1 | /* -*- C++ -*- |
---|
2 | * src/lemon/lin_expr.h - Part of LEMON, a generic C++ optimization library |
---|
3 | * |
---|
4 | * Copyright (C) 2005 Egervary Jeno Kombinatorikus Optimalizalasi Kutatocsoport |
---|
5 | * (Egervary Combinatorial Optimization Research Group, EGRES). |
---|
6 | * |
---|
7 | * Permission to use, modify and distribute this software is granted |
---|
8 | * provided that this copyright notice appears in all copies. For |
---|
9 | * precise terms see the accompanying LICENSE file. |
---|
10 | * |
---|
11 | * This software is provided "AS IS" with no warranty of any kind, |
---|
12 | * express or implied, and with no claim as to its suitability for any |
---|
13 | * purpose. |
---|
14 | * |
---|
15 | */ |
---|
16 | |
---|
17 | #ifndef LEMON_LIN_EXPR_H |
---|
18 | #define LEMON_LIN_EXPR_H |
---|
19 | |
---|
20 | #include<vector> |
---|
21 | #include<map> |
---|
22 | #include<lemon/utility.h> |
---|
23 | ///\file |
---|
24 | ///\brief Classes to handle linear expressions |
---|
25 | namespace lemon { |
---|
26 | |
---|
27 | /// Class to handle sparse linear expressions |
---|
28 | template <class _V> |
---|
29 | class SparseLinExpr : public std::map<_V, typename _V::ExprValue> |
---|
30 | { |
---|
31 | public: |
---|
32 | typedef _V Var; |
---|
33 | typedef typename _V::ExprValue Coeff; |
---|
34 | |
---|
35 | protected: |
---|
36 | typedef typename std::map<_V, typename _V::ExprValue> Base; |
---|
37 | |
---|
38 | Coeff const_comp; |
---|
39 | public: |
---|
40 | typedef True IsLinExpression; |
---|
41 | ///\e |
---|
42 | SparseLinExpr() : Base(), const_comp(0) { } |
---|
43 | ///\e |
---|
44 | SparseLinExpr(const Var &v) : const_comp(0) { |
---|
45 | Base::insert(std::make_pair(v, 1)); |
---|
46 | } |
---|
47 | ///\e |
---|
48 | SparseLinExpr(const Coeff &v) : const_comp(v) {} |
---|
49 | |
---|
50 | ///\e |
---|
51 | void set(const Var &v,const Coeff &c) { |
---|
52 | return Base::insert(std::make_pair(v, c)); |
---|
53 | } |
---|
54 | // Coeff &operator[](const Var &v) { return data[v]; } |
---|
55 | // const Coeff &operator[](const Var &v) const { return data[v]; } |
---|
56 | |
---|
57 | ///\e |
---|
58 | Coeff &constComp() { return const_comp; } |
---|
59 | ///\e |
---|
60 | const Coeff &constComp() const { return const_comp; } |
---|
61 | |
---|
62 | ///Removes the components with zero coefficient. |
---|
63 | void simplify() { |
---|
64 | for (typename Base::iterator i=Base::begin(); i!=Base::end();) { |
---|
65 | typename Base::iterator j=i; |
---|
66 | ++j; |
---|
67 | if ((*i).second==0) Base::erase(i); |
---|
68 | j=i; |
---|
69 | } |
---|
70 | } |
---|
71 | |
---|
72 | ///\e |
---|
73 | SparseLinExpr &operator+=(const SparseLinExpr &e) { |
---|
74 | for (typename Base::const_iterator j=e.begin(); j!=e.end(); ++j) |
---|
75 | (*this)[j->first]+=j->second; |
---|
76 | ///\todo it might be speeded up using "hints" |
---|
77 | const_comp+=e.const_comp; |
---|
78 | return *this; |
---|
79 | } |
---|
80 | ///\e |
---|
81 | SparseLinExpr &operator-=(const SparseLinExpr &e) { |
---|
82 | for (typename Base::const_iterator j=e.begin(); j!=e.end(); ++j) |
---|
83 | (*this)[j->first]-=j->second; |
---|
84 | const_comp-=e.const_comp; |
---|
85 | return *this; |
---|
86 | } |
---|
87 | ///\e |
---|
88 | SparseLinExpr &operator*=(const Coeff &c) { |
---|
89 | for (typename Base::iterator j=Base::begin(); j!=Base::end(); ++j) |
---|
90 | j->second*=c; |
---|
91 | const_comp*=c; |
---|
92 | return *this; |
---|
93 | } |
---|
94 | ///\e |
---|
95 | SparseLinExpr &operator/=(const Coeff &c) { |
---|
96 | for (typename Base::iterator j=Base::begin(); j!=Base::end(); ++j) |
---|
97 | j->second/=c; |
---|
98 | const_comp/=c; |
---|
99 | return *this; |
---|
100 | } |
---|
101 | |
---|
102 | }; |
---|
103 | |
---|
104 | ///\e |
---|
105 | |
---|
106 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
107 | /// |
---|
108 | template <class V> |
---|
109 | SparseLinExpr<V> operator+(const SparseLinExpr<V> &a, |
---|
110 | const SparseLinExpr<V> &b) { |
---|
111 | SparseLinExpr<V> tmp(a); |
---|
112 | tmp+=b; ///\todo Don't STL have some special 'merge' algorithm? |
---|
113 | return tmp; |
---|
114 | } |
---|
115 | |
---|
116 | ///\e |
---|
117 | |
---|
118 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
119 | /// |
---|
120 | template <class V> |
---|
121 | SparseLinExpr<V> operator-(const SparseLinExpr<V> &a, |
---|
122 | const SparseLinExpr<V> &b) { |
---|
123 | SparseLinExpr<V> tmp(a); |
---|
124 | tmp-=b; ///\todo Don't STL have some special 'merge' algorithm? |
---|
125 | return tmp; |
---|
126 | } |
---|
127 | |
---|
128 | ///\e |
---|
129 | |
---|
130 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
131 | /// |
---|
132 | template <class V> |
---|
133 | SparseLinExpr<V> operator*(const typename V::ExprValue &c, |
---|
134 | const SparseLinExpr<V> &e) { |
---|
135 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
136 | tmp*=c; |
---|
137 | return tmp; |
---|
138 | } |
---|
139 | |
---|
140 | ///\e |
---|
141 | |
---|
142 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
143 | /// |
---|
144 | template <class V> |
---|
145 | SparseLinExpr<V> operator*(const SparseLinExpr<V> &e, |
---|
146 | const typename V::ExprValue &c) { |
---|
147 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
148 | tmp*=c; |
---|
149 | return tmp; |
---|
150 | } |
---|
151 | |
---|
152 | |
---|
153 | ///\e |
---|
154 | |
---|
155 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
156 | /// |
---|
157 | template <class V> |
---|
158 | SparseLinExpr<V> operator/(const SparseLinExpr<V> &e, |
---|
159 | const typename V::ExprValue &c) { |
---|
160 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
161 | tmp/=c; |
---|
162 | return tmp; |
---|
163 | } |
---|
164 | |
---|
165 | ///\e |
---|
166 | |
---|
167 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
168 | /// |
---|
169 | template <class V> |
---|
170 | SparseLinExpr<V> operator+(const typename V::ExprValue &c, |
---|
171 | const SparseLinExpr<V> &e) { |
---|
172 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
173 | tmp.constComp()+=c; |
---|
174 | return tmp; |
---|
175 | } |
---|
176 | |
---|
177 | ///\e |
---|
178 | |
---|
179 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
180 | /// |
---|
181 | template <class V> |
---|
182 | SparseLinExpr<V> operator+(const SparseLinExpr<V> &e, |
---|
183 | const typename V::ExprValue &c) { |
---|
184 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
185 | tmp.constComp()+=c; |
---|
186 | return tmp; |
---|
187 | } |
---|
188 | |
---|
189 | ///\e |
---|
190 | |
---|
191 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
192 | /// |
---|
193 | template <class V> |
---|
194 | SparseLinExpr<V> operator+(const V &v,const SparseLinExpr<V> &e) { |
---|
195 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
196 | tmp[v]+=1; |
---|
197 | return tmp; |
---|
198 | } |
---|
199 | |
---|
200 | ///\e |
---|
201 | |
---|
202 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
203 | /// |
---|
204 | template <class V> |
---|
205 | SparseLinExpr<V> operator+(const SparseLinExpr<V> &e,const V &v) { |
---|
206 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
207 | tmp[v]+=1; |
---|
208 | return tmp; |
---|
209 | } |
---|
210 | |
---|
211 | ///\e |
---|
212 | |
---|
213 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
214 | /// |
---|
215 | template <class V> |
---|
216 | SparseLinExpr<V> operator-(const typename V::ExprValue &c, |
---|
217 | const SparseLinExpr<V> &e) { |
---|
218 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
219 | tmp*=-1; |
---|
220 | tmp.constComp()+=c; |
---|
221 | return tmp; |
---|
222 | } |
---|
223 | |
---|
224 | ///\e |
---|
225 | |
---|
226 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
227 | /// |
---|
228 | template <class V> |
---|
229 | SparseLinExpr<V> operator-(const SparseLinExpr<V> &e, |
---|
230 | const typename V::ExprValue &c) { |
---|
231 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
232 | tmp.constComp()-=c; |
---|
233 | return tmp; |
---|
234 | } |
---|
235 | |
---|
236 | ///\e |
---|
237 | |
---|
238 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
239 | /// |
---|
240 | template <class V> |
---|
241 | SparseLinExpr<V> operator-(const V &v,const SparseLinExpr<V> &e) { |
---|
242 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
243 | tmp*=-1; |
---|
244 | tmp[v]+=1; |
---|
245 | return tmp; |
---|
246 | } |
---|
247 | |
---|
248 | ///\e |
---|
249 | |
---|
250 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
251 | /// |
---|
252 | template <class V> |
---|
253 | SparseLinExpr<V> operator-(const SparseLinExpr<V> &e,const V &v) { |
---|
254 | SparseLinExpr<V> tmp(e); |
---|
255 | tmp[v]-=1; |
---|
256 | return tmp; |
---|
257 | } |
---|
258 | |
---|
259 | ///\e |
---|
260 | |
---|
261 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
262 | /// |
---|
263 | template <class V> |
---|
264 | SparseLinExpr<V> operator+(const V &v,const typename V::ExprValue &c) { |
---|
265 | SparseLinExpr<V> tmp(v); |
---|
266 | tmp.constComp()=c; |
---|
267 | return tmp; |
---|
268 | } |
---|
269 | |
---|
270 | ///\e |
---|
271 | |
---|
272 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
273 | /// |
---|
274 | template <class V> |
---|
275 | SparseLinExpr<V> operator-(const V &v,const typename V::ExprValue &c) { |
---|
276 | SparseLinExpr<V> tmp(v); |
---|
277 | tmp.constComp()=-c; |
---|
278 | return tmp; |
---|
279 | } |
---|
280 | |
---|
281 | ///\e |
---|
282 | |
---|
283 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
284 | /// |
---|
285 | template <class V> |
---|
286 | SparseLinExpr<V> operator+(const typename V::ExprValue &c,const V &v) { |
---|
287 | SparseLinExpr<V> tmp(v); |
---|
288 | tmp.constComp()=c; |
---|
289 | return tmp; |
---|
290 | } |
---|
291 | |
---|
292 | ///\e |
---|
293 | |
---|
294 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
295 | /// |
---|
296 | template <class V> |
---|
297 | SparseLinExpr<V> operator-(const typename V::ExprValue &c,const V &v) { |
---|
298 | SparseLinExpr<V> tmp(c); |
---|
299 | tmp[v]=-1; |
---|
300 | return tmp; |
---|
301 | } |
---|
302 | |
---|
303 | ///\e |
---|
304 | |
---|
305 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
306 | /// |
---|
307 | template <class V> |
---|
308 | SparseLinExpr<V> operator+(const V &v1,const V &v2) { |
---|
309 | SparseLinExpr<V> tmp(v1); |
---|
310 | tmp[v2]+=1; |
---|
311 | return tmp; |
---|
312 | } |
---|
313 | |
---|
314 | ///\e |
---|
315 | |
---|
316 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
317 | /// |
---|
318 | template <class V> |
---|
319 | SparseLinExpr<V> operator*(const V &v,const typename V::ExprValue &c) { |
---|
320 | SparseLinExpr<V> tmp; |
---|
321 | tmp[v]=c; |
---|
322 | return tmp; |
---|
323 | } |
---|
324 | |
---|
325 | ///\e |
---|
326 | |
---|
327 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
328 | /// |
---|
329 | template <class V> |
---|
330 | SparseLinExpr<V> operator*(const typename V::ExprValue &c,const V &v) { |
---|
331 | SparseLinExpr<V> tmp; |
---|
332 | tmp[v]=c; |
---|
333 | return tmp; |
---|
334 | } |
---|
335 | |
---|
336 | ///\e |
---|
337 | |
---|
338 | ///\relates SparseLinExpr |
---|
339 | /// |
---|
340 | template <class V> |
---|
341 | SparseLinExpr<V> operator/(const V &v,const typename V::ExprValue &c) { |
---|
342 | SparseLinExpr<V> tmp; |
---|
343 | tmp[v]=1/c; |
---|
344 | return tmp; |
---|
345 | } |
---|
346 | |
---|
347 | |
---|
348 | ////////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
349 | /// Constraints |
---|
350 | ////////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
351 | |
---|
352 | template <class E> |
---|
353 | class LinConstr |
---|
354 | { |
---|
355 | public: |
---|
356 | typedef E Expr; |
---|
357 | typedef typename E::Var Var; |
---|
358 | typedef typename E::Coeff Coeff; |
---|
359 | |
---|
360 | static const Coeff INF; |
---|
361 | static const Coeff NaN; |
---|
362 | // static const Coeff INF=0; |
---|
363 | // static const Coeff NaN=1; |
---|
364 | |
---|
365 | Expr expr; |
---|
366 | Coeff lb,ub; |
---|
367 | |
---|
368 | LinConstr() : expr(), lb(NaN), ub(NaN) {} |
---|
369 | LinConstr(Coeff _lb,const Expr &e,Coeff _ub) : |
---|
370 | expr(e), lb(_lb), ub(_ub) {} |
---|
371 | LinConstr(const Expr &e,Coeff _ub) : |
---|
372 | expr(e), lb(NaN), ub(_ub) {} |
---|
373 | LinConstr(Coeff _lb,const Expr &e) : |
---|
374 | expr(e), lb(_lb), ub(NaN) {} |
---|
375 | }; |
---|
376 | |
---|
377 | template<class E> |
---|
378 | const typename LinConstr<E>::Coeff LinConstr<E>::INF= |
---|
379 | std::numeric_limits<Coeff>::infinity(); |
---|
380 | template<class E> |
---|
381 | const typename LinConstr<E>::Coeff LinConstr<E>::NaN= |
---|
382 | std::numeric_limits<Coeff>::quiet_NaN(); |
---|
383 | |
---|
384 | |
---|
385 | template<class E> |
---|
386 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
387 | operator<=(const E &e,const E &f) |
---|
388 | { |
---|
389 | return LinConstr<E>(-LinConstr<E>::INF,e-f,0); |
---|
390 | } |
---|
391 | |
---|
392 | template<class E> |
---|
393 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
394 | operator>=(const E &e,const E &f) |
---|
395 | { |
---|
396 | return LinConstr<E>(-LinConstr<E>::INF,f-e,0); |
---|
397 | } |
---|
398 | |
---|
399 | template<class E> |
---|
400 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
401 | operator==(const E &e,const E &f) |
---|
402 | { |
---|
403 | return LinConstr<E>(0,e-f,0); |
---|
404 | } |
---|
405 | |
---|
406 | ////////////////////////////// |
---|
407 | |
---|
408 | template<class E> |
---|
409 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
410 | operator<=(const E &e,const typename E::Coeff &n) |
---|
411 | { |
---|
412 | return LinConstr<E>(e,n); |
---|
413 | } |
---|
414 | |
---|
415 | template<class E> |
---|
416 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
417 | operator>=(const E &e,const typename E::Coeff &n) |
---|
418 | { |
---|
419 | return LinConstr<E>(n,e); |
---|
420 | } |
---|
421 | |
---|
422 | template<class E> |
---|
423 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
424 | operator==(const E &e,const typename E::Coeff &n) |
---|
425 | { |
---|
426 | return LinConstr<E>(n,e,n); |
---|
427 | } |
---|
428 | |
---|
429 | ////////////////////////////// |
---|
430 | |
---|
431 | template<class E> |
---|
432 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
433 | operator<=(const typename E::Coeff &n,const E &e) |
---|
434 | { |
---|
435 | return LinConstr<E>(n,e); |
---|
436 | } |
---|
437 | |
---|
438 | template<class E> |
---|
439 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
440 | operator>=(const typename E::Coeff &n,const E &e) |
---|
441 | { |
---|
442 | return LinConstr<E>(e,n); |
---|
443 | } |
---|
444 | |
---|
445 | template<class E> |
---|
446 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
---|
447 | operator==(const typename E::Coeff &n,const E &e) |
---|
448 | { |
---|
449 | return LinConstr<E>(n,e,n); |
---|
450 | } |
---|
451 | |
---|
452 | ////////////////////////////// |
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453 | |
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454 | template<class E> |
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455 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
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456 | operator<=(const typename E::Coeff &n,const LinConstr<E> &c) |
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457 | { |
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458 | LinConstr<E> tmp(c); |
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459 | if(tmp.lb!=tmp.NaN) throw LogicError(); |
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460 | else tmp.lb=n; |
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461 | return tmp; |
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462 | } |
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463 | |
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464 | template<class E> |
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465 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
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466 | operator>=(const typename E::Coeff &n,const LinConstr<E> &c) |
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467 | { |
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468 | LinConstr<E> tmp(c); |
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469 | if(tmp.ub!=tmp.NaN) throw LogicError(); |
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470 | else tmp.ub=n; |
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471 | return tmp; |
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472 | } |
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473 | |
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474 | template<class E> |
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475 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
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476 | operator<=(const LinConstr<E> &c,const typename E::Coeff &n) |
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477 | { |
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478 | LinConstr<E> tmp(c); |
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479 | if(tmp.ub!=tmp.NaN) throw LogicError(); |
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480 | else tmp.ub=n; |
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481 | return tmp; |
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482 | } |
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483 | |
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484 | template<class E> |
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485 | typename enable_if<typename E::IsLinExpression, LinConstr<E> >::type |
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486 | operator>=(const LinConstr<E> &c,const typename E::Coeff &n) |
---|
487 | { |
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488 | LinConstr<E> tmp(c); |
---|
489 | if(tmp.lb!=tmp.NaN) throw LogicError(); |
---|
490 | else tmp.lb=n; |
---|
491 | return tmp; |
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492 | } |
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493 | |
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494 | |
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495 | |
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496 | } //namespace lemon |
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497 | |
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498 | #endif //LEMON_LIN_EXPR_H |
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