Octave 3.8, oct_fill_randg

Percentage Accurate: 99.7% → 99.8%

Time: 9.2s

Alternatives: 13

Speedup: 2.4×

Specification

Math

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

FPCore

(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)))))

C

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));
}

Fortran

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

Java

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));
}

Python

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))

Julia

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

MATLAB

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

Wolfram

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]]

Initial Program: 99.7% accurate, 1.0× speedup

Math

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

FPCore

(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)))))

C

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));
}

Fortran

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

Java

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));
}

Python

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))

Julia

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

MATLAB

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

Wolfram

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]]

Alternative 1: 99.8% accurate, 1.4× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(\frac{a - 0.3333333333333333}{3}, \frac{rand}{\sqrt{a - 0.3333333333333333}}, a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (fma
  (/ (- a 0.3333333333333333) 3.0)
  (/ rand (sqrt (- a 0.3333333333333333)))
  (- a 0.3333333333333333)))

C

double code(double a, double rand) {
	return fma(((a - 0.3333333333333333) / 3.0), (rand / sqrt((a - 0.3333333333333333))), (a - 0.3333333333333333));
}

Julia

function code(a, rand)
	return fma(Float64(Float64(a - 0.3333333333333333) / 3.0), Float64(rand / sqrt(Float64(a - 0.3333333333333333))), Float64(a - 0.3333333333333333))
end

Wolfram

code[a_, rand_] := N[(N[(N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision] / 3.0), $MachinePrecision] * N[(rand / N[Sqrt[N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]], $MachinePrecision]), $MachinePrecision] + N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]

Derivation

1. Initial program 99.8%

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

   1. lift-*.f64 N/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-+.f64 N/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. +-commutative N/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-in N/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 rewrites 99.9%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{a - 0.3333333333333333}{3}, \frac{rand}{\sqrt{a - 0.3333333333333333}}, a - 0.3333333333333333\right)} \]
5. Add Preprocessing

Alternative 2: 99.7% accurate, 1.7× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(\frac{a - 0.3333333333333333}{\sqrt{\mathsf{fma}\left(a, 9, -3\right)}}, rand, a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (fma
  (/ (- a 0.3333333333333333) (sqrt (fma a 9.0 -3.0)))
  rand
  (- a 0.3333333333333333)))

C

double code(double a, double rand) {
	return fma(((a - 0.3333333333333333) / sqrt(fma(a, 9.0, -3.0))), rand, (a - 0.3333333333333333));
}

Julia

function code(a, rand)
	return fma(Float64(Float64(a - 0.3333333333333333) / sqrt(fma(a, 9.0, -3.0))), rand, Float64(a - 0.3333333333333333))
end

Wolfram

code[a_, rand_] := N[(N[(N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision] / N[Sqrt[N[(a * 9.0 + -3.0), $MachinePrecision]], $MachinePrecision]), $MachinePrecision] * rand + N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]

Derivation

1. Initial program 99.8%

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

   1. lift-*.f64 N/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-+.f64 N/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. +-commutative N/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-in N/A

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

   5. *-lft-identity N/A

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

   6. lower-*.f64 N/A

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

   7. associate-*r* N/A

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

   8. *-rgt-identity N/A

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

   9. lower-fma.f64 N/A

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

4. Applied rewrites 99.9%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{a - 0.3333333333333333}{\sqrt{\mathsf{fma}\left(a, 9, -3\right)}}, rand, a - 0.3333333333333333\right)} \]
5. Add Preprocessing

Alternative 3: 91.9% accurate, 1.9× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(\sqrt{a - 0.3333333333333333} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand\\ \mathbf{if}\;rand \leq -1.42 \cdot 10^{+94}:\\ \;\;\;\;t\_0\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 4.2 \cdot 10^{+53}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;t\_0\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (let* ((t_0 (* (* (sqrt (- a 0.3333333333333333)) 0.3333333333333333) rand)))
   (if (<= rand -1.42e+94)
     t_0
     (if (<= rand 4.2e+53) (- a 0.3333333333333333) t_0))))

C

double code(double a, double rand) {
	double t_0 = (sqrt((a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand;
	double tmp;
	if (rand <= -1.42e+94) {
		tmp = t_0;
	} else if (rand <= 4.2e+53) {
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	} else {
		tmp = t_0;
	}
	return tmp;
}

Fortran

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 - 0.3333333333333333d0)) * 0.3333333333333333d0) * rand
    if (rand <= (-1.42d+94)) then
        tmp = t_0
    else if (rand <= 4.2d+53) then
        tmp = a - 0.3333333333333333d0
    else
        tmp = t_0
    end if
    code = tmp
end function

Java

public static double code(double a, double rand) {
	double t_0 = (Math.sqrt((a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand;
	double tmp;
	if (rand <= -1.42e+94) {
		tmp = t_0;
	} else if (rand <= 4.2e+53) {
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	} else {
		tmp = t_0;
	}
	return tmp;
}

Python

def code(a, rand):
	t_0 = (math.sqrt((a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand
	tmp = 0
	if rand <= -1.42e+94:
		tmp = t_0
	elif rand <= 4.2e+53:
		tmp = a - 0.3333333333333333
	else:
		tmp = t_0
	return tmp

Julia

function code(a, rand)
	t_0 = Float64(Float64(sqrt(Float64(a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand)
	tmp = 0.0
	if (rand <= -1.42e+94)
		tmp = t_0;
	elseif (rand <= 4.2e+53)
		tmp = Float64(a - 0.3333333333333333);
	else
		tmp = t_0;
	end
	return tmp
end

MATLAB

function tmp_2 = code(a, rand)
	t_0 = (sqrt((a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand;
	tmp = 0.0;
	if (rand <= -1.42e+94)
		tmp = t_0;
	elseif (rand <= 4.2e+53)
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	else
		tmp = t_0;
	end
	tmp_2 = tmp;
end

Wolfram

code[a_, rand_] := Block[{t$95$0 = N[(N[(N[Sqrt[N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]], $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision]}, If[LessEqual[rand, -1.42e+94], t$95$0, If[LessEqual[rand, 4.2e+53], N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision], t$95$0]]]

Derivation

1. Split input into 2 regimes

2. if rand < -1.4200000000000001e94 or 4.2000000000000004e53 < rand

   1. Initial program 99.6%

      \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
   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. *-commutative N/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-*.f64 N/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. *-commutative N/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-eval N/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-sub N/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.f64 N/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.f64 N/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--.f64 N/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-/.f64 N/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--.f64 99.6

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

   5. Applied rewrites 99.6%

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

   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

   8. Applied rewrites 93.4%

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

   if -1.4200000000000001e94 < rand < 4.2000000000000004e53

   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--.f64 93.8

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

   5. Applied rewrites 93.8%

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

Alternative 4: 91.2% accurate, 2.1× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(\sqrt{a} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand\\ \mathbf{if}\;rand \leq -1.42 \cdot 10^{+94}:\\ \;\;\;\;t\_0\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 5 \cdot 10^{+56}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;t\_0\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (let* ((t_0 (* (* (sqrt a) 0.3333333333333333) rand)))
   (if (<= rand -1.42e+94)
     t_0
     (if (<= rand 5e+56) (- a 0.3333333333333333) t_0))))

C

double code(double a, double rand) {
	double t_0 = (sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand;
	double tmp;
	if (rand <= -1.42e+94) {
		tmp = t_0;
	} else if (rand <= 5e+56) {
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	} else {
		tmp = t_0;
	}
	return tmp;
}

Fortran

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) * 0.3333333333333333d0) * rand
    if (rand <= (-1.42d+94)) then
        tmp = t_0
    else if (rand <= 5d+56) then
        tmp = a - 0.3333333333333333d0
    else
        tmp = t_0
    end if
    code = tmp
end function

Java

public static double code(double a, double rand) {
	double t_0 = (Math.sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand;
	double tmp;
	if (rand <= -1.42e+94) {
		tmp = t_0;
	} else if (rand <= 5e+56) {
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	} else {
		tmp = t_0;
	}
	return tmp;
}

Python

def code(a, rand):
	t_0 = (math.sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand
	tmp = 0
	if rand <= -1.42e+94:
		tmp = t_0
	elif rand <= 5e+56:
		tmp = a - 0.3333333333333333
	else:
		tmp = t_0
	return tmp

Julia

function code(a, rand)
	t_0 = Float64(Float64(sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand)
	tmp = 0.0
	if (rand <= -1.42e+94)
		tmp = t_0;
	elseif (rand <= 5e+56)
		tmp = Float64(a - 0.3333333333333333);
	else
		tmp = t_0;
	end
	return tmp
end

MATLAB

function tmp_2 = code(a, rand)
	t_0 = (sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand;
	tmp = 0.0;
	if (rand <= -1.42e+94)
		tmp = t_0;
	elseif (rand <= 5e+56)
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	else
		tmp = t_0;
	end
	tmp_2 = tmp;
end

Wolfram

code[a_, rand_] := Block[{t$95$0 = N[(N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision]}, If[LessEqual[rand, -1.42e+94], t$95$0, If[LessEqual[rand, 5e+56], N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision], t$95$0]]]

Derivation

1. Split input into 2 regimes

2. if rand < -1.4200000000000001e94 or 5.00000000000000024e56 < rand

   1. Initial program 99.6%

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

      1. lift-*.f64 N/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-+.f64 N/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. +-commutative N/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-in N/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 rewrites 99.7%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{a - 0.3333333333333333}{3}, \frac{rand}{\sqrt{a - 0.3333333333333333}}, a - 0.3333333333333333\right)} \]

   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-*.f64 N/A

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

      3. *-commutative N/A

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

      4. lower-*.f64 N/A

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

      5. lower-sqrt.f64 N/A

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

      6. lower--.f64 93.3

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

   7. Applied rewrites 93.3%

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

   8. Taylor expanded in a around inf

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

   10. Applied rewrites 91.3%

       \[\leadsto \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \sqrt{a} \]
   11. Step-by-step derivation

   12. Applied rewrites 91.3%

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

   if -1.4200000000000001e94 < rand < 5.00000000000000024e56

   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--.f64 93.8

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

   5. Applied rewrites 93.8%

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

Alternative 5: 91.2% accurate, 2.1× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \sqrt{a} \cdot \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right)\\ \mathbf{if}\;rand \leq -1.42 \cdot 10^{+94}:\\ \;\;\;\;t\_0\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 5 \cdot 10^{+56}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;t\_0\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (let* ((t_0 (* (sqrt a) (* rand 0.3333333333333333))))
   (if (<= rand -1.42e+94)
     t_0
     (if (<= rand 5e+56) (- a 0.3333333333333333) t_0))))

C

double code(double a, double rand) {
	double t_0 = sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333);
	double tmp;
	if (rand <= -1.42e+94) {
		tmp = t_0;
	} else if (rand <= 5e+56) {
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	} else {
		tmp = t_0;
	}
	return tmp;
}

Fortran

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 <= (-1.42d+94)) then
        tmp = t_0
    else if (rand <= 5d+56) then
        tmp = a - 0.3333333333333333d0
    else
        tmp = t_0
    end if
    code = tmp
end function

Java

public static double code(double a, double rand) {
	double t_0 = Math.sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333);
	double tmp;
	if (rand <= -1.42e+94) {
		tmp = t_0;
	} else if (rand <= 5e+56) {
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	} else {
		tmp = t_0;
	}
	return tmp;
}

Python

def code(a, rand):
	t_0 = math.sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333)
	tmp = 0
	if rand <= -1.42e+94:
		tmp = t_0
	elif rand <= 5e+56:
		tmp = a - 0.3333333333333333
	else:
		tmp = t_0
	return tmp

Julia

function code(a, rand)
	t_0 = Float64(sqrt(a) * Float64(rand * 0.3333333333333333))
	tmp = 0.0
	if (rand <= -1.42e+94)
		tmp = t_0;
	elseif (rand <= 5e+56)
		tmp = Float64(a - 0.3333333333333333);
	else
		tmp = t_0;
	end
	return tmp
end

MATLAB

function tmp_2 = code(a, rand)
	t_0 = sqrt(a) * (rand * 0.3333333333333333);
	tmp = 0.0;
	if (rand <= -1.42e+94)
		tmp = t_0;
	elseif (rand <= 5e+56)
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	else
		tmp = t_0;
	end
	tmp_2 = tmp;
end

Wolfram

code[a_, rand_] := Block[{t$95$0 = N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * N[(rand * 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]}, If[LessEqual[rand, -1.42e+94], t$95$0, If[LessEqual[rand, 5e+56], N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision], t$95$0]]]

Derivation

1. Split input into 2 regimes

2. if rand < -1.4200000000000001e94 or 5.00000000000000024e56 < rand

   1. Initial program 99.6%

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

      1. lift-*.f64 N/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-+.f64 N/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. +-commutative N/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-in N/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 rewrites 99.7%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{a - 0.3333333333333333}{3}, \frac{rand}{\sqrt{a - 0.3333333333333333}}, a - 0.3333333333333333\right)} \]

   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-*.f64 N/A

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

      3. *-commutative N/A

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

      4. lower-*.f64 N/A

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

      5. lower-sqrt.f64 N/A

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

      6. lower--.f64 93.3

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

   7. Applied rewrites 93.3%

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

   8. Taylor expanded in a around inf

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

   10. Applied rewrites 91.3%

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

   if -1.4200000000000001e94 < rand < 5.00000000000000024e56

   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--.f64 93.8

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

   5. Applied rewrites 93.8%

      \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
3. Recombined 2 regimes into one program.

4. Final simplification 92.9%

   \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -1.42 \cdot 10^{+94}:\\ \;\;\;\;\sqrt{a} \cdot \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right)\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 5 \cdot 10^{+56}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\sqrt{a} \cdot \left(rand \cdot 0.3333333333333333\right)\\ \end{array} \]
5. Add Preprocessing

Alternative 6: 91.2% accurate, 2.1× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(\sqrt{a} \cdot rand\right) \cdot 0.3333333333333333\\ \mathbf{if}\;rand \leq -1.42 \cdot 10^{+94}:\\ \;\;\;\;t\_0\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 5 \cdot 10^{+56}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;t\_0\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (let* ((t_0 (* (* (sqrt a) rand) 0.3333333333333333)))
   (if (<= rand -1.42e+94)
     t_0
     (if (<= rand 5e+56) (- a 0.3333333333333333) t_0))))

C

double code(double a, double rand) {
	double t_0 = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
	double tmp;
	if (rand <= -1.42e+94) {
		tmp = t_0;
	} else if (rand <= 5e+56) {
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	} else {
		tmp = t_0;
	}
	return tmp;
}

Fortran

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 <= (-1.42d+94)) then
        tmp = t_0
    else if (rand <= 5d+56) then
        tmp = a - 0.3333333333333333d0
    else
        tmp = t_0
    end if
    code = tmp
end function

Java

public static double code(double a, double rand) {
	double t_0 = (Math.sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
	double tmp;
	if (rand <= -1.42e+94) {
		tmp = t_0;
	} else if (rand <= 5e+56) {
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	} else {
		tmp = t_0;
	}
	return tmp;
}

Python

def code(a, rand):
	t_0 = (math.sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333
	tmp = 0
	if rand <= -1.42e+94:
		tmp = t_0
	elif rand <= 5e+56:
		tmp = a - 0.3333333333333333
	else:
		tmp = t_0
	return tmp

Julia

function code(a, rand)
	t_0 = Float64(Float64(sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333)
	tmp = 0.0
	if (rand <= -1.42e+94)
		tmp = t_0;
	elseif (rand <= 5e+56)
		tmp = Float64(a - 0.3333333333333333);
	else
		tmp = t_0;
	end
	return tmp
end

MATLAB

function tmp_2 = code(a, rand)
	t_0 = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
	tmp = 0.0;
	if (rand <= -1.42e+94)
		tmp = t_0;
	elseif (rand <= 5e+56)
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	else
		tmp = t_0;
	end
	tmp_2 = tmp;
end

Wolfram

code[a_, rand_] := Block[{t$95$0 = N[(N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision]}, If[LessEqual[rand, -1.42e+94], t$95$0, If[LessEqual[rand, 5e+56], N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision], t$95$0]]]

Derivation

1. Split input into 2 regimes

2. if rand < -1.4200000000000001e94 or 5.00000000000000024e56 < rand

   1. Initial program 99.6%

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

      1. lift-*.f64 N/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-+.f64 N/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. +-commutative N/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-in N/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 rewrites 99.7%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{a - 0.3333333333333333}{3}, \frac{rand}{\sqrt{a - 0.3333333333333333}}, a - 0.3333333333333333\right)} \]

   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-*.f64 N/A

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

      3. *-commutative N/A

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

      4. lower-*.f64 N/A

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

      5. lower-sqrt.f64 N/A

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

      6. lower--.f64 93.3

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

   7. Applied rewrites 93.3%

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

   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

   10. Applied rewrites 90.4%

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

   if -1.4200000000000001e94 < rand < 5.00000000000000024e56

   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--.f64 93.8

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

   5. Applied rewrites 93.8%

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

Alternative 7: 99.8% accurate, 2.4× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(\sqrt{a - 0.3333333333333333} \cdot 0.3333333333333333, rand, a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (fma
  (* (sqrt (- a 0.3333333333333333)) 0.3333333333333333)
  rand
  (- a 0.3333333333333333)))

C

double code(double a, double rand) {
	return fma((sqrt((a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333), rand, (a - 0.3333333333333333));
}

Julia

function code(a, rand)
	return fma(Float64(sqrt(Float64(a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333), rand, Float64(a - 0.3333333333333333))
end

Wolfram

code[a_, rand_] := N[(N[(N[Sqrt[N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]], $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * rand + N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]

Derivation

1. Initial program 99.8%

   \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
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. +-commutative N/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.f64 N/A

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

   5. *-commutative N/A

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

   6. lower-*.f64 N/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.f64 N/A

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

   8. lower--.f64 N/A

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

   9. lower--.f64 99.8

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

5. Applied rewrites 99.8%

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

7. Applied rewrites 99.8%

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

Alternative 8: 99.8% accurate, 2.4× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (fma
  (* rand 0.3333333333333333)
  (sqrt (- a 0.3333333333333333))
  (- a 0.3333333333333333)))

C

double code(double a, double rand) {
	return fma((rand * 0.3333333333333333), sqrt((a - 0.3333333333333333)), (a - 0.3333333333333333));
}

Julia

function code(a, rand)
	return fma(Float64(rand * 0.3333333333333333), sqrt(Float64(a - 0.3333333333333333)), Float64(a - 0.3333333333333333))
end

Wolfram

code[a_, rand_] := N[(N[(rand * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * N[Sqrt[N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]], $MachinePrecision] + N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]

Derivation

1. Initial program 99.8%

   \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
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. +-commutative N/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.f64 N/A

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

   5. *-commutative N/A

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

   6. lower-*.f64 N/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.f64 N/A

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

   8. lower--.f64 N/A

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

   9. lower--.f64 99.8

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

5. Applied rewrites 99.8%

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

Alternative 9: 98.7% accurate, 2.7× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(\sqrt{a} \cdot 0.3333333333333333, rand, a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (fma (* (sqrt a) 0.3333333333333333) rand (- a 0.3333333333333333)))

C

double code(double a, double rand) {
	return fma((sqrt(a) * 0.3333333333333333), rand, (a - 0.3333333333333333));
}

Julia

function code(a, rand)
	return fma(Float64(sqrt(a) * 0.3333333333333333), rand, Float64(a - 0.3333333333333333))
end

Wolfram

code[a_, rand_] := N[(N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * rand + N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]

Derivation

1. Initial program 99.8%

   \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
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. +-commutative N/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.f64 N/A

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

   5. *-commutative N/A

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

   6. lower-*.f64 N/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.f64 N/A

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

   8. lower--.f64 N/A

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

   9. lower--.f64 99.8

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

5. Applied rewrites 99.8%

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

7. Applied rewrites 99.8%

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

8. Taylor expanded in a around inf

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

10. Applied rewrites 98.6%

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

Alternative 10: 98.7% accurate, 2.7× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(rand \cdot 0.3333333333333333, \sqrt{a}, a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (fma (* rand 0.3333333333333333) (sqrt a) (- a 0.3333333333333333)))

C

double code(double a, double rand) {
	return fma((rand * 0.3333333333333333), sqrt(a), (a - 0.3333333333333333));
}

Julia

function code(a, rand)
	return fma(Float64(rand * 0.3333333333333333), sqrt(a), Float64(a - 0.3333333333333333))
end

Wolfram

code[a_, rand_] := N[(N[(rand * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * N[Sqrt[a], $MachinePrecision] + N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]

Derivation

1. Initial program 99.8%

   \[\left(a - \frac{1}{3}\right) \cdot \left(1 + \frac{1}{\sqrt{9 \cdot \left(a - \frac{1}{3}\right)}} \cdot rand\right) \]
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. +-commutative N/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.f64 N/A

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

   5. *-commutative N/A

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

   6. lower-*.f64 N/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.f64 N/A

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

   8. lower--.f64 N/A

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

   9. lower--.f64 99.8

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

5. Applied rewrites 99.8%

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

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

8. Applied rewrites 98.6%

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

Alternative 11: 67.2% accurate, 3.0× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq 3.8 \cdot 10^{+151}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\frac{a \cdot a}{0.3333333333333333}\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (if (<= rand 3.8e+151)
   (- a 0.3333333333333333)
   (/ (* a a) 0.3333333333333333)))

C

double code(double a, double rand) {
	double tmp;
	if (rand <= 3.8e+151) {
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	} else {
		tmp = (a * a) / 0.3333333333333333;
	}
	return tmp;
}

Fortran

real(8) function code(a, rand)
    real(8), intent (in) :: a
    real(8), intent (in) :: rand
    real(8) :: tmp
    if (rand <= 3.8d+151) then
        tmp = a - 0.3333333333333333d0
    else
        tmp = (a * a) / 0.3333333333333333d0
    end if
    code = tmp
end function

Java

public static double code(double a, double rand) {
	double tmp;
	if (rand <= 3.8e+151) {
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	} else {
		tmp = (a * a) / 0.3333333333333333;
	}
	return tmp;
}

Python

def code(a, rand):
	tmp = 0
	if rand <= 3.8e+151:
		tmp = a - 0.3333333333333333
	else:
		tmp = (a * a) / 0.3333333333333333
	return tmp

Julia

function code(a, rand)
	tmp = 0.0
	if (rand <= 3.8e+151)
		tmp = Float64(a - 0.3333333333333333);
	else
		tmp = Float64(Float64(a * a) / 0.3333333333333333);
	end
	return tmp
end

MATLAB

function tmp_2 = code(a, rand)
	tmp = 0.0;
	if (rand <= 3.8e+151)
		tmp = a - 0.3333333333333333;
	else
		tmp = (a * a) / 0.3333333333333333;
	end
	tmp_2 = tmp;
end

Wolfram

code[a_, rand_] := If[LessEqual[rand, 3.8e+151], N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision], N[(N[(a * a), $MachinePrecision] / 0.3333333333333333), $MachinePrecision]]

Derivation

1. Split input into 2 regimes

2. if rand < 3.8e151

   1. Initial program 99.9%

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

   3. Taylor expanded in rand around 0

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

      1. lower--.f64 71.3

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

   5. Applied rewrites 71.3%

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

   if 3.8e151 < rand

   1. Initial program 99.7%

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

   3. Taylor expanded in rand around 0

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

      1. lower--.f64 5.9

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

   5. Applied rewrites 5.9%

      \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
   6. Step-by-step derivation

   7. Applied rewrites 41.2%

      \[\leadsto \frac{\mathsf{fma}\left(a, a, -0.1111111111111111\right)}{\color{blue}{a - -0.3333333333333333}} \]

   8. Taylor expanded in a around 0

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

   10. Applied rewrites 42.0%

       \[\leadsto \frac{\mathsf{fma}\left(a, a, -0.1111111111111111\right)}{0.3333333333333333} \]

   11. Taylor expanded in a around inf

       \[\leadsto \frac{{a}^{2}}{\frac{1}{3}} \]
   12. Step-by-step derivation

   13. Applied rewrites 42.0%

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

Alternative 12: 62.6% accurate, 17.0× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ a - 0.3333333333333333 \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand) :precision binary64 (- a 0.3333333333333333))

C

double code(double a, double rand) {
	return a - 0.3333333333333333;
}

Fortran

real(8) function code(a, rand)
    real(8), intent (in) :: a
    real(8), intent (in) :: rand
    code = a - 0.3333333333333333d0
end function

Java

public static double code(double a, double rand) {
	return a - 0.3333333333333333;
}

Python

def code(a, rand):
	return a - 0.3333333333333333

Julia

function code(a, rand)
	return Float64(a - 0.3333333333333333)
end

MATLAB

function tmp = code(a, rand)
	tmp = a - 0.3333333333333333;
end

Wolfram

code[a_, rand_] := N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]

Derivation

1. Initial program 99.8%

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

3. Taylor expanded in rand around 0

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

   1. lower--.f64 61.8

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

5. Applied rewrites 61.8%

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

Alternative 13: 1.5% accurate, 68.0× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ -0.3333333333333333 \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand) :precision binary64 -0.3333333333333333)

C

double code(double a, double rand) {
	return -0.3333333333333333;
}

Fortran

real(8) function code(a, rand)
    real(8), intent (in) :: a
    real(8), intent (in) :: rand
    code = -0.3333333333333333d0
end function

Java

public static double code(double a, double rand) {
	return -0.3333333333333333;
}

Python

def code(a, rand):
	return -0.3333333333333333

Julia

function code(a, rand)
	return -0.3333333333333333
end

MATLAB

function tmp = code(a, rand)
	tmp = -0.3333333333333333;
end

Wolfram

code[a_, rand_] := -0.3333333333333333

Derivation

1. Initial program 99.8%

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

3. Taylor expanded in rand around 0

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

   1. lower--.f64 61.8

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

5. Applied rewrites 61.8%

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

6. Taylor expanded in a around 0

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

8. Applied rewrites 1.5%

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

Reproduce

herbie shell --seed 2024263 
(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))))