Octave 3.8, oct_fill_randg

Percentage Accurate: 99.8% → 99.8%
Time: 9.4s
Alternatives: 12
Speedup: 2.4×

Specification

?
\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := a - \frac{1}{3}\\ t\_0 \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot t\_0}} \cdot rand\right) \end{array} \end{array} \]
(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (let* ((t_0 (- a (/ 1.0 3.0))))
   (* t_0 (+ 1.0 (* (/ 1.0 (sqrt (* 9.0 t_0))) rand)))))
double code(double a, double rand) {
	double t_0 = a - (1.0 / 3.0);
	return t_0 * (1.0 + ((1.0 / sqrt((9.0 * t_0))) * rand));
}
real(8) function code(a, rand)
    real(8), intent (in) :: a
    real(8), intent (in) :: rand
    real(8) :: t_0
    t_0 = a - (1.0d0 / 3.0d0)
    code = t_0 * (1.0d0 + ((1.0d0 / sqrt((9.0d0 * t_0))) * rand))
end function
public static double code(double a, double rand) {
	double t_0 = a - (1.0 / 3.0);
	return t_0 * (1.0 + ((1.0 / Math.sqrt((9.0 * t_0))) * rand));
}
def code(a, rand):
	t_0 = a - (1.0 / 3.0)
	return t_0 * (1.0 + ((1.0 / math.sqrt((9.0 * t_0))) * rand))
function code(a, rand)
	t_0 = Float64(a - Float64(1.0 / 3.0))
	return Float64(t_0 * Float64(1.0 + Float64(Float64(1.0 / sqrt(Float64(9.0 * t_0))) * rand)))
end
function tmp = code(a, rand)
	t_0 = a - (1.0 / 3.0);
	tmp = t_0 * (1.0 + ((1.0 / sqrt((9.0 * t_0))) * rand));
end
code[a_, rand_] := Block[{t$95$0 = N[(a - N[(1.0 / 3.0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]}, N[(t$95$0 * N[(1.0 + N[(N[(1.0 / N[Sqrt[N[(9.0 * t$95$0), $MachinePrecision]], $MachinePrecision]), $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]
\begin{array}{l}

\\
\begin{array}{l}
t_0 := a - \frac{1}{3}\\
t\_0 \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot t\_0}} \cdot rand\right)
\end{array}
\end{array}

Sampling outcomes in binary64 precision:

Local Percentage Accuracy vs ?

The average percentage accuracy by input value. Horizontal axis shows value of an input variable; the variable is choosen in the title. Vertical axis is accuracy; higher is better. Red represent the original program, while blue represents Herbie's suggestion. These can be toggled with buttons below the plot. The line is an average while dots represent individual samples.

Accuracy vs Speed?

Herbie found 12 alternatives:

AlternativeAccuracySpeedup
The accuracy (vertical axis) and speed (horizontal axis) of each alternatives. Up and to the right is better. The red square shows the initial program, and each blue circle shows an alternative.The line shows the best available speed-accuracy tradeoffs.

Initial Program: 99.8% accurate, 1.0× speedup?

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := a - \frac{1}{3}\\ t\_0 \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot t\_0}} \cdot rand\right) \end{array} \end{array} \]
(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (let* ((t_0 (- a (/ 1.0 3.0))))
   (* t_0 (+ 1.0 (* (/ 1.0 (sqrt (* 9.0 t_0))) rand)))))
double code(double a, double rand) {
	double t_0 = a - (1.0 / 3.0);
	return t_0 * (1.0 + ((1.0 / sqrt((9.0 * t_0))) * rand));
}
real(8) function code(a, rand)
    real(8), intent (in) :: a
    real(8), intent (in) :: rand
    real(8) :: t_0
    t_0 = a - (1.0d0 / 3.0d0)
    code = t_0 * (1.0d0 + ((1.0d0 / sqrt((9.0d0 * t_0))) * rand))
end function
public static double code(double a, double rand) {
	double t_0 = a - (1.0 / 3.0);
	return t_0 * (1.0 + ((1.0 / Math.sqrt((9.0 * t_0))) * rand));
}
def code(a, rand):
	t_0 = a - (1.0 / 3.0)
	return t_0 * (1.0 + ((1.0 / math.sqrt((9.0 * t_0))) * rand))
function code(a, rand)
	t_0 = Float64(a - Float64(1.0 / 3.0))
	return Float64(t_0 * Float64(1.0 + Float64(Float64(1.0 / sqrt(Float64(9.0 * t_0))) * rand)))
end
function tmp = code(a, rand)
	t_0 = a - (1.0 / 3.0);
	tmp = t_0 * (1.0 + ((1.0 / sqrt((9.0 * t_0))) * rand));
end
code[a_, rand_] := Block[{t$95$0 = N[(a - N[(1.0 / 3.0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]}, N[(t$95$0 * N[(1.0 + N[(N[(1.0 / N[Sqrt[N[(9.0 * t$95$0), $MachinePrecision]], $MachinePrecision]), $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]
\begin{array}{l}

\\
\begin{array}{l}
t_0 := a - \frac{1}{3}\\
t\_0 \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot t\_0}} \cdot rand\right)
\end{array}
\end{array}

Alternative 1: 99.8% accurate, 1.6× speedup?

\[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(\left(a - 0.3333333333333333\right) \cdot 0.3333333333333333, \frac{rand}{\sqrt{a - 0.3333333333333333}}, a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]
(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (fma
  (* (- a 0.3333333333333333) 0.3333333333333333)
  (/ rand (sqrt (- a 0.3333333333333333)))
  (- a 0.3333333333333333)))
double code(double a, double rand) {
	return fma(((a - 0.3333333333333333) * 0.3333333333333333), (rand / sqrt((a - 0.3333333333333333))), (a - 0.3333333333333333));
}
function code(a, rand)
	return fma(Float64(Float64(a - 0.3333333333333333) * 0.3333333333333333), Float64(rand / sqrt(Float64(a - 0.3333333333333333))), Float64(a - 0.3333333333333333))
end
code[a_, rand_] := N[(N[(N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * N[(rand / N[Sqrt[N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]], $MachinePrecision]), $MachinePrecision] + N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]
\begin{array}{l}

\\
\mathsf{fma}\left(\left(a - 0.3333333333333333\right) \cdot 0.3333333333333333, \frac{rand}{\sqrt{a - 0.3333333333333333}}, a - 0.3333333333333333\right)
\end{array}
Derivation
  1. Initial program 99.4%

    \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
  2. Add Preprocessing
  3. Step-by-step derivation
    1. lift-*.f64N/A

      \[\leadsto \color{blue}{\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \]
    2. lift-+.f64N/A

      \[\leadsto \left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \color{blue}{\left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \]
    3. +-commutativeN/A

      \[\leadsto \left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand + 1\right)} \]
    4. distribute-lft-inN/A

      \[\leadsto \color{blue}{\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot 1} \]
  4. Applied rewrites99.9%

    \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\left(a - 0.3333333333333333\right) \cdot 0.3333333333333333, \frac{rand}{\sqrt{a - 0.3333333333333333}}, a - 0.3333333333333333\right)} \]
  5. Add Preprocessing

Alternative 2: 92.2% accurate, 1.9× speedup?

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -6 \cdot 10^{+92}:\\ \;\;\;\;\sqrt{a} \cdot \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right)\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 1.36 \cdot 10^{+54}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a - 0.3333333333333333} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand\\ \end{array} \end{array} \]
(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (if (<= rand -6e+92)
   (* (sqrt a) (* rand 0.3333333333333333))
   (if (<= rand 1.36e+54)
     (- a 0.3333333333333333)
     (* (* (sqrt (- a 0.3333333333333333)) 0.3333333333333333) rand))))
double code(double a, double rand) {
	double tmp;
	if (rand <= -6e+92) {
		tmp = sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333);
	} else if (rand <= 1.36e+54) {
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	} else {
		tmp = (sqrt((a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand;
	}
	return tmp;
}
real(8) function code(a, rand)
    real(8), intent (in) :: a
    real(8), intent (in) :: rand
    real(8) :: tmp
    if (rand <= (-6d+92)) then
        tmp = sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333d0)
    else if (rand <= 1.36d+54) then
        tmp = a - 0.3333333333333333d0
    else
        tmp = (sqrt((a - 0.3333333333333333d0)) * 0.3333333333333333d0) * rand
    end if
    code = tmp
end function
public static double code(double a, double rand) {
	double tmp;
	if (rand <= -6e+92) {
		tmp = Math.sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333);
	} else if (rand <= 1.36e+54) {
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	} else {
		tmp = (Math.sqrt((a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand;
	}
	return tmp;
}
def code(a, rand):
	tmp = 0
	if rand <= -6e+92:
		tmp = math.sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333)
	elif rand <= 1.36e+54:
		tmp = a - 0.3333333333333333
	else:
		tmp = (math.sqrt((a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand
	return tmp
function code(a, rand)
	tmp = 0.0
	if (rand <= -6e+92)
		tmp = Float64(sqrt(a) * Float64(rand * 0.3333333333333333));
	elseif (rand <= 1.36e+54)
		tmp = Float64(a - 0.3333333333333333);
	else
		tmp = Float64(Float64(sqrt(Float64(a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand);
	end
	return tmp
end
function tmp_2 = code(a, rand)
	tmp = 0.0;
	if (rand <= -6e+92)
		tmp = sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333);
	elseif (rand <= 1.36e+54)
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	else
		tmp = (sqrt((a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand;
	end
	tmp_2 = tmp;
end
code[a_, rand_] := If[LessEqual[rand, -6e+92], N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * N[(rand * 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], If[LessEqual[rand, 1.36e+54], N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision], N[(N[(N[Sqrt[N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]], $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision]]]
\begin{array}{l}

\\
\begin{array}{l}
\mathbf{if}\;rand \leq -6 \cdot 10^{+92}:\\
\;\;\;\;\sqrt{a} \cdot \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right)\\

\mathbf{elif}\;rand \leq 1.36 \cdot 10^{+54}:\\
\;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\

\mathbf{else}:\\
\;\;\;\;\left(\sqrt{a - 0.3333333333333333} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand\\


\end{array}
\end{array}
Derivation
  1. Split input into 3 regimes
  2. if rand < -6.00000000000000026e92

    1. Initial program 97.1%

      \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
    2. Add Preprocessing
    3. Step-by-step derivation
      1. lift-*.f64N/A

        \[\leadsto \color{blue}{\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \]
      2. *-commutativeN/A

        \[\leadsto \color{blue}{\left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)} \]
      3. lift-+.f64N/A

        \[\leadsto \color{blue}{\left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
      4. +-commutativeN/A

        \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand + 1\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
      5. distribute-lft1-inN/A

        \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right)} \]
      6. lift-*.f64N/A

        \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
      7. lift-/.f64N/A

        \[\leadsto \left(\color{blue}{\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
      8. associate-*l/N/A

        \[\leadsto \color{blue}{\frac{1 \cdot rand}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
      9. associate-*l/N/A

        \[\leadsto \color{blue}{\frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
      10. /-rgt-identityN/A

        \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\color{blue}{\frac{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}{1}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
      11. frac-2negN/A

        \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\color{blue}{\frac{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)}{\mathsf{neg}\left(1\right)}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
      12. metadata-evalN/A

        \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\frac{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)}{\color{blue}{-1}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
      13. associate-/r/N/A

        \[\leadsto \color{blue}{\frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)} \cdot -1} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
    4. Applied rewrites75.0%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{rand \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)}{-3 \cdot \sqrt{a - 0.3333333333333333}}, -1, a - 0.3333333333333333\right)} \]
    5. Taylor expanded in rand around inf

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right)} \]
    6. Step-by-step derivation
      1. associate-*r*N/A

        \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
      2. lower-*.f64N/A

        \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
      3. *-commutativeN/A

        \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot \frac{1}{3}\right)} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} \]
      4. lower-*.f64N/A

        \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot \frac{1}{3}\right)} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} \]
      5. lower-sqrt.f64N/A

        \[\leadsto \left(rand \cdot \frac{1}{3}\right) \cdot \color{blue}{\sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
      6. lower--.f6493.4

        \[\leadsto \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \sqrt{\color{blue}{a - 0.3333333333333333}} \]
    7. Applied rewrites93.4%

      \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \sqrt{a - 0.3333333333333333}} \]
    8. Taylor expanded in a around inf

      \[\leadsto \left(rand \cdot \frac{1}{3}\right) \cdot \sqrt{a} \]
    9. Step-by-step derivation
      1. Applied rewrites93.4%

        \[\leadsto \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \sqrt{a} \]

      if -6.00000000000000026e92 < rand < 1.35999999999999999e54

      1. Initial program 100.0%

        \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
      2. Add Preprocessing
      3. Taylor expanded in rand around 0

        \[\leadsto \color{blue}{a - \frac{1}{3}} \]
      4. Step-by-step derivation
        1. lower--.f6497.0

          \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
      5. Applied rewrites97.0%

        \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]

      if 1.35999999999999999e54 < rand

      1. Initial program 99.4%

        \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
      2. Add Preprocessing
      3. Taylor expanded in rand around inf

        \[\leadsto \color{blue}{rand \cdot \left(\left(\frac{1}{3} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} + \frac{a}{rand}\right) - \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{rand}\right)} \]
      4. Step-by-step derivation
        1. *-commutativeN/A

          \[\leadsto \color{blue}{\left(\left(\frac{1}{3} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} + \frac{a}{rand}\right) - \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{rand}\right) \cdot rand} \]
        2. lower-*.f64N/A

          \[\leadsto \color{blue}{\left(\left(\frac{1}{3} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} + \frac{a}{rand}\right) - \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{rand}\right) \cdot rand} \]
        3. associate--l+N/A

          \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} + \left(\frac{a}{rand} - \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{rand}\right)\right)} \cdot rand \]
        4. *-commutativeN/A

          \[\leadsto \left(\color{blue}{\sqrt{a - \frac{1}{3}} \cdot \frac{1}{3}} + \left(\frac{a}{rand} - \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{rand}\right)\right) \cdot rand \]
        5. associate-*r/N/A

          \[\leadsto \left(\sqrt{a - \frac{1}{3}} \cdot \frac{1}{3} + \left(\frac{a}{rand} - \color{blue}{\frac{\frac{1}{3} \cdot 1}{rand}}\right)\right) \cdot rand \]
        6. metadata-evalN/A

          \[\leadsto \left(\sqrt{a - \frac{1}{3}} \cdot \frac{1}{3} + \left(\frac{a}{rand} - \frac{\color{blue}{\frac{1}{3}}}{rand}\right)\right) \cdot rand \]
        7. div-subN/A

          \[\leadsto \left(\sqrt{a - \frac{1}{3}} \cdot \frac{1}{3} + \color{blue}{\frac{a - \frac{1}{3}}{rand}}\right) \cdot rand \]
        8. lower-fma.f64N/A

          \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\sqrt{a - \frac{1}{3}}, \frac{1}{3}, \frac{a - \frac{1}{3}}{rand}\right)} \cdot rand \]
        9. lower-sqrt.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\color{blue}{\sqrt{a - \frac{1}{3}}}, \frac{1}{3}, \frac{a - \frac{1}{3}}{rand}\right) \cdot rand \]
        10. lower--.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\sqrt{\color{blue}{a - \frac{1}{3}}}, \frac{1}{3}, \frac{a - \frac{1}{3}}{rand}\right) \cdot rand \]
        11. lower-/.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\sqrt{a - \frac{1}{3}}, \frac{1}{3}, \color{blue}{\frac{a - \frac{1}{3}}{rand}}\right) \cdot rand \]
        12. lower--.f6499.6

          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\sqrt{a - 0.3333333333333333}, 0.3333333333333333, \frac{\color{blue}{a - 0.3333333333333333}}{rand}\right) \cdot rand \]
      5. Applied rewrites99.6%

        \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\sqrt{a - 0.3333333333333333}, 0.3333333333333333, \frac{a - 0.3333333333333333}{rand}\right) \cdot rand} \]
      6. Taylor expanded in rand around inf

        \[\leadsto \left(\frac{1}{3} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right) \cdot rand \]
      7. Step-by-step derivation
        1. Applied rewrites89.9%

          \[\leadsto \left(\sqrt{a - 0.3333333333333333} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand \]
      8. Recombined 3 regimes into one program.
      9. Final simplification94.8%

        \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -6 \cdot 10^{+92}:\\ \;\;\;\;\sqrt{a} \cdot \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right)\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 1.36 \cdot 10^{+54}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a - 0.3333333333333333} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand\\ \end{array} \]
      10. Add Preprocessing

      Alternative 3: 91.7% accurate, 2.1× speedup?

      \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -6 \cdot 10^{+92}:\\ \;\;\;\;\sqrt{a} \cdot \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right)\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 1.36 \cdot 10^{+54}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand\\ \end{array} \end{array} \]
      (FPCore (a rand)
       :precision binary64
       (if (<= rand -6e+92)
         (* (sqrt a) (* rand 0.3333333333333333))
         (if (<= rand 1.36e+54)
           (- a 0.3333333333333333)
           (* (* (sqrt a) 0.3333333333333333) rand))))
      double code(double a, double rand) {
      	double tmp;
      	if (rand <= -6e+92) {
      		tmp = sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333);
      	} else if (rand <= 1.36e+54) {
      		tmp = a - 0.3333333333333333;
      	} else {
      		tmp = (sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand;
      	}
      	return tmp;
      }
      
      real(8) function code(a, rand)
          real(8), intent (in) :: a
          real(8), intent (in) :: rand
          real(8) :: tmp
          if (rand <= (-6d+92)) then
              tmp = sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333d0)
          else if (rand <= 1.36d+54) then
              tmp = a - 0.3333333333333333d0
          else
              tmp = (sqrt(a) * 0.3333333333333333d0) * rand
          end if
          code = tmp
      end function
      
      public static double code(double a, double rand) {
      	double tmp;
      	if (rand <= -6e+92) {
      		tmp = Math.sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333);
      	} else if (rand <= 1.36e+54) {
      		tmp = a - 0.3333333333333333;
      	} else {
      		tmp = (Math.sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand;
      	}
      	return tmp;
      }
      
      def code(a, rand):
      	tmp = 0
      	if rand <= -6e+92:
      		tmp = math.sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333)
      	elif rand <= 1.36e+54:
      		tmp = a - 0.3333333333333333
      	else:
      		tmp = (math.sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand
      	return tmp
      
      function code(a, rand)
      	tmp = 0.0
      	if (rand <= -6e+92)
      		tmp = Float64(sqrt(a) * Float64(rand * 0.3333333333333333));
      	elseif (rand <= 1.36e+54)
      		tmp = Float64(a - 0.3333333333333333);
      	else
      		tmp = Float64(Float64(sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand);
      	end
      	return tmp
      end
      
      function tmp_2 = code(a, rand)
      	tmp = 0.0;
      	if (rand <= -6e+92)
      		tmp = sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333);
      	elseif (rand <= 1.36e+54)
      		tmp = a - 0.3333333333333333;
      	else
      		tmp = (sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand;
      	end
      	tmp_2 = tmp;
      end
      
      code[a_, rand_] := If[LessEqual[rand, -6e+92], N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * N[(rand * 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], If[LessEqual[rand, 1.36e+54], N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision], N[(N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision]]]
      
      \begin{array}{l}
      
      \\
      \begin{array}{l}
      \mathbf{if}\;rand \leq -6 \cdot 10^{+92}:\\
      \;\;\;\;\sqrt{a} \cdot \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right)\\
      
      \mathbf{elif}\;rand \leq 1.36 \cdot 10^{+54}:\\
      \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\
      
      \mathbf{else}:\\
      \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand\\
      
      
      \end{array}
      \end{array}
      
      Derivation
      1. Split input into 3 regimes
      2. if rand < -6.00000000000000026e92

        1. Initial program 97.1%

          \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
        2. Add Preprocessing
        3. Step-by-step derivation
          1. lift-*.f64N/A

            \[\leadsto \color{blue}{\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \]
          2. *-commutativeN/A

            \[\leadsto \color{blue}{\left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)} \]
          3. lift-+.f64N/A

            \[\leadsto \color{blue}{\left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
          4. +-commutativeN/A

            \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand + 1\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
          5. distribute-lft1-inN/A

            \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right)} \]
          6. lift-*.f64N/A

            \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
          7. lift-/.f64N/A

            \[\leadsto \left(\color{blue}{\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
          8. associate-*l/N/A

            \[\leadsto \color{blue}{\frac{1 \cdot rand}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
          9. associate-*l/N/A

            \[\leadsto \color{blue}{\frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
          10. /-rgt-identityN/A

            \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\color{blue}{\frac{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}{1}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
          11. frac-2negN/A

            \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\color{blue}{\frac{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)}{\mathsf{neg}\left(1\right)}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
          12. metadata-evalN/A

            \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\frac{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)}{\color{blue}{-1}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
          13. associate-/r/N/A

            \[\leadsto \color{blue}{\frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)} \cdot -1} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
        4. Applied rewrites75.0%

          \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{rand \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)}{-3 \cdot \sqrt{a - 0.3333333333333333}}, -1, a - 0.3333333333333333\right)} \]
        5. Taylor expanded in rand around inf

          \[\leadsto \color{blue}{\frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right)} \]
        6. Step-by-step derivation
          1. associate-*r*N/A

            \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
          2. lower-*.f64N/A

            \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
          3. *-commutativeN/A

            \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot \frac{1}{3}\right)} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} \]
          4. lower-*.f64N/A

            \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot \frac{1}{3}\right)} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} \]
          5. lower-sqrt.f64N/A

            \[\leadsto \left(rand \cdot \frac{1}{3}\right) \cdot \color{blue}{\sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
          6. lower--.f6493.4

            \[\leadsto \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \sqrt{\color{blue}{a - 0.3333333333333333}} \]
        7. Applied rewrites93.4%

          \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \sqrt{a - 0.3333333333333333}} \]
        8. Taylor expanded in a around inf

          \[\leadsto \left(rand \cdot \frac{1}{3}\right) \cdot \sqrt{a} \]
        9. Step-by-step derivation
          1. Applied rewrites93.4%

            \[\leadsto \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \sqrt{a} \]

          if -6.00000000000000026e92 < rand < 1.35999999999999999e54

          1. Initial program 100.0%

            \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
          2. Add Preprocessing
          3. Taylor expanded in rand around 0

            \[\leadsto \color{blue}{a - \frac{1}{3}} \]
          4. Step-by-step derivation
            1. lower--.f6497.0

              \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
          5. Applied rewrites97.0%

            \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]

          if 1.35999999999999999e54 < rand

          1. Initial program 99.4%

            \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
          2. Add Preprocessing
          3. Step-by-step derivation
            1. lift-*.f64N/A

              \[\leadsto \color{blue}{\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \]
            2. *-commutativeN/A

              \[\leadsto \color{blue}{\left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)} \]
            3. lift-+.f64N/A

              \[\leadsto \color{blue}{\left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
            4. +-commutativeN/A

              \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand + 1\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
            5. distribute-lft1-inN/A

              \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right)} \]
            6. lift-*.f64N/A

              \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
            7. lift-/.f64N/A

              \[\leadsto \left(\color{blue}{\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
            8. associate-*l/N/A

              \[\leadsto \color{blue}{\frac{1 \cdot rand}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
            9. associate-*l/N/A

              \[\leadsto \color{blue}{\frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
            10. /-rgt-identityN/A

              \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\color{blue}{\frac{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}{1}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
            11. frac-2negN/A

              \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\color{blue}{\frac{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)}{\mathsf{neg}\left(1\right)}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
            12. metadata-evalN/A

              \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\frac{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)}{\color{blue}{-1}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
            13. associate-/r/N/A

              \[\leadsto \color{blue}{\frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)} \cdot -1} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
          4. Applied rewrites74.3%

            \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{rand \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)}{-3 \cdot \sqrt{a - 0.3333333333333333}}, -1, a - 0.3333333333333333\right)} \]
          5. Taylor expanded in rand around inf

            \[\leadsto \color{blue}{\frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right)} \]
          6. Step-by-step derivation
            1. associate-*r*N/A

              \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
            2. lower-*.f64N/A

              \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
            3. *-commutativeN/A

              \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot \frac{1}{3}\right)} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} \]
            4. lower-*.f64N/A

              \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot \frac{1}{3}\right)} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} \]
            5. lower-sqrt.f64N/A

              \[\leadsto \left(rand \cdot \frac{1}{3}\right) \cdot \color{blue}{\sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
            6. lower--.f6489.7

              \[\leadsto \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \sqrt{\color{blue}{a - 0.3333333333333333}} \]
          7. Applied rewrites89.7%

            \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \sqrt{a - 0.3333333333333333}} \]
          8. Step-by-step derivation
            1. Applied rewrites89.9%

              \[\leadsto \left(\sqrt{a - 0.3333333333333333} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \color{blue}{rand} \]
            2. Taylor expanded in a around inf

              \[\leadsto \left(\sqrt{a} \cdot \frac{1}{3}\right) \cdot rand \]
            3. Step-by-step derivation
              1. Applied rewrites87.3%

                \[\leadsto \left(\sqrt{a} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand \]
            4. Recombined 3 regimes into one program.
            5. Final simplification94.3%

              \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -6 \cdot 10^{+92}:\\ \;\;\;\;\sqrt{a} \cdot \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right)\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 1.36 \cdot 10^{+54}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand\\ \end{array} \]
            6. Add Preprocessing

            Alternative 4: 91.7% accurate, 2.1× speedup?

            \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \sqrt{a} \cdot \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right)\\ \mathbf{if}\;rand \leq -6 \cdot 10^{+92}:\\ \;\;\;\;t\_0\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 1.36 \cdot 10^{+54}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;t\_0\\ \end{array} \end{array} \]
            (FPCore (a rand)
             :precision binary64
             (let* ((t_0 (* (sqrt a) (* rand 0.3333333333333333))))
               (if (<= rand -6e+92)
                 t_0
                 (if (<= rand 1.36e+54) (- a 0.3333333333333333) t_0))))
            double code(double a, double rand) {
            	double t_0 = sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333);
            	double tmp;
            	if (rand <= -6e+92) {
            		tmp = t_0;
            	} else if (rand <= 1.36e+54) {
            		tmp = a - 0.3333333333333333;
            	} else {
            		tmp = t_0;
            	}
            	return tmp;
            }
            
            real(8) function code(a, rand)
                real(8), intent (in) :: a
                real(8), intent (in) :: rand
                real(8) :: t_0
                real(8) :: tmp
                t_0 = sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333d0)
                if (rand <= (-6d+92)) then
                    tmp = t_0
                else if (rand <= 1.36d+54) then
                    tmp = a - 0.3333333333333333d0
                else
                    tmp = t_0
                end if
                code = tmp
            end function
            
            public static double code(double a, double rand) {
            	double t_0 = Math.sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333);
            	double tmp;
            	if (rand <= -6e+92) {
            		tmp = t_0;
            	} else if (rand <= 1.36e+54) {
            		tmp = a - 0.3333333333333333;
            	} else {
            		tmp = t_0;
            	}
            	return tmp;
            }
            
            def code(a, rand):
            	t_0 = math.sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333)
            	tmp = 0
            	if rand <= -6e+92:
            		tmp = t_0
            	elif rand <= 1.36e+54:
            		tmp = a - 0.3333333333333333
            	else:
            		tmp = t_0
            	return tmp
            
            function code(a, rand)
            	t_0 = Float64(sqrt(a) * Float64(rand * 0.3333333333333333))
            	tmp = 0.0
            	if (rand <= -6e+92)
            		tmp = t_0;
            	elseif (rand <= 1.36e+54)
            		tmp = Float64(a - 0.3333333333333333);
            	else
            		tmp = t_0;
            	end
            	return tmp
            end
            
            function tmp_2 = code(a, rand)
            	t_0 = sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333);
            	tmp = 0.0;
            	if (rand <= -6e+92)
            		tmp = t_0;
            	elseif (rand <= 1.36e+54)
            		tmp = a - 0.3333333333333333;
            	else
            		tmp = t_0;
            	end
            	tmp_2 = tmp;
            end
            
            code[a_, rand_] := Block[{t$95$0 = N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * N[(rand * 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]}, If[LessEqual[rand, -6e+92], t$95$0, If[LessEqual[rand, 1.36e+54], N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision], t$95$0]]]
            
            \begin{array}{l}
            
            \\
            \begin{array}{l}
            t_0 := \sqrt{a} \cdot \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right)\\
            \mathbf{if}\;rand \leq -6 \cdot 10^{+92}:\\
            \;\;\;\;t\_0\\
            
            \mathbf{elif}\;rand \leq 1.36 \cdot 10^{+54}:\\
            \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\
            
            \mathbf{else}:\\
            \;\;\;\;t\_0\\
            
            
            \end{array}
            \end{array}
            
            Derivation
            1. Split input into 2 regimes
            2. if rand < -6.00000000000000026e92 or 1.35999999999999999e54 < rand

              1. Initial program 98.4%

                \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
              2. Add Preprocessing
              3. Step-by-step derivation
                1. lift-*.f64N/A

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \]
                2. *-commutativeN/A

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)} \]
                3. lift-+.f64N/A

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                4. +-commutativeN/A

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand + 1\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                5. distribute-lft1-inN/A

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right)} \]
                6. lift-*.f64N/A

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                7. lift-/.f64N/A

                  \[\leadsto \left(\color{blue}{\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                8. associate-*l/N/A

                  \[\leadsto \color{blue}{\frac{1 \cdot rand}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                9. associate-*l/N/A

                  \[\leadsto \color{blue}{\frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                10. /-rgt-identityN/A

                  \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\color{blue}{\frac{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}{1}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                11. frac-2negN/A

                  \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\color{blue}{\frac{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)}{\mathsf{neg}\left(1\right)}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                12. metadata-evalN/A

                  \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\frac{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)}{\color{blue}{-1}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                13. associate-/r/N/A

                  \[\leadsto \color{blue}{\frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)} \cdot -1} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
              4. Applied rewrites74.6%

                \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{rand \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)}{-3 \cdot \sqrt{a - 0.3333333333333333}}, -1, a - 0.3333333333333333\right)} \]
              5. Taylor expanded in rand around inf

                \[\leadsto \color{blue}{\frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right)} \]
              6. Step-by-step derivation
                1. associate-*r*N/A

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
                2. lower-*.f64N/A

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
                3. *-commutativeN/A

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot \frac{1}{3}\right)} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} \]
                4. lower-*.f64N/A

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot \frac{1}{3}\right)} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} \]
                5. lower-sqrt.f64N/A

                  \[\leadsto \left(rand \cdot \frac{1}{3}\right) \cdot \color{blue}{\sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
                6. lower--.f6491.3

                  \[\leadsto \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \sqrt{\color{blue}{a - 0.3333333333333333}} \]
              7. Applied rewrites91.3%

                \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \sqrt{a - 0.3333333333333333}} \]
              8. Taylor expanded in a around inf

                \[\leadsto \left(rand \cdot \frac{1}{3}\right) \cdot \sqrt{a} \]
              9. Step-by-step derivation
                1. Applied rewrites89.8%

                  \[\leadsto \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \sqrt{a} \]

                if -6.00000000000000026e92 < rand < 1.35999999999999999e54

                1. Initial program 100.0%

                  \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
                2. Add Preprocessing
                3. Taylor expanded in rand around 0

                  \[\leadsto \color{blue}{a - \frac{1}{3}} \]
                4. Step-by-step derivation
                  1. lower--.f6497.0

                    \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                5. Applied rewrites97.0%

                  \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
              10. Recombined 2 regimes into one program.
              11. Final simplification94.2%

                \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -6 \cdot 10^{+92}:\\ \;\;\;\;\sqrt{a} \cdot \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right)\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 1.36 \cdot 10^{+54}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\sqrt{a} \cdot \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right)\\ \end{array} \]
              12. Add Preprocessing

              Alternative 5: 91.6% accurate, 2.1× speedup?

              \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(\sqrt{a} \cdot rand\right) \cdot 0.3333333333333333\\ \mathbf{if}\;rand \leq -6 \cdot 10^{+92}:\\ \;\;\;\;t\_0\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 1.36 \cdot 10^{+54}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;t\_0\\ \end{array} \end{array} \]
              (FPCore (a rand)
               :precision binary64
               (let* ((t_0 (* (* (sqrt a) rand) 0.3333333333333333)))
                 (if (<= rand -6e+92)
                   t_0
                   (if (<= rand 1.36e+54) (- a 0.3333333333333333) t_0))))
              double code(double a, double rand) {
              	double t_0 = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
              	double tmp;
              	if (rand <= -6e+92) {
              		tmp = t_0;
              	} else if (rand <= 1.36e+54) {
              		tmp = a - 0.3333333333333333;
              	} else {
              		tmp = t_0;
              	}
              	return tmp;
              }
              
              real(8) function code(a, rand)
                  real(8), intent (in) :: a
                  real(8), intent (in) :: rand
                  real(8) :: t_0
                  real(8) :: tmp
                  t_0 = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333d0
                  if (rand <= (-6d+92)) then
                      tmp = t_0
                  else if (rand <= 1.36d+54) then
                      tmp = a - 0.3333333333333333d0
                  else
                      tmp = t_0
                  end if
                  code = tmp
              end function
              
              public static double code(double a, double rand) {
              	double t_0 = (Math.sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
              	double tmp;
              	if (rand <= -6e+92) {
              		tmp = t_0;
              	} else if (rand <= 1.36e+54) {
              		tmp = a - 0.3333333333333333;
              	} else {
              		tmp = t_0;
              	}
              	return tmp;
              }
              
              def code(a, rand):
              	t_0 = (math.sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333
              	tmp = 0
              	if rand <= -6e+92:
              		tmp = t_0
              	elif rand <= 1.36e+54:
              		tmp = a - 0.3333333333333333
              	else:
              		tmp = t_0
              	return tmp
              
              function code(a, rand)
              	t_0 = Float64(Float64(sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333)
              	tmp = 0.0
              	if (rand <= -6e+92)
              		tmp = t_0;
              	elseif (rand <= 1.36e+54)
              		tmp = Float64(a - 0.3333333333333333);
              	else
              		tmp = t_0;
              	end
              	return tmp
              end
              
              function tmp_2 = code(a, rand)
              	t_0 = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
              	tmp = 0.0;
              	if (rand <= -6e+92)
              		tmp = t_0;
              	elseif (rand <= 1.36e+54)
              		tmp = a - 0.3333333333333333;
              	else
              		tmp = t_0;
              	end
              	tmp_2 = tmp;
              end
              
              code[a_, rand_] := Block[{t$95$0 = N[(N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision]}, If[LessEqual[rand, -6e+92], t$95$0, If[LessEqual[rand, 1.36e+54], N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision], t$95$0]]]
              
              \begin{array}{l}
              
              \\
              \begin{array}{l}
              t_0 := \left(\sqrt{a} \cdot rand\right) \cdot 0.3333333333333333\\
              \mathbf{if}\;rand \leq -6 \cdot 10^{+92}:\\
              \;\;\;\;t\_0\\
              
              \mathbf{elif}\;rand \leq 1.36 \cdot 10^{+54}:\\
              \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\
              
              \mathbf{else}:\\
              \;\;\;\;t\_0\\
              
              
              \end{array}
              \end{array}
              
              Derivation
              1. Split input into 2 regimes
              2. if rand < -6.00000000000000026e92 or 1.35999999999999999e54 < rand

                1. Initial program 98.4%

                  \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
                2. Add Preprocessing
                3. Step-by-step derivation
                  1. lift-*.f64N/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \]
                  2. *-commutativeN/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)} \]
                  3. lift-+.f64N/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                  4. +-commutativeN/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand + 1\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                  5. distribute-lft1-inN/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right)} \]
                  6. lift-*.f64N/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right)} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                  7. lift-/.f64N/A

                    \[\leadsto \left(\color{blue}{\frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                  8. associate-*l/N/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\frac{1 \cdot rand}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                  9. associate-*l/N/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                  10. /-rgt-identityN/A

                    \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\color{blue}{\frac{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}}{1}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                  11. frac-2negN/A

                    \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\color{blue}{\frac{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)}{\mathsf{neg}\left(1\right)}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                  12. metadata-evalN/A

                    \[\leadsto \frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\frac{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)}{\color{blue}{-1}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                  13. associate-/r/N/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\frac{\left(1 \cdot rand\right) \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}{\mathsf{neg}\left(\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}\right)} \cdot -1} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                4. Applied rewrites74.6%

                  \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{rand \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)}{-3 \cdot \sqrt{a - 0.3333333333333333}}, -1, a - 0.3333333333333333\right)} \]
                5. Taylor expanded in rand around inf

                  \[\leadsto \color{blue}{\frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right)} \]
                6. Step-by-step derivation
                  1. associate-*r*N/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
                  2. lower-*.f64N/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
                  3. *-commutativeN/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot \frac{1}{3}\right)} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} \]
                  4. lower-*.f64N/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot \frac{1}{3}\right)} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} \]
                  5. lower-sqrt.f64N/A

                    \[\leadsto \left(rand \cdot \frac{1}{3}\right) \cdot \color{blue}{\sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
                  6. lower--.f6491.3

                    \[\leadsto \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \sqrt{\color{blue}{a - 0.3333333333333333}} \]
                7. Applied rewrites91.3%

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(rand \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \sqrt{a - 0.3333333333333333}} \]
                8. Taylor expanded in a around inf

                  \[\leadsto \frac{1}{3} \cdot \color{blue}{\left(\sqrt{a} \cdot rand\right)} \]
                9. Step-by-step derivation
                  1. Applied rewrites88.9%

                    \[\leadsto \left(\sqrt{a} \cdot rand\right) \cdot \color{blue}{0.3333333333333333} \]

                  if -6.00000000000000026e92 < rand < 1.35999999999999999e54

                  1. Initial program 100.0%

                    \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
                  2. Add Preprocessing
                  3. Taylor expanded in rand around 0

                    \[\leadsto \color{blue}{a - \frac{1}{3}} \]
                  4. Step-by-step derivation
                    1. lower--.f6497.0

                      \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                  5. Applied rewrites97.0%

                    \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                10. Recombined 2 regimes into one program.
                11. Add Preprocessing

                Alternative 6: 99.8% accurate, 2.4× speedup?

                \[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(\sqrt{a - 0.3333333333333333} \cdot 0.3333333333333333, rand, a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]
                (FPCore (a rand)
                 :precision binary64
                 (fma
                  (* (sqrt (- a 0.3333333333333333)) 0.3333333333333333)
                  rand
                  (- a 0.3333333333333333)))
                double code(double a, double rand) {
                	return fma((sqrt((a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333), rand, (a - 0.3333333333333333));
                }
                
                function code(a, rand)
                	return fma(Float64(sqrt(Float64(a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333), rand, Float64(a - 0.3333333333333333))
                end
                
                code[a_, rand_] := N[(N[(N[Sqrt[N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]], $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * rand + N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]
                
                \begin{array}{l}
                
                \\
                \mathsf{fma}\left(\sqrt{a - 0.3333333333333333} \cdot 0.3333333333333333, rand, a - 0.3333333333333333\right)
                \end{array}
                
                Derivation
                1. Initial program 99.4%

                  \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
                2. Add Preprocessing
                3. Taylor expanded in rand around 0

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(a + \frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right)\right) - \frac{1}{3}} \]
                4. Step-by-step derivation
                  1. +-commutativeN/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right) + a\right)} - \frac{1}{3} \]
                  2. associate--l+N/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right)} \]
                  3. associate-*r*N/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                  4. lower-fma.f64N/A

                    \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{1}{3} \cdot rand, \sqrt{a - \frac{1}{3}}, a - \frac{1}{3}\right)} \]
                  5. *-commutativeN/A

                    \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\color{blue}{rand \cdot \frac{1}{3}}, \sqrt{a - \frac{1}{3}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                  6. lower-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\color{blue}{rand \cdot \frac{1}{3}}, \sqrt{a - \frac{1}{3}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                  7. lower-sqrt.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{fma}\left(rand \cdot \frac{1}{3}, \color{blue}{\sqrt{a - \frac{1}{3}}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                  8. lower--.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{fma}\left(rand \cdot \frac{1}{3}, \sqrt{\color{blue}{a - \frac{1}{3}}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                  9. lower--.f6499.8

                    \[\leadsto \mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, \color{blue}{a - 0.3333333333333333}\right) \]
                5. Applied rewrites99.8%

                  \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, a - 0.3333333333333333\right)} \]
                6. Step-by-step derivation
                  1. Applied rewrites99.8%

                    \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\sqrt{a - 0.3333333333333333} \cdot 0.3333333333333333, \color{blue}{rand}, a - 0.3333333333333333\right) \]
                  2. Add Preprocessing

                  Alternative 7: 99.8% accurate, 2.4× speedup?

                  \[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]
                  (FPCore (a rand)
                   :precision binary64
                   (fma
                    (* rand 0.3333333333333333)
                    (sqrt (- a 0.3333333333333333))
                    (- a 0.3333333333333333)))
                  double code(double a, double rand) {
                  	return fma((rand * 0.3333333333333333), sqrt((a - 0.3333333333333333)), (a - 0.3333333333333333));
                  }
                  
                  function code(a, rand)
                  	return fma(Float64(rand * 0.3333333333333333), sqrt(Float64(a - 0.3333333333333333)), Float64(a - 0.3333333333333333))
                  end
                  
                  code[a_, rand_] := N[(N[(rand * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * N[Sqrt[N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]], $MachinePrecision] + N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]
                  
                  \begin{array}{l}
                  
                  \\
                  \mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, a - 0.3333333333333333\right)
                  \end{array}
                  
                  Derivation
                  1. Initial program 99.4%

                    \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
                  2. Add Preprocessing
                  3. Taylor expanded in rand around 0

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(a + \frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right)\right) - \frac{1}{3}} \]
                  4. Step-by-step derivation
                    1. +-commutativeN/A

                      \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right) + a\right)} - \frac{1}{3} \]
                    2. associate--l+N/A

                      \[\leadsto \color{blue}{\frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right)} \]
                    3. associate-*r*N/A

                      \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                    4. lower-fma.f64N/A

                      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{1}{3} \cdot rand, \sqrt{a - \frac{1}{3}}, a - \frac{1}{3}\right)} \]
                    5. *-commutativeN/A

                      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\color{blue}{rand \cdot \frac{1}{3}}, \sqrt{a - \frac{1}{3}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                    6. lower-*.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\color{blue}{rand \cdot \frac{1}{3}}, \sqrt{a - \frac{1}{3}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                    7. lower-sqrt.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(rand \cdot \frac{1}{3}, \color{blue}{\sqrt{a - \frac{1}{3}}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                    8. lower--.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(rand \cdot \frac{1}{3}, \sqrt{\color{blue}{a - \frac{1}{3}}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                    9. lower--.f6499.8

                      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, \color{blue}{a - 0.3333333333333333}\right) \]
                  5. Applied rewrites99.8%

                    \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, a - 0.3333333333333333\right)} \]
                  6. Add Preprocessing

                  Alternative 8: 98.8% accurate, 2.7× speedup?

                  \[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(\sqrt{a} \cdot 0.3333333333333333, rand, a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]
                  (FPCore (a rand)
                   :precision binary64
                   (fma (* (sqrt a) 0.3333333333333333) rand (- a 0.3333333333333333)))
                  double code(double a, double rand) {
                  	return fma((sqrt(a) * 0.3333333333333333), rand, (a - 0.3333333333333333));
                  }
                  
                  function code(a, rand)
                  	return fma(Float64(sqrt(a) * 0.3333333333333333), rand, Float64(a - 0.3333333333333333))
                  end
                  
                  code[a_, rand_] := N[(N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * rand + N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]
                  
                  \begin{array}{l}
                  
                  \\
                  \mathsf{fma}\left(\sqrt{a} \cdot 0.3333333333333333, rand, a - 0.3333333333333333\right)
                  \end{array}
                  
                  Derivation
                  1. Initial program 99.4%

                    \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
                  2. Add Preprocessing
                  3. Taylor expanded in rand around 0

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(a + \frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right)\right) - \frac{1}{3}} \]
                  4. Step-by-step derivation
                    1. +-commutativeN/A

                      \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right) + a\right)} - \frac{1}{3} \]
                    2. associate--l+N/A

                      \[\leadsto \color{blue}{\frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right)} \]
                    3. associate-*r*N/A

                      \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                    4. lower-fma.f64N/A

                      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{1}{3} \cdot rand, \sqrt{a - \frac{1}{3}}, a - \frac{1}{3}\right)} \]
                    5. *-commutativeN/A

                      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\color{blue}{rand \cdot \frac{1}{3}}, \sqrt{a - \frac{1}{3}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                    6. lower-*.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\color{blue}{rand \cdot \frac{1}{3}}, \sqrt{a - \frac{1}{3}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                    7. lower-sqrt.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(rand \cdot \frac{1}{3}, \color{blue}{\sqrt{a - \frac{1}{3}}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                    8. lower--.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(rand \cdot \frac{1}{3}, \sqrt{\color{blue}{a - \frac{1}{3}}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                    9. lower--.f6499.8

                      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, \color{blue}{a - 0.3333333333333333}\right) \]
                  5. Applied rewrites99.8%

                    \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, a - 0.3333333333333333\right)} \]
                  6. Step-by-step derivation
                    1. Applied rewrites99.8%

                      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\sqrt{a - 0.3333333333333333} \cdot 0.3333333333333333, \color{blue}{rand}, a - 0.3333333333333333\right) \]
                    2. Taylor expanded in a around inf

                      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\sqrt{a} \cdot \frac{1}{3}, rand, a - \frac{1}{3}\right) \]
                    3. Step-by-step derivation
                      1. Applied rewrites99.0%

                        \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\sqrt{a} \cdot 0.3333333333333333, rand, a - 0.3333333333333333\right) \]
                      2. Add Preprocessing

                      Alternative 9: 98.8% accurate, 2.7× speedup?

                      \[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a}, a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]
                      (FPCore (a rand)
                       :precision binary64
                       (fma (* rand 0.3333333333333333) (sqrt a) (- a 0.3333333333333333)))
                      double code(double a, double rand) {
                      	return fma((rand * 0.3333333333333333), sqrt(a), (a - 0.3333333333333333));
                      }
                      
                      function code(a, rand)
                      	return fma(Float64(rand * 0.3333333333333333), sqrt(a), Float64(a - 0.3333333333333333))
                      end
                      
                      code[a_, rand_] := N[(N[(rand * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * N[Sqrt[a], $MachinePrecision] + N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]
                      
                      \begin{array}{l}
                      
                      \\
                      \mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a}, a - 0.3333333333333333\right)
                      \end{array}
                      
                      Derivation
                      1. Initial program 99.4%

                        \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
                      2. Add Preprocessing
                      3. Taylor expanded in rand around 0

                        \[\leadsto \color{blue}{\left(a + \frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right)\right) - \frac{1}{3}} \]
                      4. Step-by-step derivation
                        1. +-commutativeN/A

                          \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right) + a\right)} - \frac{1}{3} \]
                        2. associate--l+N/A

                          \[\leadsto \color{blue}{\frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right) + \left(a - \frac{1}{3}\right)} \]
                        3. associate-*r*N/A

                          \[\leadsto \color{blue}{\left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}} + \left(a - \frac{1}{3}\right) \]
                        4. lower-fma.f64N/A

                          \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{1}{3} \cdot rand, \sqrt{a - \frac{1}{3}}, a - \frac{1}{3}\right)} \]
                        5. *-commutativeN/A

                          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\color{blue}{rand \cdot \frac{1}{3}}, \sqrt{a - \frac{1}{3}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                        6. lower-*.f64N/A

                          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\color{blue}{rand \cdot \frac{1}{3}}, \sqrt{a - \frac{1}{3}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                        7. lower-sqrt.f64N/A

                          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(rand \cdot \frac{1}{3}, \color{blue}{\sqrt{a - \frac{1}{3}}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                        8. lower--.f64N/A

                          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(rand \cdot \frac{1}{3}, \sqrt{\color{blue}{a - \frac{1}{3}}}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                        9. lower--.f6499.8

                          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, \color{blue}{a - 0.3333333333333333}\right) \]
                      5. Applied rewrites99.8%

                        \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, a - 0.3333333333333333\right)} \]
                      6. Taylor expanded in a around inf

                        \[\leadsto \mathsf{fma}\left(rand \cdot \frac{1}{3}, \sqrt{a}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                      7. Step-by-step derivation
                        1. Applied rewrites99.0%

                          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a}, a - 0.3333333333333333\right) \]
                        2. Add Preprocessing

                        Alternative 10: 66.7% accurate, 3.0× speedup?

                        \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq 2.3 \cdot 10^{+151}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\frac{a \cdot a}{0.3333333333333333}\\ \end{array} \end{array} \]
                        (FPCore (a rand)
                         :precision binary64
                         (if (<= rand 2.3e+151)
                           (- a 0.3333333333333333)
                           (/ (* a a) 0.3333333333333333)))
                        double code(double a, double rand) {
                        	double tmp;
                        	if (rand <= 2.3e+151) {
                        		tmp = a - 0.3333333333333333;
                        	} else {
                        		tmp = (a * a) / 0.3333333333333333;
                        	}
                        	return tmp;
                        }
                        
                        real(8) function code(a, rand)
                            real(8), intent (in) :: a
                            real(8), intent (in) :: rand
                            real(8) :: tmp
                            if (rand <= 2.3d+151) then
                                tmp = a - 0.3333333333333333d0
                            else
                                tmp = (a * a) / 0.3333333333333333d0
                            end if
                            code = tmp
                        end function
                        
                        public static double code(double a, double rand) {
                        	double tmp;
                        	if (rand <= 2.3e+151) {
                        		tmp = a - 0.3333333333333333;
                        	} else {
                        		tmp = (a * a) / 0.3333333333333333;
                        	}
                        	return tmp;
                        }
                        
                        def code(a, rand):
                        	tmp = 0
                        	if rand <= 2.3e+151:
                        		tmp = a - 0.3333333333333333
                        	else:
                        		tmp = (a * a) / 0.3333333333333333
                        	return tmp
                        
                        function code(a, rand)
                        	tmp = 0.0
                        	if (rand <= 2.3e+151)
                        		tmp = Float64(a - 0.3333333333333333);
                        	else
                        		tmp = Float64(Float64(a * a) / 0.3333333333333333);
                        	end
                        	return tmp
                        end
                        
                        function tmp_2 = code(a, rand)
                        	tmp = 0.0;
                        	if (rand <= 2.3e+151)
                        		tmp = a - 0.3333333333333333;
                        	else
                        		tmp = (a * a) / 0.3333333333333333;
                        	end
                        	tmp_2 = tmp;
                        end
                        
                        code[a_, rand_] := If[LessEqual[rand, 2.3e+151], N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision], N[(N[(a * a), $MachinePrecision] / 0.3333333333333333), $MachinePrecision]]
                        
                        \begin{array}{l}
                        
                        \\
                        \begin{array}{l}
                        \mathbf{if}\;rand \leq 2.3 \cdot 10^{+151}:\\
                        \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\
                        
                        \mathbf{else}:\\
                        \;\;\;\;\frac{a \cdot a}{0.3333333333333333}\\
                        
                        
                        \end{array}
                        \end{array}
                        
                        Derivation
                        1. Split input into 2 regimes
                        2. if rand < 2.3000000000000001e151

                          1. Initial program 99.4%

                            \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
                          2. Add Preprocessing
                          3. Taylor expanded in rand around 0

                            \[\leadsto \color{blue}{a - \frac{1}{3}} \]
                          4. Step-by-step derivation
                            1. lower--.f6471.6

                              \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                          5. Applied rewrites71.6%

                            \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]

                          if 2.3000000000000001e151 < rand

                          1. Initial program 99.5%

                            \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
                          2. Add Preprocessing
                          3. Taylor expanded in rand around 0

                            \[\leadsto \color{blue}{a - \frac{1}{3}} \]
                          4. Step-by-step derivation
                            1. lower--.f645.3

                              \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                          5. Applied rewrites5.3%

                            \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                          6. Step-by-step derivation
                            1. Applied rewrites25.7%

                              \[\leadsto \frac{\mathsf{fma}\left(a, a, -0.1111111111111111\right)}{\color{blue}{a - -0.3333333333333333}} \]
                            2. Taylor expanded in a around 0

                              \[\leadsto \frac{\mathsf{fma}\left(a, a, \frac{-1}{9}\right)}{\frac{1}{3}} \]
                            3. Step-by-step derivation
                              1. Applied rewrites26.8%

                                \[\leadsto \frac{\mathsf{fma}\left(a, a, -0.1111111111111111\right)}{0.3333333333333333} \]
                              2. Taylor expanded in a around inf

                                \[\leadsto \frac{{a}^{2}}{\frac{1}{3}} \]
                              3. Step-by-step derivation
                                1. Applied rewrites26.8%

                                  \[\leadsto \frac{a \cdot a}{0.3333333333333333} \]
                              4. Recombined 2 regimes into one program.
                              5. Add Preprocessing

                              Alternative 11: 62.4% accurate, 17.0× speedup?

                              \[\begin{array}{l} \\ a - 0.3333333333333333 \end{array} \]
                              (FPCore (a rand) :precision binary64 (- a 0.3333333333333333))
                              double code(double a, double rand) {
                              	return a - 0.3333333333333333;
                              }
                              
                              real(8) function code(a, rand)
                                  real(8), intent (in) :: a
                                  real(8), intent (in) :: rand
                                  code = a - 0.3333333333333333d0
                              end function
                              
                              public static double code(double a, double rand) {
                              	return a - 0.3333333333333333;
                              }
                              
                              def code(a, rand):
                              	return a - 0.3333333333333333
                              
                              function code(a, rand)
                              	return Float64(a - 0.3333333333333333)
                              end
                              
                              function tmp = code(a, rand)
                              	tmp = a - 0.3333333333333333;
                              end
                              
                              code[a_, rand_] := N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]
                              
                              \begin{array}{l}
                              
                              \\
                              a - 0.3333333333333333
                              \end{array}
                              
                              Derivation
                              1. Initial program 99.4%

                                \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
                              2. Add Preprocessing
                              3. Taylor expanded in rand around 0

                                \[\leadsto \color{blue}{a - \frac{1}{3}} \]
                              4. Step-by-step derivation
                                1. lower--.f6463.0

                                  \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                              5. Applied rewrites63.0%

                                \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                              6. Add Preprocessing

                              Alternative 12: 1.6% accurate, 68.0× speedup?

                              \[\begin{array}{l} \\ -0.3333333333333333 \end{array} \]
                              (FPCore (a rand) :precision binary64 -0.3333333333333333)
                              double code(double a, double rand) {
                              	return -0.3333333333333333;
                              }
                              
                              real(8) function code(a, rand)
                                  real(8), intent (in) :: a
                                  real(8), intent (in) :: rand
                                  code = -0.3333333333333333d0
                              end function
                              
                              public static double code(double a, double rand) {
                              	return -0.3333333333333333;
                              }
                              
                              def code(a, rand):
                              	return -0.3333333333333333
                              
                              function code(a, rand)
                              	return -0.3333333333333333
                              end
                              
                              function tmp = code(a, rand)
                              	tmp = -0.3333333333333333;
                              end
                              
                              code[a_, rand_] := -0.3333333333333333
                              
                              \begin{array}{l}
                              
                              \\
                              -0.3333333333333333
                              \end{array}
                              
                              Derivation
                              1. Initial program 99.4%

                                \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
                              2. Add Preprocessing
                              3. Taylor expanded in rand around 0

                                \[\leadsto \color{blue}{a - \frac{1}{3}} \]
                              4. Step-by-step derivation
                                1. lower--.f6463.0

                                  \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                              5. Applied rewrites63.0%

                                \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                              6. Taylor expanded in a around 0

                                \[\leadsto \frac{-1}{3} \]
                              7. Step-by-step derivation
                                1. Applied rewrites1.4%

                                  \[\leadsto -0.3333333333333333 \]
                                2. Add Preprocessing

                                Reproduce

                                ?
                                herbie shell --seed 2024256 
                                (FPCore (a rand)
                                  :name "Octave 3.8, oct_fill_randg"
                                  :precision binary64
                                  (* (- a (/ 1.0 3.0)) (+ 1.0 (* (/ 1.0 (sqrt (* 9.0 (- a (/ 1.0 3.0))))) rand))))