chiark - git - mdw - storin/blob - matrix.c

   1 /* -*-c-*-
   2  *
   3  * $Id: matrix.c,v 1.3 2000/08/05 11:27:56 mdw Exp $
   4  *
   5  * Matrix arithmetic mod %$2^{24}$%
   6  *
   7  * (c) 2000 Mark Wooding
   8  */
   9
  10 /*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
  11  *
  12  * Copyright (c) 2000 Mark Wooding
  13  * All rights reserved.
  14  *
  15  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  16  * modification, are permitted provided that the following conditions are
  17  * met:
  18  *
  19  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  20  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  21  *
  22  * 2, Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  25  *
  26  * 3. The name of the authors may not be used to endorse or promote
  27  *    products derived from this software without specific prior written
  28  *    permission.
  29  *
  30  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED
  31  * WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
  32  * MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN
  33  * NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT,
  34  * INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES
  35  * (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR
  36  * SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  37  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
  38  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN
  39  * ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
  40  * POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  41  *
  42  * Instead of accepting the above terms, you may redistribute and/or modify
  43  * this software under the terms of either the GNU General Public License,
  44  * or the GNU Library General Public License, published by the Free
  45  * Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your
  46  * option) any later version.
  47  */
  48
  49 /*----- Revision history --------------------------------------------------*
  50  *
  51  * $Log: matrix.c,v $
  52  * Revision 1.3  2000/08/05 11:27:56  mdw
  53  * (matinv): Fix type error.
  54  *
  55  * Revision 1.2  2000/07/02 15:22:07  mdw
  56  * Fix licence text.  Change to matinv to mark inputs as constants.
  57  *
  58  * Revision 1.1  2000/05/21 11:28:30  mdw
  59  * Initial check-in.
  60  *
  61  */
  62
  63 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
  64
  65 #include <assert.h>
  66 #include <stdio.h>
  67 #include <stdlib.h>
  68
  69 #include "arith24.h"
  70 #include "bits.h"
  71 #include "matrix.h"
  72
  73 /*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
  74
  75 /* --- @matmul@ --- *
  76  *
  77  * Arguments:   @uint24 *d@ = pointer to destination matrix
  78  *              @uint24 *a, *b@ = pointer to operand matrices
  79  *              @unsigned x, y, z@ = dimensions of the operand matrices
  80  *
  81  * Returns:     ---
  82  *
  83  * Use:         Performs matrix multiplication mod %$2^{24}$%.  The matrix
  84  *              @d@ may not overlap either operand matrix.
  85  */
  86
  87 void matmul(uint24 *d, const uint24 *a, const uint24 *b,
  88             unsigned x, unsigned y, unsigned z)
  89 {
  90   unsigned i, j, k;
  91
  92   for (i = 0; i < x; i++) {
  93     const uint24 *bb = b;
  94     for (j = 0; j < z; j++) {
  95       uint24 n = 0;
  96       for (k = 0; k < y; k++)
  97         n += a[k] * bb[k * z];
  98       *d++ = U24(n);
  99       bb++;
 100     }
 101     a += y;
 102   }
 103 }
 104
 105 /* --- @matinv@ --- *
 106  *
 107  * Arguments:   @uint24 *d@ = pointer to destination matrix
 108  *              @const uint24 *a@ = pointer to operand matrix
 109  *              @unsigned x, y@ = dimensions of operand matrix
 110  *
 111  * Returns:     Zero if the matrix was successfully inverted, %$-1$% if the
 112  *              matrix is singular.
 113  *
 114  * Use:         Computes the mod %$2^{24}$% inverse of a square matrix.
 115  */
 116
 117 int matinv(uint24 *d, const uint24 *a, unsigned x, unsigned y)
 118 {
 119   unsigned i, j, k;
 120   uint24 *aa;
 121   uint24 *p, *q, *r, *s;
 122
 123   assert(x == y);
 124
 125   aa = malloc(sizeof(uint24) * x * y);
 126   if (!aa) {
 127     fprintf(stderr, "unable to allocate memory\n");
 128     exit(EXIT_FAILURE);
 129   }
 130   memcpy(aa, a, sizeof(uint24) * x * y);
 131
 132   p = d;
 133   for (i = 0; i < x; i++) {
 134     for (j = 0; j < y; j++)
 135       *p++ = i == j;
 136   }
 137
 138   for (i = 0; i < x; i++) {
 139     uint24 c = inv24(aa[(x + 1) * i]);
 140     if (!c)
 141       goto fail;
 142     r = aa + y * i;
 143     s = d + y * i;
 144     for (j = 0; j < y; j++) {
 145       r[j] = U24(r[j] * c);
 146       s[j] = U24(s[j] * c);
 147     }
 148     for (j = 0; j < x; j++) {
 149       if (j == i)
 150         continue;
 151       p = aa + y * j;
 152       q = d + y * j;
 153       c = p[i];
 154       for (k = 0; k < y; k++) {
 155         p[k] = U24(p[k] - c * r[k]);
 156         q[k] = U24(q[k] - c * s[k]);
 157       }
 158     }
 159   }
 160
 161   free(aa);
 162   return (0);
 163
 164 fail:
 165   free(aa);
 166   return (-1);
 167 }
 168
 169 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/