]> oss.titaniummirror.com Git - msp430-gcc.git/blobdiff - gmp/tests/rand/stat.c
Imported gcc-4.4.3
[msp430-gcc.git] / gmp / tests / rand / stat.c
diff --git a/gmp/tests/rand/stat.c b/gmp/tests/rand/stat.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..e6917d9
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,407 @@
+/* stat.c -- statistical tests of random number sequences. */
+
+/*
+Copyright 1999, 2000 Free Software Foundation, Inc.
+
+This file is part of the GNU MP Library.
+
+The GNU MP Library is free software; you can redistribute it and/or modify
+it under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
+the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or (at your
+option) any later version.
+
+The GNU MP Library is distributed in the hope that it will be useful, but
+WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY
+or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU Lesser General Public
+License for more details.
+
+You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
+along with the GNU MP Library.  If not, see http://www.gnu.org/licenses/.  */
+
+/* Examples:
+
+  $ gen 1000 | stat
+Test 1000 real numbers.
+
+  $ gen 30000 | stat -2 1000
+Test 1000 real numbers 30 times and then test the 30 results in a
+``second level''.
+
+  $ gen -f mpz_urandomb 1000 | stat -i 0xffffffff
+Test 1000 integers 0 <= X <= 2^32-1.
+
+  $ gen -f mpz_urandomb -z 34 1000 | stat -i 0x3ffffffff
+Test 1000 integers 0 <= X <= 2^34-1.
+
+*/
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <unistd.h>
+#include <math.h>
+#include "gmp.h"
+#include "gmpstat.h"
+
+#if !HAVE_DECL_OPTARG
+extern char *optarg;
+extern int optind, opterr;
+#endif
+
+#define FVECSIZ (100000L)
+
+int g_debug = 0;
+
+static void
+print_ks_results (mpf_t f_p, mpf_t f_p_prob,
+                 mpf_t f_m, mpf_t f_m_prob,
+                 FILE *fp)
+{
+  double p, pp, m, mp;
+
+  p = mpf_get_d (f_p);
+  m = mpf_get_d (f_m);
+  pp = mpf_get_d (f_p_prob);
+  mp = mpf_get_d (f_m_prob);
+
+  fprintf (fp, "%.4f (%.0f%%)\t", p, pp * 100.0);
+  fprintf (fp, "%.4f (%.0f%%)\n", m, mp * 100.0);
+}
+
+static void
+print_x2_table (unsigned int v, FILE *fp)
+{
+  double t[7];
+  int f;
+
+
+  fprintf (fp, "Chi-square table for v=%u\n", v);
+  fprintf (fp, "1%%\t5%%\t25%%\t50%%\t75%%\t95%%\t99%%\n");
+  x2_table (t, v);
+  for (f = 0; f < 7; f++)
+    fprintf (fp, "%.2f\t", t[f]);
+  fputs ("\n", fp);
+}
+
+
+
+/* Pks () -- Distribution function for KS results with a big n (like 1000
+   or so):  F(x) = 1 - pow(e, -2*x^2) [Knuth, vol 2, p.51]. */
+/* gnuplot: plot [0:1] Pks(x), Pks(x) = 1-exp(-2*x**2)  */
+
+static void
+Pks (mpf_t p, mpf_t x)
+{
+  double dt;                   /* temp double */
+
+  mpf_set (p, x);
+  mpf_mul (p, p, p);           /* p = x^2 */
+  mpf_mul_ui (p, p, 2);                /* p = 2*x^2 */
+  mpf_neg (p, p);              /* p = -2*x^2 */
+  /* No pow() in gmp.  Use doubles. */
+  /* FIXME: Use exp()? */
+  dt = pow (M_E, mpf_get_d (p));
+  mpf_set_d (p, dt);
+  mpf_ui_sub (p, 1, p);
+}
+
+/* f_freq() -- frequency test on real numbers 0<=f<1*/
+static void
+f_freq (const unsigned l1runs, const unsigned l2runs,
+       mpf_t fvec[], const unsigned long n)
+{
+  unsigned f;
+  mpf_t f_p, f_p_prob;
+  mpf_t f_m, f_m_prob;
+  mpf_t *l1res;                        /* level 1 result array */
+
+  mpf_init (f_p);  mpf_init (f_m);
+  mpf_init (f_p_prob);  mpf_init (f_m_prob);
+
+
+  /* Allocate space for 1st level results. */
+  l1res = (mpf_t *) malloc (l2runs * 2 * sizeof (mpf_t));
+  if (NULL == l1res)
+    {
+      fprintf (stderr, "stat: malloc failure\n");
+      exit (1);
+    }
+
+  printf ("\nEquidistribution/Frequency test on real numbers (0<=X<1):\n");
+  printf ("\tKp\t\tKm\n");
+
+  for (f = 0; f < l2runs; f++)
+    {
+      /*  f_printvec (fvec, n); */
+      mpf_freqt (f_p, f_m, fvec + f * n, n);
+
+      /* what's the probability of getting these results? */
+      ks_table (f_p_prob, f_p, n);
+      ks_table (f_m_prob, f_m, n);
+
+      if (l1runs == 0)
+       {
+         /*printf ("%u:\t", f + 1);*/
+         print_ks_results (f_p, f_p_prob, f_m, f_m_prob, stdout);
+       }
+      else
+       {
+         /* save result */
+         mpf_init_set (l1res[f], f_p);
+         mpf_init_set (l1res[f + l2runs], f_m);
+       }
+    }
+
+  /* Now, apply the KS test on the results from the 1st level rounds
+     with the distribution
+     F(x) = 1 - pow(e, -2*x^2) [Knuth, vol 2, p.51] */
+
+  if (l1runs != 0)
+    {
+      /*printf ("-------------------------------------\n");*/
+
+      /* The Kp's. */
+      ks (f_p, f_m, l1res, Pks, l2runs);
+      ks_table (f_p_prob, f_p, l2runs);
+      ks_table (f_m_prob, f_m, l2runs);
+      printf ("Kp:\t");
+      print_ks_results (f_p, f_p_prob, f_m, f_m_prob, stdout);
+
+      /* The Km's. */
+      ks (f_p, f_m, l1res + l2runs, Pks, l2runs);
+      ks_table (f_p_prob, f_p, l2runs);
+      ks_table (f_m_prob, f_m, l2runs);
+      printf ("Km:\t");
+      print_ks_results (f_p, f_p_prob, f_m, f_m_prob, stdout);
+    }
+
+  mpf_clear (f_p);  mpf_clear (f_m);
+  mpf_clear (f_p_prob);  mpf_clear (f_m_prob);
+  free (l1res);
+}
+
+/* z_freq(l1runs, l2runs, zvec, n, max) -- frequency test on integers
+   0<=z<=MAX */
+static void
+z_freq (const unsigned l1runs,
+       const unsigned l2runs,
+       mpz_t zvec[],
+       const unsigned long n,
+       unsigned int max)
+{
+  mpf_t V;                     /* result */
+  double d_V;                  /* result as a double */
+
+  mpf_init (V);
+
+
+  printf ("\nEquidistribution/Frequency test on integers (0<=X<=%u):\n", max);
+  print_x2_table (max, stdout);
+
+  mpz_freqt (V, zvec, max, n);
+
+  d_V = mpf_get_d (V);
+  printf ("V = %.2f (n = %lu)\n", d_V, n);
+
+  mpf_clear (V);
+}
+
+unsigned int stat_debug = 0;
+
+int
+main (argc, argv)
+     int argc;
+     char *argv[];
+{
+  const char usage[] =
+    "usage: stat [-d] [-2 runs] [-i max | -r max] [file]\n" \
+    "       file     filename\n" \
+    "       -2 runs  perform 2-level test with RUNS runs on 1st level\n" \
+    "       -d       increase debugging level\n" \
+    "       -i max   input is integers 0 <= Z <= MAX\n" \
+    "       -r max   input is real numbers 0 <= R < 1 and use MAX as\n" \
+    "                maximum value when converting real numbers to integers\n" \
+    "";
+
+  mpf_t fvec[FVECSIZ];
+  mpz_t zvec[FVECSIZ];
+  unsigned long int f, n, vecentries;
+  char *filen;
+  FILE *fp;
+  int c;
+  int omitoutput = 0;
+  int realinput = -1;          /* 1: input is real numbers 0<=R<1;
+                                  0: input is integers 0 <= Z <= MAX. */
+  long l1runs = 0,             /* 1st level runs */
+    l2runs = 1;                        /* 2nd level runs */
+  mpf_t f_temp;
+  mpz_t z_imax;                        /* max value when converting between
+                                  real number and integer. */
+  mpf_t f_imax_plus1;          /* f_imax + 1 stored in an mpf_t for
+                                  convenience */
+  mpf_t f_imax_minus1;         /* f_imax - 1 stored in an mpf_t for
+                                  convenience */
+
+
+  mpf_init (f_temp);
+  mpz_init_set_ui (z_imax, 0x7fffffff);
+  mpf_init (f_imax_plus1);
+  mpf_init (f_imax_minus1);
+
+  while ((c = getopt (argc, argv, "d2:i:r:")) != -1)
+    switch (c)
+      {
+      case '2':
+       l1runs = atol (optarg);
+       l2runs = -1;            /* set later on */
+       break;
+      case 'd':                        /* increase debug level */
+       stat_debug++;
+       break;
+      case 'i':
+       if (1 == realinput)
+         {
+           fputs ("stat: options -i and -r are mutually exclusive\n", stderr);
+           exit (1);
+         }
+       if (mpz_set_str (z_imax, optarg, 0))
+         {
+           fprintf (stderr, "stat: bad max value %s\n", optarg);
+           exit (1);
+         }
+       realinput = 0;
+       break;
+      case 'r':
+       if (0 == realinput)
+         {
+           fputs ("stat: options -i and -r are mutually exclusive\n", stderr);
+           exit (1);
+         }
+       if (mpz_set_str (z_imax, optarg, 0))
+         {
+           fprintf (stderr, "stat: bad max value %s\n", optarg);
+           exit (1);
+         }
+       realinput = 1;
+       break;
+      case 'o':
+       omitoutput = atoi (optarg);
+       break;
+      case '?':
+      default:
+       fputs (usage, stderr);
+       exit (1);
+      }
+  argc -= optind;
+  argv += optind;
+
+  if (argc < 1)
+    fp = stdin;
+  else
+    filen = argv[0];
+
+  if (fp != stdin)
+    if (NULL == (fp = fopen (filen, "r")))
+      {
+       perror (filen);
+       exit (1);
+      }
+
+  if (-1 == realinput)
+    realinput = 1;             /* default is real numbers */
+
+  /* read file and fill appropriate vec */
+  if (1 == realinput)          /* real input */
+    {
+      for (f = 0; f < FVECSIZ ; f++)
+       {
+         mpf_init (fvec[f]);
+         if (!mpf_inp_str (fvec[f], fp, 10))
+           break;
+       }
+    }
+  else                         /* integer input */
+    {
+      for (f = 0; f < FVECSIZ ; f++)
+       {
+         mpz_init (zvec[f]);
+         if (!mpz_inp_str (zvec[f], fp, 10))
+           break;
+       }
+    }
+  vecentries = n = f;          /* number of entries read */
+  fclose (fp);
+
+  if (FVECSIZ == f)
+    fprintf (stderr, "stat: warning: discarding input due to lazy allocation "\
+            "of only %ld entries.  sorry.\n", FVECSIZ);
+
+  printf ("Got %lu numbers.\n", n);
+
+  /* convert and fill the other vec */
+  /* since fvec[] contains 0<=f<1 and we want ivec[] to contain
+     0<=z<=imax and we are truncating all fractions when
+     converting float to int, we have to add 1 to imax.*/
+  mpf_set_z (f_imax_plus1, z_imax);
+  mpf_add_ui (f_imax_plus1, f_imax_plus1, 1);
+  if (1 == realinput)          /* fill zvec[] */
+    {
+      for (f = 0; f < n; f++)
+       {
+         mpf_mul (f_temp, fvec[f], f_imax_plus1);
+         mpz_init (zvec[f]);
+         mpz_set_f (zvec[f], f_temp); /* truncating fraction */
+         if (stat_debug > 1)
+           {
+             mpz_out_str (stderr, 10, zvec[f]);
+             fputs ("\n", stderr);
+           }
+       }
+    }
+  else                         /* integer input; fill fvec[] */
+    {
+      /*    mpf_set_z (f_imax_minus1, z_imax);
+           mpf_sub_ui (f_imax_minus1, f_imax_minus1, 1);*/
+      for (f = 0; f < n; f++)
+       {
+         mpf_init (fvec[f]);
+         mpf_set_z (fvec[f], zvec[f]);
+         mpf_div (fvec[f], fvec[f], f_imax_plus1);
+         if (stat_debug > 1)
+           {
+             mpf_out_str (stderr, 10, 0, fvec[f]);
+             fputs ("\n", stderr);
+           }
+       }
+    }
+
+  /* 2 levels? */
+  if (1 != l2runs)
+    {
+      l2runs = n / l1runs;
+      printf ("Doing %ld second level rounds "\
+             "with %ld entries in each round", l2runs, l1runs);
+      if (n % l1runs)
+       printf (" (discarding %ld entr%s)", n % l1runs,
+               n % l1runs == 1 ? "y" : "ies");
+      puts (".");
+      n = l1runs;
+    }
+
+#ifndef DONT_FFREQ
+  f_freq (l1runs, l2runs, fvec, n);
+#endif
+#ifdef DO_ZFREQ
+  z_freq (l1runs, l2runs, zvec, n, mpz_get_ui (z_imax));
+#endif
+
+  mpf_clear (f_temp); mpz_clear (z_imax);
+  mpf_clear (f_imax_plus1);
+  mpf_clear (f_imax_minus1);
+  for (f = 0; f < vecentries; f++)
+    {
+      mpf_clear (fvec[f]);
+      mpz_clear (zvec[f]);
+    }
+
+  return 0;
+}