))
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	tmp = maxCos * (ux * zi);
end

Derivation

1. Initial program 99.1%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Step-by-step derivation

   1. associate-+l+ 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

   2. associate-*l* 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi\right)} + \left(\left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right) \]

   3. fma-define 99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right), \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot xi, \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \pi\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

3. Simplified 99.2%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \mathsf{fma}\left(\sin \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot yi, \left(1 - ux\right) \cdot \left(\left(ux \cdot maxCos\right) \cdot zi\right)\right)\right)} \]
4. Add Preprocessing

5. Taylor expanded in maxCos around 0 99.2%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \left(2 \cdot \pi\right)\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)}\right) \]
6. Step-by-step derivation

   1. expm1-log1p-u 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

   2. expm1-undefine 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

7. Applied egg-rr 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\left(e^{\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)} - 1\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]
8. Step-by-step derivation

   1. expm1-define 99.1%

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

9. Simplified 99.1%

   \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(uy \cdot \color{blue}{\mathsf{expm1}\left(\mathsf{log1p}\left(2 \cdot \pi\right)\right)}\right), \sqrt{1 - \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(ux \cdot maxCos\right)\right)} \cdot xi, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \pi\right)\right)\right) \]

10. Taylor expanded in zi around inf 13.3%

    \[\leadsto \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)} \]

11. Taylor expanded in ux around 0 11.8%

    \[\leadsto \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot zi\right)} \]
12. Add Preprocessing

Reproduce

herbie shell --seed 2024177 
(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
  :name "UniformSampleCone 2"
  :precision binary32
  :pre (and (and (and (and (and (and (<= -10000.0 xi) (<= xi 10000.0)) (and (<= -10000.0 yi) (<= yi 10000.0))) (and (<= -10000.0 zi) (<= zi 10000.0))) (and (<= 2.328306437e-10 ux) (<= ux 1.0))) (and (<= 2.328306437e-10 uy) (<= uy 1.0))) (and (<= 0.0 maxCos) (<= maxCos 1.0)))
  (+ (+ (* (* (cos (* (* uy 2.0) PI)) (sqrt (- 1.0 (* (* (* (- 1.0 ux) maxCos) ux) (* (* (- 1.0 ux) maxCos) ux))))) xi) (* (* (sin (* (* uy 2.0) PI)) (sqrt (- 1.0 (* (* (* (- 1.0 ux) maxCos) ux) (* (* (- 1.0 ux) maxCos) ux))))) yi)) (* (* (* (- 1.0 ux) maxCos) ux) zi)))