src/rational.h

   1 #ifndef _RATIONAL_H
   2 #define _RATIONAL_H
   3
   4 /**
   5  * A really shoddy implementation of Rational numbers
   6  */
   7
   8 #include "common.h"
   9 #include <cmath>
  10 #include <cassert>
  11
  12 namespace IPDF
  13 {
  14
  15 /** Greatest Common Divisor - Euclid's algorithm **/
  16
  17 template <class T>
  18 T gcd(const T & a, const T & b)
  19 {
  20         if (a == 1 || a == 0) return 1;
  21         if (b == 0) return a;
  22         if (b == a) return a;
  23
  24         if (a > b) return gcd(a-b,b);
  25         return gcd(a, b-a);
  26 }
  27
  28 /*
  29 template <class T>
  30 T gcd(const T & p, const T & q)
  31 {
  32         Debug("p/q = %
  33         T g(1);
  34         T big(p);
  35         T small(q);
  36         if (p < q)
  37         {
  38                 big = q;
  39                 small = p;
  40         }
  41         if (small == 0)
  42                 return g;
  43         while ((g = big % small) > 0)
  44         {
  45                 big = small;
  46                 small = g;
  47         }
  48         return small;
  49 }
  50 */
  51 template <class T = int64_t>
  52 struct Rational
  53 {
  54         /** Construct from a double.**/
  55         Rational(double d = 0) : P(d*1e3), Q(1e3) // Possibly the worst thing ever...
  56         {
  57                 Simplify();
  58                 //CheckAccuracy(d, "Construct from double");
  59         }
  60
  61         Rational(const T & _P, const T & _Q) : P(_P), Q(_Q)
  62         {
  63                 Simplify();
  64         }
  65
  66         Rational(const Rational & cpy) : P(cpy.P), Q(cpy.Q)
  67         {
  68                 Simplify();
  69         }
  70
  71         void Simplify()
  72         {
  73                 if (Q < 0)
  74                 {
  75                         P = (P < 0) ? -P : P;
  76                         Q = -Q;
  77                 }
  78
  79                 T g = gcd(llabs(P),llabs(Q));
  80                 P /= g;
  81                 Q /= g;
  82         }
  83
  84         bool operator==(const Rational & r)  const
  85         {
  86                 if (P == r.P && Q == r.Q) return true;
  87                 return ToDouble() == r.ToDouble();
  88         }
  89
  90
  91         bool operator<(const Rational & r) const {return (P*r.Q < r.P * Q);}
  92         bool operator>(const Rational & r) const {return !(*this < r);}
  93         bool operator<=(const Rational & r) const {return *this == r || *this < r;}
  94         bool operator>=(const Rational & r) const {return *this == r || *this > r;}
  95         bool operator!=(const Rational & r) const {return !(*this == r);}
  96
  97
  98
  99         /*
 100         Rational operator+(const Rational & r) const
 101         {
 102                 Rational result = (r.P == 0) ? Rational(P,Q) : Rational(P*r.Q + r.P*Q, Q*r.Q);
 103                 result.CheckAccuracy(ToDouble() + r.ToDouble(),"+");
 104                 return result;
 105         }
 106         Rational operator-(const Rational & r) const
 107         {
 108                 Rational result = (r.P == 0) ? Rational(P,Q) : Rational(P*r.Q - r.P*Q, Q*r.Q);
 109                 result.CheckAccuracy(ToDouble() - r.ToDouble(),"-");
 110                 return result;
 111         }
 112         */
 113         Rational operator*(const Rational & r) const
 114         {
 115                 Rational result(P * r.P, Q * r.Q);
 116                 if (!result.CheckAccuracy(ToDouble() * r.ToDouble(),"*"))
 117                 {
 118                         Debug("This is %s (%f) and r is %s (%f)", Str().c_str(), ToDouble(), r.Str().c_str(), r.ToDouble());
 119                 }
 120                 return result;
 121         }
 122         Rational operator/(const Rational & r) const
 123         {
 124                 Rational result = (r.P == 0) ? Rational(P,Q) : Rational(P*r.Q + r.P*Q, Q*r.Q);
 125                 if (!result.CheckAccuracy(ToDouble() / r.ToDouble(),"*"))
 126                 {
 127                         Debug("This is %s (%f) and r is %s (%f)", Str().c_str(), ToDouble(), r.Str().c_str(), r.ToDouble());
 128                 }
 129                 return result;
 130         }
 131
 132         Rational operator+(const Rational & r) const {return Rational(ToDouble()+r.ToDouble());}
 133         Rational operator-(const Rational & r) const {return Rational(ToDouble()-r.ToDouble());}
 134         //Rational operator*(const Rational & r) const {return Rational(ToDouble()*r.ToDouble());}
 135         //Rational operator/(const Rational & r) const {return Rational(ToDouble()/r.ToDouble());}
 136
 137         Rational & operator=(const Rational & r) {P = r.P; Q = r.Q; return *this;}
 138         Rational & operator+=(const Rational & r) {this->operator=(*this+r); return *this;}
 139         Rational & operator-=(const Rational & r) {this->operator=(*this-r); return *this;}
 140         Rational & operator*=(const Rational & r) {this->operator=(*this*r); return *this;}
 141         Rational & operator/=(const Rational & r) {this->operator=(*this/r); return *this;}
 142
 143         double ToDouble() const {return (double)(P) / (double)(Q);}
 144         bool CheckAccuracy(double d, const char * msg, double threshold = 1e-6) const
 145         {
 146                 double result = fabs(ToDouble() - d) / d;
 147                 if (result > threshold)
 148                 {
 149                         Warn("(%s) : Rational %s (%f) is not close enough at representing %f (%f vs %f)", msg, Str().c_str(), ToDouble(), d, result, threshold);
 150                         return false;
 151                 }
 152                 return true;
 153         }
 154         std::string Str() const
 155         {
 156                 std::stringstream s;
 157                 s << (int64_t)P << "/" << (int64_t)Q;
 158                 return s.str();
 159         }
 160
 161         T P;
 162         T Q;
 163 };
 164
 165 inline Rational<int64_t> pow(const Rational<int64_t> & a, const Rational<int64_t> & b)
 166 {
 167         //TODO:Implement properly
 168         int64_t P = std::pow((double)a.P, b.ToDouble());
 169         int64_t Q = std::pow((double)a.Q, b.ToDouble());
 170         return Rational<int64_t>(P, Q);
 171 }
 172
 173
 174 }
 175
 176 #endif //_RATIONAL_H
 177