#include "fmpz_vec.h"
#include "fmpz_mod.h"
#include "fmpz_mod_mpoly_factor.h"
int fmpz_mod_mpolyl_gcd_hensel_smprime(
fmpz_mod_mpoly_t G, slong Gdeg,
fmpz_mod_mpoly_t Abar,
fmpz_mod_mpoly_t Bbar,
const fmpz_mod_mpoly_t A,
const fmpz_mod_mpoly_t B,
const fmpz_mod_mpoly_ctx_t ctx)
{
int success, alphas_tries_remaining, gamma_is_one;
const slong n = ctx->minfo->nvars - 1;
slong i, k;
flint_bitcnt_t bits = A->bits;
fmpz * alphas, * prev_alphas;
fmpz_t q, mu1, mu2;
fmpz_mod_mpoly_struct * Aevals, * Bevals, * Hevals;
fmpz_mod_mpoly_struct * H;
fmpz_mod_mpoly_struct * Glcs, * Hlcs;
fmpz_mod_mpoly_struct Hfac[2], Htfac[2];
slong * Hdegs;
slong Adegx, Bdegx, gdegx;
fmpz_mod_mpoly_t t1, t2, g, abar, bbar, hbar;
flint_rand_t state;
FLINT_ASSERT(n > 0);
FLINT_ASSERT(A->length > 0);
FLINT_ASSERT(B->length > 0);
FLINT_ASSERT(bits <= FLINT_BITS);
FLINT_ASSERT(A->bits == bits);
FLINT_ASSERT(B->bits == bits);
FLINT_ASSERT(ctx->minfo->ord == ORD_LEX);
flint_rand_init(state);
Hdegs = FLINT_ARRAY_ALLOC(n + 1, slong);
Glcs = FLINT_ARRAY_ALLOC(3*(n + 1), fmpz_mod_mpoly_struct);
Hlcs = Glcs + (n + 1);
Hevals = Hlcs + (n + 1);
for (i = 0; i < n + 1; i++)
{
fmpz_mod_mpoly_init(Glcs + i, ctx);
fmpz_mod_mpoly_init(Hlcs + i, ctx);
fmpz_mod_mpoly_init(Hevals + i, ctx);
}
alphas = _fmpz_vec_init(2*n);
prev_alphas = alphas + n;
Aevals = FLINT_ARRAY_ALLOC(2*(n + 1), fmpz_mod_mpoly_struct);
Bevals = Aevals + (n + 1);
for (i = 0; i < n; i++)
{
fmpz_mod_mpoly_init(Aevals + i, ctx);
fmpz_mod_mpoly_init(Bevals + i, ctx);
}
fmpz_init(q);
fmpz_init(mu1);
fmpz_init(mu2);
fmpz_mod_mpoly_init(t1, ctx);
fmpz_mod_mpoly_init(t2, ctx);
fmpz_mod_mpoly_init(g, ctx);
fmpz_mod_mpoly_init(abar, ctx);
fmpz_mod_mpoly_init(bbar, ctx);
fmpz_mod_mpoly_init(hbar, ctx);
fmpz_mod_mpoly_init(Hfac + 0, ctx);
fmpz_mod_mpoly_init(Hfac + 1, ctx);
fmpz_mod_mpoly_init(Htfac + 0, ctx);
fmpz_mod_mpoly_init(Htfac + 1, ctx);
alphas_tries_remaining = 10;
for (i = 0; i < n; i++)
{
fmpz_set(prev_alphas + i, fmpz_mod_ctx_modulus(ctx->ffinfo));
fmpz_zero(alphas + i);
}
goto got_alpha;
next_alpha:
if (--alphas_tries_remaining < 0)
{
success = 0;
goto cleanup;
}
for (i = 0; i < n; i++)
{
do {
fmpz_mod_rand(alphas + i, state, ctx->ffinfo);
} while (fmpz_equal(alphas + i, prev_alphas + i));
}
got_alpha:
Adegx = fmpz_mod_mpoly_degree_si(A, 0, ctx);
Bdegx = fmpz_mod_mpoly_degree_si(B, 0, ctx);
for (i = n - 1; i >= 0; i--)
{
fmpz_mod_mpoly_evaluate_one_fmpz(Aevals + i, i == n - 1 ? A :
Aevals + i + 1, i + 1, alphas + i, ctx);
fmpz_mod_mpoly_evaluate_one_fmpz(Bevals + i, i == n - 1 ? B :
Bevals + i + 1, i + 1, alphas + i, ctx);
if (Adegx != fmpz_mod_mpoly_degree_si(Aevals + i, 0, ctx) ||
Bdegx != fmpz_mod_mpoly_degree_si(Bevals + i, 0, ctx))
{
goto next_alpha;
}
}
success = fmpz_mod_mpoly_gcd_cofactors(g, abar, bbar,
Aevals + 0, Bevals + 0, ctx) &&
fmpz_mod_mpoly_gcd(t1, g, abar, ctx) &&
fmpz_mod_mpoly_gcd(t2, g, bbar, ctx);
if (!success)
goto cleanup;
gdegx = fmpz_mod_mpoly_degree_si(g, 0, ctx);
if (gdegx == 0)
{
fmpz_mod_mpoly_set(Abar, A, ctx);
fmpz_mod_mpoly_set(Bbar, B, ctx);
fmpz_mod_mpoly_one(G, ctx);
success = 1;
goto cleanup;
}
else if (gdegx > Gdeg)
{
goto next_alpha;
}
else if (gdegx < Gdeg)
{
Gdeg = gdegx;
for (i = 0; i < n; i++)
fmpz_set(prev_alphas + i, alphas + i);
goto next_alpha;
}
if (gdegx == Adegx)
{
if (fmpz_mod_mpoly_divides(Bbar, B, A, ctx))
{
fmpz_mod_mpoly_set(G, A, ctx);
fmpz_mod_mpoly_one(Abar, ctx);
success = 1;
goto cleanup;
}
goto next_alpha;
}
else if (gdegx == Bdegx)
{
if (fmpz_mod_mpoly_divides(Abar, A, B, ctx))
{
fmpz_mod_mpoly_set(G, B, ctx);
fmpz_mod_mpoly_one(Bbar, ctx);
success = 1;
goto cleanup;
}
goto next_alpha;
}
FLINT_ASSERT(0 < gdegx && gdegx < FLINT_MIN(Adegx, Bdegx));
if (fmpz_mod_mpoly_is_one(t1, ctx))
{
fmpz_one(mu1);
fmpz_zero(mu2);
fmpz_mod_mpoly_swap(hbar, abar, ctx);
fmpz_mod_mpolyl_lead_coeff(Hlcs + n, A, 1, ctx);
fmpz_mod_mpolyl_lead_coeff(t2, B, 1, ctx);
success = fmpz_mod_mpoly_gcd(Glcs + n, Hlcs + n, t2, ctx);
if (!success)
goto cleanup;
H = (fmpz_mod_mpoly_struct *) A;
gamma_is_one = fmpz_mod_mpoly_is_one(Glcs + n, ctx);
if (gamma_is_one)
for (i = 0; i < n; i++)
fmpz_mod_mpoly_swap(Hevals + i, Aevals + i, ctx);
}
else if (fmpz_mod_mpoly_is_one(t2, ctx))
{
fmpz_zero(mu1);
fmpz_one(mu2);
fmpz_mod_mpoly_swap(hbar, bbar, ctx);
fmpz_mod_mpolyl_lead_coeff(Hlcs + n, B, 1, ctx);
fmpz_mod_mpolyl_lead_coeff(t2, A, 1, ctx);
success = fmpz_mod_mpoly_gcd(Glcs + n, Hlcs + n, t2, ctx);
if (!success)
goto cleanup;
H = (fmpz_mod_mpoly_struct *) B;
gamma_is_one = fmpz_mod_mpoly_is_one(Glcs + n, ctx);
if (gamma_is_one)
for (i = 0; i < n; i++)
fmpz_mod_mpoly_swap(Hevals + i, Bevals + i, ctx);
}
else
{
int mu_tries_remaining = 10;
next_mu:
if (--mu_tries_remaining < 0)
{
success = 0;
goto cleanup;
}
fmpz_one(mu1);
fmpz_mod_rand_not_zero(mu2, state, ctx->ffinfo);
fmpz_mod_mpoly_scalar_addmul_fmpz(hbar, abar, bbar, mu2, ctx);
if (fmpz_mod_mpoly_degree_si(hbar, 0, ctx) != FLINT_MAX(Adegx, Bdegx) - gdegx)
goto next_mu;
success = fmpz_mod_mpoly_gcd(t1, hbar, g, ctx);
if (!success)
goto cleanup;
if (!fmpz_mod_mpoly_is_one(t1, ctx))
goto next_mu;
fmpz_mod_mpolyl_lead_coeff(t1, A, 1, ctx);
fmpz_mod_mpolyl_lead_coeff(t2, B, 1, ctx);
success = fmpz_mod_mpoly_gcd(Glcs + n, t1, t2, ctx);
if (!success)
goto cleanup;
H = Hevals + n;
fmpz_mod_mpoly_scalar_addmul_fmpz(H, A, B, mu2, ctx);
fmpz_mod_mpolyl_lead_coeff(Hlcs + n, H, 1, ctx);
gamma_is_one = fmpz_mod_mpoly_is_one(Glcs + n, ctx);
if (gamma_is_one)
for (i = 0; i < n; i++)
fmpz_mod_mpoly_scalar_addmul_fmpz(Hevals + i, Aevals + i,
Bevals + i, mu2, ctx);
}
if (!gamma_is_one)
{
fmpz_mod_mpoly_mul(Hevals + n, H, Glcs + n, ctx);
H = Hevals + n;
for (i = n - 1; i >= 0; i--)
fmpz_mod_mpoly_evaluate_one_fmpz(Hevals + i, Hevals + i + 1,
i + 1, alphas + i, ctx);
}
success = H->bits <= FLINT_BITS ||
fmpz_mod_mpoly_repack_bits_inplace(H, FLINT_BITS, ctx);
if (!success)
goto cleanup;
for (i = 0; i < n; i++)
fmpz_mod_mpoly_repack_bits_inplace(Hevals + i, H->bits, ctx);
fmpz_mod_mpoly_degrees_si(Hdegs, H, ctx);
for (i = n - 1; i >= 0; i--)
{
fmpz_mod_mpoly_evaluate_one_fmpz(Glcs + i, Glcs + i + 1, i + 1, alphas + i, ctx);
fmpz_mod_mpoly_evaluate_one_fmpz(Hlcs + i, Hlcs + i + 1, i + 1, alphas + i, ctx);
if (fmpz_mod_mpoly_is_zero(Glcs + i, ctx) ||
fmpz_mod_mpoly_is_zero(Hlcs + i, ctx))
{
goto next_alpha;
}
}
FLINT_ASSERT(fmpz_mod_mpoly_is_fmpz(Glcs + 0, ctx) && Glcs[0].length == 1);
FLINT_ASSERT(fmpz_mod_mpoly_is_fmpz(Hlcs + 0, ctx) && Hlcs[0].length == 1);
fmpz_mod_inv(q, g->coeffs + 0, ctx->ffinfo);
fmpz_mod_mul(q, q, Glcs[0].coeffs + 0, ctx->ffinfo);
fmpz_mod_mpoly_scalar_mul_fmpz_mod_invertible(Hfac + 0, g, q, ctx);
fmpz_mod_inv(q, hbar->coeffs + 0, ctx->ffinfo);
fmpz_mod_mul(q, q, Hlcs[0].coeffs + 0, ctx->ffinfo);
fmpz_mod_mpoly_scalar_mul_fmpz_mod_invertible(Hfac + 1, hbar, q, ctx);
for (k = 1; k <= n; k++)
{
_fmpz_mod_mpoly_set_lead0(Htfac + 0, Hfac + 0, Glcs + k, ctx);
_fmpz_mod_mpoly_set_lead0(Htfac + 1, Hfac + 1, Hlcs + k, ctx);
success = fmpz_mod_mpoly_hlift(k, Htfac, 2, alphas,
k < n ? Hevals + k : H, Hdegs, ctx);
if (!success)
goto next_alpha;
fmpz_mod_mpoly_swap(Hfac + 0, Htfac + 0, ctx);
fmpz_mod_mpoly_swap(Hfac + 1, Htfac + 1, ctx);
}
success = fmpz_mod_mpolyl_content(t1, Hfac + 0, 1, ctx);
if (!success)
goto cleanup;
success = fmpz_mod_mpoly_divides(G, Hfac + 0, t1, ctx);
FLINT_ASSERT(success);
if (fmpz_is_zero(mu2))
{
FLINT_ASSERT(fmpz_is_one(mu1));
fmpz_mod_mpolyl_lead_coeff(t1, G, 1, ctx);
success = fmpz_mod_mpoly_divides(Abar, Hfac + 1, t1, ctx) &&
fmpz_mod_mpoly_divides(Bbar, B, G, ctx);
}
else if (fmpz_is_zero(mu1))
{
FLINT_ASSERT(fmpz_is_one(mu2));
fmpz_mod_mpolyl_lead_coeff(t1, G, 1, ctx);
success = fmpz_mod_mpoly_divides(Bbar, Hfac + 1, t1, ctx) &&
fmpz_mod_mpoly_divides(Abar, A, G, ctx);
}
else
{
FLINT_ASSERT(fmpz_is_one(mu1));
success = fmpz_mod_mpoly_divides(Abar, A, G, ctx) &&
fmpz_mod_mpoly_divides(Bbar, B, G, ctx);
}
if (!success)
goto next_alpha;
success = 1;
cleanup:
flint_rand_clear(state);
flint_free(Hdegs);
for (i = 0; i < n + 1; i++)
{
fmpz_mod_mpoly_clear(Glcs + i, ctx);
fmpz_mod_mpoly_clear(Hlcs + i, ctx);
fmpz_mod_mpoly_clear(Hevals + i, ctx);
}
flint_free(Glcs);
_fmpz_vec_clear(alphas, 2*n);
for (i = 0; i < n; i++)
{
fmpz_mod_mpoly_clear(Aevals + i, ctx);
fmpz_mod_mpoly_clear(Bevals + i, ctx);
}
flint_free(Aevals);
fmpz_clear(q);
fmpz_clear(mu1);
fmpz_clear(mu2);
fmpz_mod_mpoly_clear(t1, ctx);
fmpz_mod_mpoly_clear(t2, ctx);
fmpz_mod_mpoly_clear(g, ctx);
fmpz_mod_mpoly_clear(abar, ctx);
fmpz_mod_mpoly_clear(bbar, ctx);
fmpz_mod_mpoly_clear(hbar, ctx);
fmpz_mod_mpoly_clear(Hfac + 0, ctx);
fmpz_mod_mpoly_clear(Hfac + 1, ctx);
fmpz_mod_mpoly_clear(Htfac + 0, ctx);
fmpz_mod_mpoly_clear(Htfac + 1, ctx);
if (success)
{
fmpz_mod_mpoly_repack_bits_inplace(G, bits, ctx);
fmpz_mod_mpoly_repack_bits_inplace(Abar, bits, ctx);
fmpz_mod_mpoly_repack_bits_inplace(Bbar, bits, ctx);
FLINT_ASSERT(G->length > 0);
FLINT_ASSERT(Abar->length > 0);
FLINT_ASSERT(Bbar->length > 0);
}
return success;
}