Octave 3.8, oct_fill_randg

Percentage Accurate: 99.8% → 99.8%

Time: 7.8s

Alternatives: 10

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: 99.8% 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, 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 99.5%

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

3. Taylor expanded in rand around 0

   \[\leadsto \color{blue}{\left(a + \frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right)\right) - \frac{1}{3}} \]
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. lower-*.f64 N/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.f64 N/A

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

   7. lower--.f64 N/A

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

   8. lower--.f64 99.8

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

5. Applied rewrites 99.8%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, a - 0.3333333333333333\right)} \]
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 2: 91.9% accurate, 1.9× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -5.8 \cdot 10^{+121} \lor \neg \left(rand \leq 2.5 \cdot 10^{+88}\right):\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a - 0.3333333333333333} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;1 \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (if (or (<= rand -5.8e+121) (not (<= rand 2.5e+88)))
   (* (* (sqrt (- a 0.3333333333333333)) 0.3333333333333333) rand)
   (* 1.0 (- a 0.3333333333333333))))

C

double code(double a, double rand) {
	double tmp;
	if ((rand <= -5.8e+121) || !(rand <= 2.5e+88)) {
		tmp = (sqrt((a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand;
	} else {
		tmp = 1.0 * (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 <= (-5.8d+121)) .or. (.not. (rand <= 2.5d+88))) then
        tmp = (sqrt((a - 0.3333333333333333d0)) * 0.3333333333333333d0) * rand
    else
        tmp = 1.0d0 * (a - 0.3333333333333333d0)
    end if
    code = tmp
end function

Java

public static double code(double a, double rand) {
	double tmp;
	if ((rand <= -5.8e+121) || !(rand <= 2.5e+88)) {
		tmp = (Math.sqrt((a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand;
	} else {
		tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333);
	}
	return tmp;
}

Python

def code(a, rand):
	tmp = 0
	if (rand <= -5.8e+121) or not (rand <= 2.5e+88):
		tmp = (math.sqrt((a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand
	else:
		tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333)
	return tmp

Julia

function code(a, rand)
	tmp = 0.0
	if ((rand <= -5.8e+121) || !(rand <= 2.5e+88))
		tmp = Float64(Float64(sqrt(Float64(a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand);
	else
		tmp = Float64(1.0 * Float64(a - 0.3333333333333333));
	end
	return tmp
end

MATLAB

function tmp_2 = code(a, rand)
	tmp = 0.0;
	if ((rand <= -5.8e+121) || ~((rand <= 2.5e+88)))
		tmp = (sqrt((a - 0.3333333333333333)) * 0.3333333333333333) * rand;
	else
		tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333);
	end
	tmp_2 = tmp;
end

Wolfram

code[a_, rand_] := If[Or[LessEqual[rand, -5.8e+121], N[Not[LessEqual[rand, 2.5e+88]], $MachinePrecision]], N[(N[(N[Sqrt[N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]], $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision], N[(1.0 * N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]

Derivation

1. Split input into 2 regimes

2. if rand < -5.7999999999999998e121 or 2.49999999999999999e88 < rand

   1. Initial program 98.5%

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

   3. Taylor expanded in rand around inf

      \[\leadsto \color{blue}{rand \cdot \left(\left(\frac{1}{3} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} + \frac{a}{rand}\right) - \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{rand}\right)} \]
   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 99.5

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

   5. Applied rewrites 99.5%

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

   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 94.0%

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

   if -5.7999999999999998e121 < rand < 2.49999999999999999e88

   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. 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. *-commutative N/A

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

      3. lower-*.f64 100.0

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

   4. Applied rewrites 99.9%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{rand}{\sqrt{a - 0.3333333333333333}}, 0.3333333333333333, 1\right) \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)} \]

   5. Taylor expanded in rand around 0

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

   7. Applied rewrites 93.1%

      \[\leadsto \color{blue}{1} \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right) \]
3. Recombined 2 regimes into one program.

4. Final simplification 93.4%

   \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -5.8 \cdot 10^{+121} \lor \neg \left(rand \leq 2.5 \cdot 10^{+88}\right):\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a - 0.3333333333333333} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;1 \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)\\ \end{array} \]
5. Add Preprocessing

Alternative 3: 91.8% accurate, 1.9× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \sqrt{a - 0.3333333333333333}\\ \mathbf{if}\;rand \leq -5.8 \cdot 10^{+121}:\\ \;\;\;\;\left(t\_0 \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 2.5 \cdot 10^{+88}:\\ \;\;\;\;1 \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(rand \cdot t\_0\right) \cdot 0.3333333333333333\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (let* ((t_0 (sqrt (- a 0.3333333333333333))))
   (if (<= rand -5.8e+121)
     (* (* t_0 0.3333333333333333) rand)
     (if (<= rand 2.5e+88)
       (* 1.0 (- a 0.3333333333333333))
       (* (* rand t_0) 0.3333333333333333)))))

C

double code(double a, double rand) {
	double t_0 = sqrt((a - 0.3333333333333333));
	double tmp;
	if (rand <= -5.8e+121) {
		tmp = (t_0 * 0.3333333333333333) * rand;
	} else if (rand <= 2.5e+88) {
		tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333);
	} else {
		tmp = (rand * t_0) * 0.3333333333333333;
	}
	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))
    if (rand <= (-5.8d+121)) then
        tmp = (t_0 * 0.3333333333333333d0) * rand
    else if (rand <= 2.5d+88) then
        tmp = 1.0d0 * (a - 0.3333333333333333d0)
    else
        tmp = (rand * t_0) * 0.3333333333333333d0
    end if
    code = tmp
end function

Java

public static double code(double a, double rand) {
	double t_0 = Math.sqrt((a - 0.3333333333333333));
	double tmp;
	if (rand <= -5.8e+121) {
		tmp = (t_0 * 0.3333333333333333) * rand;
	} else if (rand <= 2.5e+88) {
		tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333);
	} else {
		tmp = (rand * t_0) * 0.3333333333333333;
	}
	return tmp;
}

Python

def code(a, rand):
	t_0 = math.sqrt((a - 0.3333333333333333))
	tmp = 0
	if rand <= -5.8e+121:
		tmp = (t_0 * 0.3333333333333333) * rand
	elif rand <= 2.5e+88:
		tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333)
	else:
		tmp = (rand * t_0) * 0.3333333333333333
	return tmp

Julia

function code(a, rand)
	t_0 = sqrt(Float64(a - 0.3333333333333333))
	tmp = 0.0
	if (rand <= -5.8e+121)
		tmp = Float64(Float64(t_0 * 0.3333333333333333) * rand);
	elseif (rand <= 2.5e+88)
		tmp = Float64(1.0 * Float64(a - 0.3333333333333333));
	else
		tmp = Float64(Float64(rand * t_0) * 0.3333333333333333);
	end
	return tmp
end

MATLAB

function tmp_2 = code(a, rand)
	t_0 = sqrt((a - 0.3333333333333333));
	tmp = 0.0;
	if (rand <= -5.8e+121)
		tmp = (t_0 * 0.3333333333333333) * rand;
	elseif (rand <= 2.5e+88)
		tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333);
	else
		tmp = (rand * t_0) * 0.3333333333333333;
	end
	tmp_2 = tmp;
end

Wolfram

code[a_, rand_] := Block[{t$95$0 = N[Sqrt[N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]], $MachinePrecision]}, If[LessEqual[rand, -5.8e+121], N[(N[(t$95$0 * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision], If[LessEqual[rand, 2.5e+88], N[(1.0 * N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], N[(N[(rand * t$95$0), $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision]]]]

Derivation

1. Split input into 3 regimes

2. if rand < -5.7999999999999998e121

   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

      \[\leadsto \color{blue}{rand \cdot \left(\left(\frac{1}{3} \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}} + \frac{a}{rand}\right) - \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{rand}\right)} \]
   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 99.6%

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

   if -5.7999999999999998e121 < rand < 2.49999999999999999e88

   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. 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. *-commutative N/A

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

      3. lower-*.f64 100.0

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

   4. Applied rewrites 99.9%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{rand}{\sqrt{a - 0.3333333333333333}}, 0.3333333333333333, 1\right) \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)} \]

   5. Taylor expanded in rand around 0

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

   7. Applied rewrites 93.1%

      \[\leadsto \color{blue}{1} \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right) \]

   if 2.49999999999999999e88 < rand

   1. Initial program 97.8%

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

   3. Taylor expanded in rand around 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-*.f64 N/A

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

      3. lower-*.f64 N/A

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

      4. lower-sqrt.f64 N/A

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

      5. lower--.f64 89.6

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

   5. Applied rewrites 89.6%

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

   7. Applied rewrites 89.7%

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

Alternative 4: 91.3% accurate, 2.1× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -5.8 \cdot 10^{+121} \lor \neg \left(rand \leq 4.6 \cdot 10^{+88}\right):\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot rand\right) \cdot 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;1 \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (if (or (<= rand -5.8e+121) (not (<= rand 4.6e+88)))
   (* (* (sqrt a) rand) 0.3333333333333333)
   (* 1.0 (- a 0.3333333333333333))))

C

double code(double a, double rand) {
	double tmp;
	if ((rand <= -5.8e+121) || !(rand <= 4.6e+88)) {
		tmp = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
	} else {
		tmp = 1.0 * (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 <= (-5.8d+121)) .or. (.not. (rand <= 4.6d+88))) then
        tmp = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333d0
    else
        tmp = 1.0d0 * (a - 0.3333333333333333d0)
    end if
    code = tmp
end function

Java

public static double code(double a, double rand) {
	double tmp;
	if ((rand <= -5.8e+121) || !(rand <= 4.6e+88)) {
		tmp = (Math.sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
	} else {
		tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333);
	}
	return tmp;
}

Python

def code(a, rand):
	tmp = 0
	if (rand <= -5.8e+121) or not (rand <= 4.6e+88):
		tmp = (math.sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333
	else:
		tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333)
	return tmp

Julia

function code(a, rand)
	tmp = 0.0
	if ((rand <= -5.8e+121) || !(rand <= 4.6e+88))
		tmp = Float64(Float64(sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333);
	else
		tmp = Float64(1.0 * Float64(a - 0.3333333333333333));
	end
	return tmp
end

MATLAB

function tmp_2 = code(a, rand)
	tmp = 0.0;
	if ((rand <= -5.8e+121) || ~((rand <= 4.6e+88)))
		tmp = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
	else
		tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333);
	end
	tmp_2 = tmp;
end

Wolfram

code[a_, rand_] := If[Or[LessEqual[rand, -5.8e+121], N[Not[LessEqual[rand, 4.6e+88]], $MachinePrecision]], N[(N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision], N[(1.0 * N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]

Derivation

1. Split input into 2 regimes

2. if rand < -5.7999999999999998e121 or 4.6000000000000003e88 < rand

   1. Initial program 98.5%

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

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

      3. lower-*.f64 N/A

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

      4. lower-sqrt.f64 N/A

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

      5. lower--.f64 93.9

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

   5. Applied rewrites 93.9%

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

   6. Taylor expanded in a around inf

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

   8. Applied rewrites 89.1%

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

   if -5.7999999999999998e121 < rand < 4.6000000000000003e88

   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. 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. *-commutative N/A

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

      3. lower-*.f64 100.0

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

   4. Applied rewrites 99.9%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{rand}{\sqrt{a - 0.3333333333333333}}, 0.3333333333333333, 1\right) \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)} \]

   5. Taylor expanded in rand around 0

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

   7. Applied rewrites 93.1%

      \[\leadsto \color{blue}{1} \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right) \]
3. Recombined 2 regimes into one program.

4. Final simplification 91.8%

   \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -5.8 \cdot 10^{+121} \lor \neg \left(rand \leq 4.6 \cdot 10^{+88}\right):\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot rand\right) \cdot 0.3333333333333333\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;1 \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)\\ \end{array} \]
5. Add Preprocessing

Alternative 5: 91.3% accurate, 2.1× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;rand \leq -5.8 \cdot 10^{+121}:\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot 0.3333333333333333\right) \cdot rand\\ \mathbf{elif}\;rand \leq 4.6 \cdot 10^{+88}:\\ \;\;\;\;1 \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{a} \cdot rand\right) \cdot 0.3333333333333333\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand)
 :precision binary64
 (if (<= rand -5.8e+121)
   (* (* (sqrt a) 0.3333333333333333) rand)
   (if (<= rand 4.6e+88)
     (* 1.0 (- a 0.3333333333333333))
     (* (* (sqrt a) rand) 0.3333333333333333))))

C

double code(double a, double rand) {
	double tmp;
	if (rand <= -5.8e+121) {
		tmp = (sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand;
	} else if (rand <= 4.6e+88) {
		tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333);
	} else {
		tmp = (sqrt(a) * rand) * 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 <= (-5.8d+121)) then
        tmp = (sqrt(a) * 0.3333333333333333d0) * rand
    else if (rand <= 4.6d+88) then
        tmp = 1.0d0 * (a - 0.3333333333333333d0)
    else
        tmp = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333d0
    end if
    code = tmp
end function

Java

public static double code(double a, double rand) {
	double tmp;
	if (rand <= -5.8e+121) {
		tmp = (Math.sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand;
	} else if (rand <= 4.6e+88) {
		tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333);
	} else {
		tmp = (Math.sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
	}
	return tmp;
}

Python

def code(a, rand):
	tmp = 0
	if rand <= -5.8e+121:
		tmp = (math.sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand
	elif rand <= 4.6e+88:
		tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333)
	else:
		tmp = (math.sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333
	return tmp

Julia

function code(a, rand)
	tmp = 0.0
	if (rand <= -5.8e+121)
		tmp = Float64(Float64(sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand);
	elseif (rand <= 4.6e+88)
		tmp = Float64(1.0 * Float64(a - 0.3333333333333333));
	else
		tmp = Float64(Float64(sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333);
	end
	return tmp
end

MATLAB

function tmp_2 = code(a, rand)
	tmp = 0.0;
	if (rand <= -5.8e+121)
		tmp = (sqrt(a) * 0.3333333333333333) * rand;
	elseif (rand <= 4.6e+88)
		tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333);
	else
		tmp = (sqrt(a) * rand) * 0.3333333333333333;
	end
	tmp_2 = tmp;
end

Wolfram

code[a_, rand_] := If[LessEqual[rand, -5.8e+121], N[(N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision], If[LessEqual[rand, 4.6e+88], N[(1.0 * N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], N[(N[(N[Sqrt[a], $MachinePrecision] * rand), $MachinePrecision] * 0.3333333333333333), $MachinePrecision]]]

Derivation

1. Split input into 3 regimes

2. if rand < -5.7999999999999998e121

   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-*.f64 N/A

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

      3. lower-*.f64 N/A

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

      4. lower-sqrt.f64 N/A

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

      5. lower--.f64 99.4

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

   5. Applied rewrites 99.4%

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

   6. Taylor expanded in a around inf

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

   8. Applied rewrites 93.6%

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

   10. Applied rewrites 93.7%

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

   if -5.7999999999999998e121 < rand < 4.6000000000000003e88

   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. 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. *-commutative N/A

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

      3. lower-*.f64 100.0

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

   4. Applied rewrites 99.9%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{rand}{\sqrt{a - 0.3333333333333333}}, 0.3333333333333333, 1\right) \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)} \]

   5. Taylor expanded in rand around 0

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

   7. Applied rewrites 93.1%

      \[\leadsto \color{blue}{1} \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right) \]

   if 4.6000000000000003e88 < rand

   1. Initial program 97.8%

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

   3. Taylor expanded in rand around 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-*.f64 N/A

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

      3. lower-*.f64 N/A

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

      4. lower-sqrt.f64 N/A

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

      5. lower--.f64 89.6

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

   5. Applied rewrites 89.6%

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

   6. Taylor expanded in a around inf

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

   8. Applied rewrites 85.6%

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

Alternative 6: 99.8% accurate, 2.4× speedup

Math

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

FPCore

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

C

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

Julia

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

Wolfram

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

Derivation

1. Initial program 99.5%

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

3. Taylor expanded in rand around 0

   \[\leadsto \color{blue}{\left(a + \frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right)\right) - \frac{1}{3}} \]
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. lower-*.f64 N/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.f64 N/A

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

   7. lower--.f64 N/A

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

   8. lower--.f64 99.8

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

5. Applied rewrites 99.8%

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

Alternative 7: 99.0% 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 99.5%

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

3. Taylor expanded in rand around 0

   \[\leadsto \color{blue}{\left(a + \frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right)\right) - \frac{1}{3}} \]
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. lower-*.f64 N/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.f64 N/A

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

   7. lower--.f64 N/A

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

   8. lower--.f64 99.8

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

5. Applied rewrites 99.8%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(0.3333333333333333 \cdot rand, \sqrt{a - 0.3333333333333333}, a - 0.3333333333333333\right)} \]
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 97.7%

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

Alternative 8: 98.9% accurate, 2.7× speedup

Math

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

FPCore

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

C

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

Julia

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

Wolfram

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

Derivation

1. Initial program 99.5%

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

3. Taylor expanded in rand around 0

   \[\leadsto \color{blue}{\left(a + \frac{1}{3} \cdot \left(rand \cdot \sqrt{a - \frac{1}{3}}\right)\right) - \frac{1}{3}} \]
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. lower-*.f64 N/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.f64 N/A

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

   7. lower--.f64 N/A

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

   8. lower--.f64 99.8

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

5. Applied rewrites 99.8%

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

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

8. Applied rewrites 97.7%

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

Alternative 9: 62.6% accurate, 7.6× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ 1 \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand) :precision binary64 (* 1.0 (- a 0.3333333333333333)))

C

double code(double a, double rand) {
	return 1.0 * (a - 0.3333333333333333);
}

Fortran

real(8) function code(a, rand)
    real(8), intent (in) :: a
    real(8), intent (in) :: rand
    code = 1.0d0 * (a - 0.3333333333333333d0)
end function

Java

public static double code(double a, double rand) {
	return 1.0 * (a - 0.3333333333333333);
}

Python

def code(a, rand):
	return 1.0 * (a - 0.3333333333333333)

Julia

function code(a, rand)
	return Float64(1.0 * Float64(a - 0.3333333333333333))
end

MATLAB

function tmp = code(a, rand)
	tmp = 1.0 * (a - 0.3333333333333333);
end

Wolfram

code[a_, rand_] := N[(1.0 * N[(a - 0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]

Derivation

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. 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. *-commutative N/A

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

   3. lower-*.f64 99.5

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

4. Applied rewrites 99.8%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{rand}{\sqrt{a - 0.3333333333333333}}, 0.3333333333333333, 1\right) \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)} \]

5. Taylor expanded in rand around 0

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

7. Applied rewrites 65.9%

   \[\leadsto \color{blue}{1} \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right) \]
8. Add Preprocessing

Alternative 10: 1.5% accurate, 11.3× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ 1 \cdot -0.3333333333333333 \end{array} \]

FPCore

(FPCore (a rand) :precision binary64 (* 1.0 -0.3333333333333333))

C

double code(double a, double rand) {
	return 1.0 * -0.3333333333333333;
}

Fortran

real(8) function code(a, rand)
    real(8), intent (in) :: a
    real(8), intent (in) :: rand
    code = 1.0d0 * (-0.3333333333333333d0)
end function

Java

public static double code(double a, double rand) {
	return 1.0 * -0.3333333333333333;
}

Python

def code(a, rand):
	return 1.0 * -0.3333333333333333

Julia

function code(a, rand)
	return Float64(1.0 * -0.3333333333333333)
end

MATLAB

function tmp = code(a, rand)
	tmp = 1.0 * -0.3333333333333333;
end

Wolfram

code[a_, rand_] := N[(1.0 * -0.3333333333333333), $MachinePrecision]

Derivation

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. 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. *-commutative N/A

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

   3. lower-*.f64 99.5

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

4. Applied rewrites 99.8%

   \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\frac{rand}{\sqrt{a - 0.3333333333333333}}, 0.3333333333333333, 1\right) \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right)} \]

5. Taylor expanded in rand around 0

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

7. Applied rewrites 65.9%

   \[\leadsto \color{blue}{1} \cdot \left(a - 0.3333333333333333\right) \]

8. Taylor expanded in a around 0

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

10. Applied rewrites 1.4%

    \[\leadsto 1 \cdot \color{blue}{-0.3333333333333333} \]
11. Add Preprocessing

Reproduce

herbie shell --seed 2024344 
(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))))