Octave 3.8, oct_fill_randg

Percentage Accurate: 99.7% → 99.9%
Time: 9.1s
Alternatives: 10
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 10 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: 99.7% 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: 99.9% accurate, 2.0× speedup?

\[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(\frac{rand}{3}, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]
(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (fma (/ rand 3.0) (sqrt (- a 0.3333333333333333)) (- a 0.3333333333333333)))
double code(double a, double rand) {
	return fma((rand / 3.0), sqrt((a - 0.3333333333333333)), (a - 0.3333333333333333));
}
function code(a, rand)
	return fma(Float64(rand / 3.0), sqrt(Float64(a - 0.3333333333333333)), Float64(a - 0.3333333333333333))
end
code[a_, rand_] := N[(N[(rand / 3.0), $MachinePrecision] * N[Sqrt[N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]], $MachinePrecision] + N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]
\begin{array}{l}

\\
\mathsf{fma}\left(\frac{rand}{3}, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, a - 0.3333333333333333\right)
\end{array}
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. +-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. lower-*.f64N/A

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

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

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

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

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

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

    Alternative 2: 91.8% accurate, 2.1× speedup?

    \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -2.7 \cdot 10^{+79} \lor \neg \left(rand \leq 2.4 \cdot 10^{+50}\right):\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot rand\right) \cdot 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \end{array} \end{array} \]
    (FPCore (a rand)
     :precision binary64
     (if (or (<= rand -2.7e+79) (not (<= rand 2.4e+50)))
       (* (* (sqrt a) rand) 0.3333333333333333)
       (- a 0.3333333333333333)))
    double code(double a, double rand) {
    	double tmp;
    	if ((rand <= -2.7e+79) || !(rand <= 2.4e+50)) {
    		tmp = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
    	} else {
    		tmp = 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 <= (-2.7d+79)) .or. (.not. (rand <= 2.4d+50))) then
            tmp = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333d0
        else
            tmp = a - 0.3333333333333333d0
        end if
        code = tmp
    end function
    
    public static double code(double a, double rand) {
    	double tmp;
    	if ((rand <= -2.7e+79) || !(rand <= 2.4e+50)) {
    		tmp = (Math.sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
    	} else {
    		tmp = a - 0.3333333333333333;
    	}
    	return tmp;
    }
    
    def code(a, rand):
    	tmp = 0
    	if (rand <= -2.7e+79) or not (rand <= 2.4e+50):
    		tmp = (math.sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333
    	else:
    		tmp = a - 0.3333333333333333
    	return tmp
    
    function code(a, rand)
    	tmp = 0.0
    	if ((rand <= -2.7e+79) || !(rand <= 2.4e+50))
    		tmp = Float64(Float64(sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333);
    	else
    		tmp = Float64(a - 0.3333333333333333);
    	end
    	return tmp
    end
    
    function tmp_2 = code(a, rand)
    	tmp = 0.0;
    	if ((rand <= -2.7e+79) || ~((rand <= 2.4e+50)))
    		tmp = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
    	else
    		tmp = a - 0.3333333333333333;
    	end
    	tmp_2 = tmp;
    end
    
    code[a_, rand_] := If[Or[LessEqual[rand, -2.7e+79], N[Not[LessEqual[rand, 2.4e+50]], $MachinePrecision]], N[(N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision], N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]]
    
    \begin{array}{l}
    
    \\
    \begin{array}{l}
    \mathbf{if}\;rand \leq -2.7 \cdot 10^{+79} \lor \neg \left(rand \leq 2.4 \cdot 10^{+50}\right):\\
    \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot rand\right) \cdot 0.3333333333333333\\
    
    \mathbf{else}:\\
    \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\
    
    
    \end{array}
    \end{array}
    
    Derivation
    1. Split input into 2 regimes
    2. if rand < -2.7e79 or 2.4000000000000002e50 < 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 a around inf

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

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

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

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

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

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

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

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

          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\frac{1}{3} \cdot rand, \color{blue}{\sqrt{\frac{1}{a}}}, 1\right) \cdot a \]
        9. lower-/.f6496.8

          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{\color{blue}{\frac{1}{a}}}, 1\right) \cdot a \]
      5. Applied rewrites96.8%

        \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{\frac{1}{a}}, 1\right) \cdot a} \]
      6. Taylor expanded in a around 0

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

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

        if -2.7e79 < rand < 2.4000000000000002e50

        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--.f6493.5

            \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
        5. Applied rewrites93.5%

          \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
      8. Recombined 2 regimes into one program.
      9. Final simplification92.0%

        \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -2.7 \cdot 10^{+79} \lor \neg \left(rand \leq 2.4 \cdot 10^{+50}\right):\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot rand\right) \cdot 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \end{array} \]
      10. Add Preprocessing

      Alternative 3: 91.8% accurate, 2.1× speedup?

      \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -2.7 \cdot 10^{+79}:\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot rand\right) \cdot 0.3333333333333333\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 2.4 \cdot 10^{+50}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(0.3333333333333333 \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a}\\ \end{array} \end{array} \]
      (FPCore (a rand)
       :precision binary64
       (if (<= rand -2.7e+79)
         (* (* (sqrt a) rand) 0.3333333333333333)
         (if (<= rand 2.4e+50)
           (- a 0.3333333333333333)
           (* (* 0.3333333333333333 rand) (sqrt a)))))
      double code(double a, double rand) {
      	double tmp;
      	if (rand <= -2.7e+79) {
      		tmp = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
      	} else if (rand <= 2.4e+50) {
      		tmp = a - 0.3333333333333333;
      	} else {
      		tmp = (0.3333333333333333 * rand) * sqrt(a);
      	}
      	return tmp;
      }
      
      real(8) function code(a, rand)
          real(8), intent (in) :: a
          real(8), intent (in) :: rand
          real(8) :: tmp
          if (rand <= (-2.7d+79)) then
              tmp = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333d0
          else if (rand <= 2.4d+50) then
              tmp = a - 0.3333333333333333d0
          else
              tmp = (0.3333333333333333d0 * rand) * sqrt(a)
          end if
          code = tmp
      end function
      
      public static double code(double a, double rand) {
      	double tmp;
      	if (rand <= -2.7e+79) {
      		tmp = (Math.sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
      	} else if (rand <= 2.4e+50) {
      		tmp = a - 0.3333333333333333;
      	} else {
      		tmp = (0.3333333333333333 * rand) * Math.sqrt(a);
      	}
      	return tmp;
      }
      
      def code(a, rand):
      	tmp = 0
      	if rand <= -2.7e+79:
      		tmp = (math.sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333
      	elif rand <= 2.4e+50:
      		tmp = a - 0.3333333333333333
      	else:
      		tmp = (0.3333333333333333 * rand) * math.sqrt(a)
      	return tmp
      
      function code(a, rand)
      	tmp = 0.0
      	if (rand <= -2.7e+79)
      		tmp = Float64(Float64(sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333);
      	elseif (rand <= 2.4e+50)
      		tmp = Float64(a - 0.3333333333333333);
      	else
      		tmp = Float64(Float64(0.3333333333333333 * rand) * sqrt(a));
      	end
      	return tmp
      end
      
      function tmp_2 = code(a, rand)
      	tmp = 0.0;
      	if (rand <= -2.7e+79)
      		tmp = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
      	elseif (rand <= 2.4e+50)
      		tmp = a - 0.3333333333333333;
      	else
      		tmp = (0.3333333333333333 * rand) * sqrt(a);
      	end
      	tmp_2 = tmp;
      end
      
      code[a_, rand_] := If[LessEqual[rand, -2.7e+79], N[(N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision], If[LessEqual[rand, 2.4e+50], N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision], N[(N[(0.3333333333333333 * rand), $MachinePrecision] * N[Sqrt[a], $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]]
      
      \begin{array}{l}
      
      \\
      \begin{array}{l}
      \mathbf{if}\;rand \leq -2.7 \cdot 10^{+79}:\\
      \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot rand\right) \cdot 0.3333333333333333\\
      
      \mathbf{elif}\;rand \leq 2.4 \cdot 10^{+50}:\\
      \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\
      
      \mathbf{else}:\\
      \;\;\;\;\left(0.3333333333333333 \cdot rand\right) \cdot \sqrt{a}\\
      
      
      \end{array}
      \end{array}
      
      Derivation
      1. Split input into 3 regimes
      2. if rand < -2.7e79

        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 a around inf

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

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

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

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

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

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

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

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

            \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\frac{1}{3} \cdot rand, \color{blue}{\sqrt{\frac{1}{a}}}, 1\right) \cdot a \]
          9. lower-/.f6496.7

            \[\leadsto \mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{\color{blue}{\frac{1}{a}}}, 1\right) \cdot a \]
        5. Applied rewrites96.7%

          \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{\frac{1}{a}}, 1\right) \cdot a} \]
        6. Taylor expanded in a around 0

          \[\leadsto \frac{1}{3} \cdot \color{blue}{\left(\sqrt{a} \cdot rand\right)} \]
        7. Step-by-step derivation
          1. Applied rewrites91.6%

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

          if -2.7e79 < rand < 2.4000000000000002e50

          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--.f6493.5

              \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
          5. Applied rewrites93.5%

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

          if 2.4000000000000002e50 < 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 inf

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

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

              \[\leadsto \left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \color{blue}{\sqrt{a - \frac{1}{3}}} \]
            5. lower--.f6490.5

              \[\leadsto \left(0.3333333333333333 \cdot rand\right) \cdot \sqrt{\color{blue}{a - 0.3333333333333333}} \]
          5. Applied rewrites90.5%

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

            \[\leadsto \left(\frac{1}{3} \cdot rand\right) \cdot \left(-1 \cdot \color{blue}{\left(\sqrt{a} \cdot {\left(\sqrt{-1}\right)}^{2}\right)}\right) \]
          7. Step-by-step derivation
            1. Applied rewrites88.0%

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

          Alternative 4: 91.8% accurate, 2.1× speedup?

          \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -2.7 \cdot 10^{+79}:\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot rand\right) \cdot 0.3333333333333333\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 2.4 \cdot 10^{+50}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand\\ \end{array} \end{array} \]
          (FPCore (a rand)
           :precision binary64
           (if (<= rand -2.7e+79)
             (* (* (sqrt a) rand) 0.3333333333333333)
             (if (<= rand 2.4e+50)
               (- a 0.3333333333333333)
               (* (* (sqrt a) 0.3333333333333333) rand))))
          double code(double a, double rand) {
          	double tmp;
          	if (rand <= -2.7e+79) {
          		tmp = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
          	} else if (rand <= 2.4e+50) {
          		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 <= (-2.7d+79)) then
                  tmp = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333d0
              else if (rand <= 2.4d+50) 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 <= -2.7e+79) {
          		tmp = (Math.sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
          	} else if (rand <= 2.4e+50) {
          		tmp = a - 0.3333333333333333;
          	} else {
          		tmp = (Math.sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand;
          	}
          	return tmp;
          }
          
          def code(a, rand):
          	tmp = 0
          	if rand <= -2.7e+79:
          		tmp = (math.sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333
          	elif rand <= 2.4e+50:
          		tmp = a - 0.3333333333333333
          	else:
          		tmp = (math.sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand
          	return tmp
          
          function code(a, rand)
          	tmp = 0.0
          	if (rand <= -2.7e+79)
          		tmp = Float64(Float64(sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333);
          	elseif (rand <= 2.4e+50)
          		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 <= -2.7e+79)
          		tmp = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
          	elseif (rand <= 2.4e+50)
          		tmp = a - 0.3333333333333333;
          	else
          		tmp = (sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand;
          	end
          	tmp_2 = tmp;
          end
          
          code[a_, rand_] := If[LessEqual[rand, -2.7e+79], N[(N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision], If[LessEqual[rand, 2.4e+50], 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 -2.7 \cdot 10^{+79}:\\
          \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot rand\right) \cdot 0.3333333333333333\\
          
          \mathbf{elif}\;rand \leq 2.4 \cdot 10^{+50}:\\
          \;\;\;\;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 < -2.7e79

            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 a around inf

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

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

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

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

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

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

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

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

                \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\frac{1}{3} \cdot rand, \color{blue}{\sqrt{\frac{1}{a}}}, 1\right) \cdot a \]
              9. lower-/.f6496.7

                \[\leadsto \mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{\color{blue}{\frac{1}{a}}}, 1\right) \cdot a \]
            5. Applied rewrites96.7%

              \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{\frac{1}{a}}, 1\right) \cdot a} \]
            6. Taylor expanded in a around 0

              \[\leadsto \frac{1}{3} \cdot \color{blue}{\left(\sqrt{a} \cdot rand\right)} \]
            7. Step-by-step derivation
              1. Applied rewrites91.6%

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

              if -2.7e79 < rand < 2.4000000000000002e50

              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--.f6493.5

                  \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
              5. Applied rewrites93.5%

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

              if 2.4000000000000002e50 < 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 a around inf

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

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

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

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

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

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

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

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

                  \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\frac{1}{3} \cdot rand, \color{blue}{\sqrt{\frac{1}{a}}}, 1\right) \cdot a \]
                9. lower-/.f6496.9

                  \[\leadsto \mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{\color{blue}{\frac{1}{a}}}, 1\right) \cdot a \]
              5. Applied rewrites96.9%

                \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{\frac{1}{a}}, 1\right) \cdot a} \]
              6. Step-by-step derivation
                1. Applied rewrites97.0%

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

                  \[\leadsto \frac{1}{3} \cdot \color{blue}{\left(\sqrt{a} \cdot rand\right)} \]
                3. Step-by-step derivation
                  1. Applied rewrites87.9%

                    \[\leadsto \left(\sqrt{a} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot \color{blue}{rand} \]
                4. Recombined 3 regimes into one program.
                5. Add Preprocessing

                Alternative 5: 99.8% accurate, 2.4× speedup?

                \[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]
                (FPCore (a rand)
                 :precision binary64
                 (fma
                  (* 0.3333333333333333 rand)
                  (sqrt (- a 0.3333333333333333))
                  (- a 0.3333333333333333)))
                double code(double a, double rand) {
                	return fma((0.3333333333333333 * rand), sqrt((a - 0.3333333333333333)), (a - 0.3333333333333333));
                }
                
                function code(a, rand)
                	return fma(Float64(0.3333333333333333 * rand), sqrt(Float64(a - 0.3333333333333333)), Float64(a - 0.3333333333333333))
                end
                
                code[a_, rand_] := N[(N[(0.3333333333333333 * rand), $MachinePrecision] * N[Sqrt[N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]], $MachinePrecision] + N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]
                
                \begin{array}{l}
                
                \\
                \mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, a - 0.3333333333333333\right)
                \end{array}
                
                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. +-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. lower-*.f64N/A

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

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

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

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

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

                Alternative 6: 98.9% accurate, 2.7× speedup?

                \[\begin{array}{l} \\ \mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{a}, a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]
                (FPCore (a rand)
                 :precision binary64
                 (fma (* 0.3333333333333333 rand) (sqrt a) (- a 0.3333333333333333)))
                double code(double a, double rand) {
                	return fma((0.3333333333333333 * rand), sqrt(a), (a - 0.3333333333333333));
                }
                
                function code(a, rand)
                	return fma(Float64(0.3333333333333333 * rand), sqrt(a), Float64(a - 0.3333333333333333))
                end
                
                code[a_, rand_] := N[(N[(0.3333333333333333 * rand), $MachinePrecision] * N[Sqrt[a], $MachinePrecision] + N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]
                
                \begin{array}{l}
                
                \\
                \mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{a}, a - 0.3333333333333333\right)
                \end{array}
                
                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. +-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. lower-*.f64N/A

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

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

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

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

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

                  \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\frac{1}{3} \cdot rand, \sqrt{a}, a - \frac{1}{3}\right) \]
                7. Step-by-step derivation
                  1. Applied rewrites98.4%

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

                  Alternative 7: 67.4% accurate, 2.8× speedup?

                  \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq 1.6 \cdot 10^{+141}:\\ \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\frac{\mathsf{fma}\left(a, a, -0.1111111111111111\right)}{0.3333333333333333}\\ \end{array} \end{array} \]
                  (FPCore (a rand)
                   :precision binary64
                   (if (<= rand 1.6e+141)
                     (- a 0.3333333333333333)
                     (/ (fma a a -0.1111111111111111) 0.3333333333333333)))
                  double code(double a, double rand) {
                  	double tmp;
                  	if (rand <= 1.6e+141) {
                  		tmp = a - 0.3333333333333333;
                  	} else {
                  		tmp = fma(a, a, -0.1111111111111111) / 0.3333333333333333;
                  	}
                  	return tmp;
                  }
                  
                  function code(a, rand)
                  	tmp = 0.0
                  	if (rand <= 1.6e+141)
                  		tmp = Float64(a - 0.3333333333333333);
                  	else
                  		tmp = Float64(fma(a, a, -0.1111111111111111) / 0.3333333333333333);
                  	end
                  	return tmp
                  end
                  
                  code[a_, rand_] := If[LessEqual[rand, 1.6e+141], N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision], N[(N[(a * a + -0.1111111111111111), $MachinePrecision] / 0.3333333333333333), $MachinePrecision]]
                  
                  \begin{array}{l}
                  
                  \\
                  \begin{array}{l}
                  \mathbf{if}\;rand \leq 1.6 \cdot 10^{+141}:\\
                  \;\;\;\;a - 0.3333333333333333\\
                  
                  \mathbf{else}:\\
                  \;\;\;\;\frac{\mathsf{fma}\left(a, a, -0.1111111111111111\right)}{0.3333333333333333}\\
                  
                  
                  \end{array}
                  \end{array}
                  
                  Derivation
                  1. Split input into 2 regimes
                  2. if rand < 1.60000000000000009e141

                    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--.f6466.4

                        \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                    5. Applied rewrites66.4%

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

                    if 1.60000000000000009e141 < 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 0

                      \[\leadsto \color{blue}{a - \frac{1}{3}} \]
                    4. Step-by-step derivation
                      1. lower--.f646.2

                        \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                    5. Applied rewrites6.2%

                      \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                    6. Step-by-step derivation
                      1. Applied rewrites37.8%

                        \[\leadsto \frac{\mathsf{fma}\left(a, a, -0.1111111111111111\right)}{\color{blue}{a - -0.3333333333333333}} \]
                      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 rewrites38.8%

                          \[\leadsto \frac{\mathsf{fma}\left(a, a, -0.1111111111111111\right)}{0.3333333333333333} \]
                      4. Recombined 2 regimes into one program.
                      5. Add Preprocessing

                      Alternative 8: 97.9% accurate, 3.1× speedup?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

                          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\frac{1}{3} \cdot rand, \color{blue}{\sqrt{\frac{1}{a}}}, 1\right) \cdot a \]
                        9. lower-/.f6497.8

                          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{\color{blue}{\frac{1}{a}}}, 1\right) \cdot a \]
                      5. Applied rewrites97.8%

                        \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{\frac{1}{a}}, 1\right) \cdot a} \]
                      6. Taylor expanded in a around 0

                        \[\leadsto a + \color{blue}{\frac{1}{3} \cdot \left(\sqrt{a} \cdot rand\right)} \]
                      7. Step-by-step derivation
                        1. Applied rewrites97.9%

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

                        Alternative 9: 62.7% 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 99.8%

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

                          \[\leadsto \color{blue}{a - \frac{1}{3}} \]
                        4. Step-by-step derivation
                          1. lower--.f6458.7

                            \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                        5. Applied rewrites58.7%

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

                        Alternative 10: 1.5% 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 99.8%

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

                          \[\leadsto \color{blue}{a - \frac{1}{3}} \]
                        4. Step-by-step derivation
                          1. lower--.f6458.7

                            \[\leadsto \color{blue}{a - 0.3333333333333333} \]
                        5. Applied rewrites58.7%

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

                          \[\leadsto \frac{-1}{3} \]
                        7. Step-by-step derivation
                          1. Applied rewrites1.6%

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

                          Reproduce

                          ?
                          herbie shell --seed 2024309 
                          (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))))