Description of fast matrix multiplication algorithm: ⟨19×19×20:4194⟩

Algorithm type

48X4Y6Z6+72X2Y6Z6+48X4Y3Z3+576X3Y3Z3+3X6YZ+21X4Y2Z2+120X2Y3Z3+72X3Y2Z2+144X2Y3Z2+153X2Y2Z3+72XY3Z3+90X3Y2Z+6X2Y3Z+1503X2Y2Z2+87X2YZ3+90XY3Z2+3X3YZ+93X2Y2Z+102X2YZ2+25XY3Z+177XY2Z2+15XYZ3+231X2YZ+201XY2Z+220XYZ2+22XYZ48X4Y6Z672X2Y6Z648X4Y3Z3576X3Y3Z33X6YZ21X4Y2Z2120X2Y3Z372X3Y2Z2144X2Y3Z2153X2Y2Z372XY3Z390X3Y2Z6X2Y3Z1503X2Y2Z287X2YZ390XY3Z23X3YZ93X2Y2Z102X2YZ225XY3Z177XY2Z215XYZ3231X2YZ201XY2Z220XYZ222XYZ48*X^4*Y^6*Z^6+72*X^2*Y^6*Z^6+48*X^4*Y^3*Z^3+576*X^3*Y^3*Z^3+3*X^6*Y*Z+21*X^4*Y^2*Z^2+120*X^2*Y^3*Z^3+72*X^3*Y^2*Z^2+144*X^2*Y^3*Z^2+153*X^2*Y^2*Z^3+72*X*Y^3*Z^3+90*X^3*Y^2*Z+6*X^2*Y^3*Z+1503*X^2*Y^2*Z^2+87*X^2*Y*Z^3+90*X*Y^3*Z^2+3*X^3*Y*Z+93*X^2*Y^2*Z+102*X^2*Y*Z^2+25*X*Y^3*Z+177*X*Y^2*Z^2+15*X*Y*Z^3+231*X^2*Y*Z+201*X*Y^2*Z+220*X*Y*Z^2+22*X*Y*Z

Algorithm definition

The algorithm ⟨19×19×20:4194⟩ could be constructed using the following decomposition:

⟨19×19×20:4194⟩ = ⟨9×9×10:534⟩ + TA(⟨10×10×10⟩, ⟨10×10×10⟩) + TA(⟨9×10×10⟩, ⟨10×9×10⟩) + TA(⟨9×10×10⟩, ⟨10×9×10⟩).

This decomposition is defined by the following equality:

TraceMulA_1_1A_1_2A_1_3A_1_4A_1_5A_1_6A_1_7A_1_8A_1_9A_1_10A_1_11A_1_12A_1_13A_1_14A_1_15A_1_16A_1_17A_1_18A_1_19A_2_1A_2_2A_2_3A_2_4A_2_5A_2_6A_2_7A_2_8A_2_9A_2_10A_2_11A_2_12A_2_13A_2_14A_2_15A_2_16A_2_17A_2_18A_2_19A_3_1A_3_2A_3_3A_3_4A_3_5A_3_6A_3_7A_3_8A_3_9A_3_10A_3_11A_3_12A_3_13A_3_14A_3_15A_3_16A_3_17A_3_18A_3_19A_4_1A_4_2A_4_3A_4_4A_4_5A_4_6A_4_7A_4_8A_4_9A_4_10A_4_11A_4_12A_4_13A_4_14A_4_15A_4_16A_4_17A_4_18A_4_19A_5_1A_5_2A_5_3A_5_4A_5_5A_5_6A_5_7A_5_8A_5_9A_5_10A_5_11A_5_12A_5_13A_5_14A_5_15A_5_16A_5_17A_5_18A_5_19A_6_1A_6_2A_6_3A_6_4A_6_5A_6_6A_6_7A_6_8A_6_9A_6_10A_6_11A_6_12A_6_13A_6_14A_6_15A_6_16A_6_17A_6_18A_6_19A_7_1A_7_2A_7_3A_7_4A_7_5A_7_6A_7_7A_7_8A_7_9A_7_10A_7_11A_7_12A_7_13A_7_14A_7_15A_7_16A_7_17A_7_18A_7_19A_8_1A_8_2A_8_3A_8_4A_8_5A_8_6A_8_7A_8_8A_8_9A_8_10A_8_11A_8_12A_8_13A_8_14A_8_15A_8_16A_8_17A_8_18A_8_19A_9_1A_9_2A_9_3A_9_4A_9_5A_9_6A_9_7A_9_8A_9_9A_9_10A_9_11A_9_12A_9_13A_9_14A_9_15A_9_16A_9_17A_9_18A_9_19A_10_1A_10_2A_10_3A_10_4A_10_5A_10_6A_10_7A_10_8A_10_9A_10_10A_10_11A_10_12A_10_13A_10_14A_10_15A_10_16A_10_17A_10_18A_10_19A_11_1A_11_2A_11_3A_11_4A_11_5A_11_6A_11_7A_11_8A_11_9A_11_10A_11_11A_11_12A_11_13A_11_14A_11_15A_11_16A_11_17A_11_18A_11_19A_12_1A_12_2A_12_3A_12_4A_12_5A_12_6A_12_7A_12_8A_12_9A_12_10A_12_11A_12_12A_12_13A_12_14A_12_15A_12_16A_12_17A_12_18A_12_19A_13_1A_13_2A_13_3A_13_4A_13_5A_13_6A_13_7A_13_8A_13_9A_13_10A_13_11A_13_12A_13_13A_13_14A_13_15A_13_16A_13_17A_13_18A_13_19A_14_1A_14_2A_14_3A_14_4A_14_5A_14_6A_14_7A_14_8A_14_9A_14_10A_14_11A_14_12A_14_13A_14_14A_14_15A_14_16A_14_17A_14_18A_14_19A_15_1A_15_2A_15_3A_15_4A_15_5A_15_6A_15_7A_15_8A_15_9A_15_10A_15_11A_15_12A_15_13A_15_14A_15_15A_15_16A_15_17A_15_18A_15_19A_16_1A_16_2A_16_3A_16_4A_16_5A_16_6A_16_7A_16_8A_16_9A_16_10A_16_11A_16_12A_16_13A_16_14A_16_15A_16_16A_16_17A_16_18A_16_19A_17_1A_17_2A_17_3A_17_4A_17_5A_17_6A_17_7A_17_8A_17_9A_17_10A_17_11A_17_12A_17_13A_17_14A_17_15A_17_16A_17_17A_17_18A_17_19A_18_1A_18_2A_18_3A_18_4A_18_5A_18_6A_18_7A_18_8A_18_9A_18_10A_18_11A_18_12A_18_13A_18_14A_18_15A_18_16A_18_17A_18_18A_18_19A_19_1A_19_2A_19_3A_19_4A_19_5A_19_6A_19_7A_19_8A_19_9A_19_10A_19_11A_19_12A_19_13A_19_14A_19_15A_19_16A_19_17A_19_18A_19_19B_1_1B_1_2B_1_3B_1_4B_1_5B_1_6B_1_7B_1_8B_1_9B_1_10B_1_11B_1_12B_1_13B_1_14B_1_15B_1_16B_1_17B_1_18B_1_19B_1_20B_2_1B_2_2B_2_3B_2_4B_2_5B_2_6B_2_7B_2_8B_2_9B_2_10B_2_11B_2_12B_2_13B_2_14B_2_15B_2_16B_2_17B_2_18B_2_19B_2_20B_3_1B_3_2B_3_3B_3_4B_3_5B_3_6B_3_7B_3_8B_3_9B_3_10B_3_11B_3_12B_3_13B_3_14B_3_15B_3_16B_3_17B_3_18B_3_19B_3_20B_4_1B_4_2B_4_3B_4_4B_4_5B_4_6B_4_7B_4_8B_4_9B_4_10B_4_11B_4_12B_4_13B_4_14B_4_15B_4_16B_4_17B_4_18B_4_19B_4_20B_5_1B_5_2B_5_3B_5_4B_5_5B_5_6B_5_7B_5_8B_5_9B_5_10B_5_11B_5_12B_5_13B_5_14B_5_15B_5_16B_5_17B_5_18B_5_19B_5_20B_6_1B_6_2B_6_3B_6_4B_6_5B_6_6B_6_7B_6_8B_6_9B_6_10B_6_11B_6_12B_6_13B_6_14B_6_15B_6_16B_6_17B_6_18B_6_19B_6_20B_7_1B_7_2B_7_3B_7_4B_7_5B_7_6B_7_7B_7_8B_7_9B_7_10B_7_11B_7_12B_7_13B_7_14B_7_15B_7_16B_7_17B_7_18B_7_19B_7_20B_8_1B_8_2B_8_3B_8_4B_8_5B_8_6B_8_7B_8_8B_8_9B_8_10B_8_11B_8_12B_8_13B_8_14B_8_15B_8_16B_8_17B_8_18B_8_19B_8_20B_9_1B_9_2B_9_3B_9_4B_9_5B_9_6B_9_7B_9_8B_9_9B_9_10B_9_11B_9_12B_9_13B_9_14B_9_15B_9_16B_9_17B_9_18B_9_19B_9_20B_10_1B_10_2B_10_3B_10_4B_10_5B_10_6B_10_7B_10_8B_10_9B_10_10B_10_11B_10_12B_10_13B_10_14B_10_15B_10_16B_10_17B_10_18B_10_19B_10_20B_11_1B_11_2B_11_3B_11_4B_11_5B_11_6B_11_7B_11_8B_11_9B_11_10B_11_11B_11_12B_11_13B_11_14B_11_15B_11_16B_11_17B_11_18B_11_19B_11_20B_12_1B_12_2B_12_3B_12_4B_12_5B_12_6B_12_7B_12_8B_12_9B_12_10B_12_11B_12_12B_12_13B_12_14B_12_15B_12_16B_12_17B_12_18B_12_19B_12_20B_13_1B_13_2B_13_3B_13_4B_13_5B_13_6B_13_7B_13_8B_13_9B_13_10B_13_11B_13_12B_13_13B_13_14B_13_15B_13_16B_13_17B_13_18B_13_19B_13_20B_14_1B_14_2B_14_3B_14_4B_14_5B_14_6B_14_7B_14_8B_14_9B_14_10B_14_11B_14_12B_14_13B_14_14B_14_15B_14_16B_14_17B_14_18B_14_19B_14_20B_15_1B_15_2B_15_3B_15_4B_15_5B_15_6B_15_7B_15_8B_15_9B_15_10B_15_11B_15_12B_15_13B_15_14B_15_15B_15_16B_15_17B_15_18B_15_19B_15_20B_16_1B_16_2B_16_3B_16_4B_16_5B_16_6B_16_7B_16_8B_16_9B_16_10B_16_11B_16_12B_16_13B_16_14B_16_15B_16_16B_16_17B_16_18B_16_19B_16_20B_17_1B_17_2B_17_3B_17_4B_17_5B_17_6B_17_7B_17_8B_17_9B_17_10B_17_11B_17_12B_17_13B_17_14B_17_15B_17_16B_17_17B_17_18B_17_19B_17_20B_18_1B_18_2B_18_3B_18_4B_18_5B_18_6B_18_7B_18_8B_18_9B_18_10B_18_11B_18_12B_18_13B_18_14B_18_15B_18_16B_18_17B_18_18B_18_19B_18_20B_19_1B_19_2B_19_3B_19_4B_19_5B_19_6B_19_7B_19_8B_19_9B_19_10B_19_11B_19_12B_19_13B_19_14B_19_15B_19_16B_19_17B_19_18B_19_19B_19_20C_1_1C_1_2C_1_3C_1_4C_1_5C_1_6C_1_7C_1_8C_1_9C_1_10C_1_11C_1_12C_1_13C_1_14C_1_15C_1_16C_1_17C_1_18C_1_19C_2_1C_2_2C_2_3C_2_4C_2_5C_2_6C_2_7C_2_8C_2_9C_2_10C_2_11C_2_12C_2_13C_2_14C_2_15C_2_16C_2_17C_2_18C_2_19C_3_1C_3_2C_3_3C_3_4C_3_5C_3_6C_3_7C_3_8C_3_9C_3_10C_3_11C_3_12C_3_13C_3_14C_3_15C_3_16C_3_17C_3_18C_3_19C_4_1C_4_2C_4_3C_4_4C_4_5C_4_6C_4_7C_4_8C_4_9C_4_10C_4_11C_4_12C_4_13C_4_14C_4_15C_4_16C_4_17C_4_18C_4_19C_5_1C_5_2C_5_3C_5_4C_5_5C_5_6C_5_7C_5_8C_5_9C_5_10C_5_11C_5_12C_5_13C_5_14C_5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10, 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10, [[B_10_11,B_10_12,B_10_13,B_10_14,B_10_15,B_10_16,B_10_17,B_10_18,B_10_19,B_10_20],[B_11_11,B_11_12,B_11_13,B_11_14,B_11_15,B_11_16,B_11_17,B_11_18,B_11_19,B_11_20],[B_12_11,B_12_12,B_12_13,B_12_14,B_12_15,B_12_16,B_12_17,B_12_18,B_12_19,B_12_20],[B_13_11,B_13_12,B_13_13,B_13_14,B_13_15,B_13_16,B_13_17,B_13_18,B_13_19,B_13_20],[B_14_11,B_14_12,B_14_13,B_14_14,B_14_15,B_14_16,B_14_17,B_14_18,B_14_19,B_14_20],[B_15_11,B_15_12,B_15_13,B_15_14,B_15_15,B_15_16,B_15_17,B_15_18,B_15_19,B_15_20],[B_16_11,B_16_12,B_16_13,B_16_14,B_16_15,B_16_16,B_16_17,B_16_18,B_16_19,B_16_20],[B_17_11,B_17_12,B_17_13,B_17_14,B_17_15,B_17_16,B_17_17,B_17_18,B_17_19,B_17_20],[B_18_11,B_18_12,B_18_13,B_18_14,B_18_15,B_18_16,B_18_17,B_18_18,B_18_19,B_18_20],[B_19_11,B_19_12,B_19_13,B_19_14,B_19_15,B_19_16,B_19_17,B_19_18,B_19_19,B_19_20]]),Matrix(10, 9, [[-C_1_1+C_11_1,-C_1_2+C_11_2,-C_1_3+C_11_3,-C_1_4+C_11_4,-C_1_5+C_11_5,-C_1_6+C_11_6,-C_1_7+C_11_7,-C_1_8+C_11_8,-C_1_9+C_11_9],[-C_2_1+C_12_1,-C_2_2+C_12_2,-C_2_3+C_12_3,-C_2_4+C_12_4,-C_2_5+C_12_5,-C_2_6+C_12_6,-C_2_7+C_12_7,-C_2_8+C_12_8,-C_2_9+C_12_9],[-C_3_1+C_13_1,-C_3_2+C_13_2,-C_3_3+C_13_3,-C_3_4+C_13_4,-C_3_5+C_13_5,-C_3_6+C_13_6,-C_3_7+C_13_7,-C_3_8+C_13_8,-C_3_9+C_13_9],[-C_4_1+C_14_1,-C_4_2+C_14_2,-C_4_3+C_14_3,-C_4_4+C_14_4,-C_4_5+C_14_5,-C_4_6+C_14_6,-C_4_7+C_14_7,-C_4_8+C_14_8,-C_4_9+C_14_9],[-C_5_1+C_15_1,-C_5_2+C_15_2,-C_5_3+C_15_3,-C_5_4+C_15_4,-C_5_5+C_15_5,-C_5_6+C_15_6,-C_5_7+C_15_7,-C_5_8+C_15_8,-C_5_9+C_15_9],[-C_6_1+C_16_1,-C_6_2+C_16_2,-C_6_3+C_16_3,-C_6_4+C_16_4,-C_6_5+C_16_5,-C_6_6+C_16_6,-C_6_7+C_16_7,-C_6_8+C_16_8,-C_6_9+C_16_9],[-C_7_1+C_17_1,-C_7_2+C_17_2,-C_7_3+C_17_3,-C_7_4+C_17_4,-C_7_5+C_17_5,-C_7_6+C_17_6,-C_7_7+C_17_7,-C_7_8+C_17_8,-C_7_9+C_17_9],[-C_8_1+C_18_1,-C_8_2+C_18_2,-C_8_3+C_18_3,-C_8_4+C_18_4,-C_8_5+C_18_5,-C_8_6+C_18_6,-C_8_7+C_18_7,-C_8_8+C_18_8,-C_8_9+C_18_9],[-C_9_1+C_19_1,-C_9_2+C_19_2,-C_9_3+C_19_3,-C_9_4+C_19_4,-C_9_5+C_19_5,-C_9_6+C_19_6,-C_9_7+C_19_7,-C_9_8+C_19_8,-C_9_9+C_19_9],[-C_10_1+C_20_1,-C_10_2+C_20_2,-C_10_3+C_20_3,-C_10_4+C_20_4,-C_10_5+C_20_5,-C_10_6+C_20_6,-C_10_7+C_20_7,-C_10_8+C_20_8,-C_10_9+C_20_9]])))+Trace(Mul(Matrix(10, 9, [[A_10_1+A_10_11,A_10_2+A_10_12,A_10_3+A_10_13,A_10_4+A_10_14,A_10_5+A_10_15,A_10_6+A_10_16,A_10_7+A_10_17,A_10_8+A_10_18,A_10_9+A_10_19],[A_11_1+A_11_11,A_11_2+A_11_12,A_11_3+A_11_13,A_11_4+A_11_14,A_11_5+A_11_15,A_11_6+A_11_16,A_11_7+A_11_17,A_11_8+A_11_18,A_11_9+A_11_19],[A_12_1+A_12_11,A_12_2+A_12_12,A_12_3+A_12_13,A_12_4+A_12_14,A_12_5+A_12_15,A_12_6+A_12_16,A_12_7+A_12_17,A_12_8+A_12_18,A_12_9+A_12_19],[A_13_1+A_13_11,A_13_2+A_13_12,A_13_3+A_13_13,A_13_4+A_13_14,A_13_5+A_13_15,A_13_6+A_13_16,A_13_7+A_13_17,A_13_8+A_13_18,A_13_9+A_13_19],[A_14_1+A_14_11,A_14_2+A_14_12,A_14_3+A_14_13,A_14_4+A_14_14,A_14_5+A_14_15,A_14_6+A_14_16,A_14_7+A_14_17,A_14_8+A_14_18,A_14_9+A_14_19],[A_15_1+A_15_11,A_15_2+A_15_12,A_15_3+A_15_13,A_15_4+A_15_14,A_15_5+A_15_15,A_15_6+A_15_16,A_15_7+A_15_17,A_15_8+A_15_18,A_15_9+A_15_19],[A_16_1+A_16_11,A_16_2+A_16_12,A_16_3+A_16_13,A_16_4+A_16_14,A_16_5+A_16_15,A_16_6+A_16_16,A_16_7+A_16_17,A_16_8+A_16_18,A_16_9+A_16_19],[A_17_1+A_17_11,A_17_2+A_17_12,A_17_3+A_17_13,A_17_4+A_17_14,A_17_5+A_17_15,A_17_6+A_17_16,A_17_7+A_17_17,A_17_8+A_17_18,A_17_9+A_17_19],[A_18_1+A_18_11,A_18_2+A_18_12,A_18_3+A_18_13,A_18_4+A_18_14,A_18_5+A_18_15,A_18_6+A_18_16,A_18_7+A_18_17,A_18_8+A_18_18,A_18_9+A_18_19],[A_19_1+A_19_11,A_19_2+A_19_12,A_19_3+A_19_13,A_19_4+A_19_14,A_19_5+A_19_15,A_19_6+A_19_16,A_19_7+A_19_17,A_19_8+A_19_18,A_19_9+A_19_19]]),Matrix(9, 10, [[B_1_1,B_1_2,B_1_3,B_1_4,B_1_5,B_1_6,B_1_7,B_1_8,B_1_9,B_1_10],[B_2_1,B_2_2,B_2_3,B_2_4,B_2_5,B_2_6,B_2_7,B_2_8,B_2_9,B_2_10],[B_3_1,B_3_2,B_3_3,B_3_4,B_3_5,B_3_6,B_3_7,B_3_8,B_3_9,B_3_10],[B_4_1,B_4_2,B_4_3,B_4_4,B_4_5,B_4_6,B_4_7,B_4_8,B_4_9,B_4_10],[B_5_1,B_5_2,B_5_3,B_5_4,B_5_5,B_5_6,B_5_7,B_5_8,B_5_9,B_5_10],[B_6_1,B_6_2,B_6_3,B_6_4,B_6_5,B_6_6,B_6_7,B_6_8,B_6_9,B_6_10],[B_7_1,B_7_2,B_7_3,B_7_4,B_7_5,B_7_6,B_7_7,B_7_8,B_7_9,B_7_10],[B_8_1,B_8_2,B_8_3,B_8_4,B_8_5,B_8_6,B_8_7,B_8_8,B_8_9,B_8_10],[B_9_1,B_9_2,B_9_3,B_9_4,B_9_5,B_9_6,B_9_7,B_9_8,B_9_9,B_9_10]]),Matrix(10, 10, [[C_1_10-C_11_10,C_1_11-C_11_11,C_1_12-C_11_12,C_1_13-C_11_13,C_1_14-C_11_14,C_1_15-C_11_15,C_1_16-C_11_16,C_1_17-C_11_17,C_1_18-C_11_18,C_1_19-C_11_19],[C_2_10-C_12_10,C_2_11-C_12_11,C_2_12-C_12_12,C_2_13-C_12_13,C_2_14-C_12_14,C_2_15-C_12_15,C_2_16-C_12_16,C_2_17-C_12_17,C_2_18-C_12_18,C_2_19-C_12_19],[C_3_10-C_13_10,C_3_11-C_13_11,C_3_12-C_13_12,C_3_13-C_13_13,C_3_14-C_13_14,C_3_15-C_13_15,C_3_16-C_13_16,C_3_17-C_13_17,C_3_18-C_13_18,C_3_19-C_13_19],[C_4_10-C_14_10,C_4_11-C_14_11,C_4_12-C_14_12,C_4_13-C_14_13,C_4_14-C_14_14,C_4_15-C_14_15,C_4_16-C_14_16,C_4_17-C_14_17,C_4_18-C_14_18,C_4_19-C_14_19],[C_5_10-C_15_10,C_5_11-C_15_11,C_5_12-C_15_12,C_5_13-C_15_13,C_5_14-C_15_14,C_5_15-C_15_15,C_5_16-C_15_16,C_5_17-C_15_17,C_5_18-C_15_18,C_5_19-C_15_19],[C_6_10-C_16_10,C_6_11-C_16_11,C_6_12-C_16_12,C_6_13-C_16_13,C_6_14-C_16_14,C_6_15-C_16_15,C_6_16-C_16_16,C_6_17-C_16_17,C_6_18-C_16_18,C_6_19-C_16_19],[C_7_10-C_17_10,C_7_11-C_17_11,C_7_12-C_17_12,C_7_13-C_17_13,C_7_14-C_17_14,C_7_15-C_17_15,C_7_16-C_17_16,C_7_17-C_17_17,C_7_18-C_17_18,C_7_19-C_17_19],[C_8_10-C_18_10,C_8_11-C_18_11,C_8_12-C_18_12,C_8_13-C_18_13,C_8_14-C_18_14,C_8_15-C_18_15,C_8_16-C_18_16,C_8_17-C_18_17,C_8_18-C_18_18,C_8_19-C_18_19],[C_9_10-C_19_10,C_9_11-C_19_11,C_9_12-C_19_12,C_9_13-C_19_13,C_9_14-C_19_14,C_9_15-C_19_15,C_9_16-C_19_16,C_9_17-C_19_17,C_9_18-C_19_18,C_9_19-C_19_19],[C_10_10-C_20_10,C_10_11-C_20_11,C_10_12-C_20_12,C_10_13-C_20_13,C_10_14-C_20_14,C_10_15-C_20_15,C_10_16-C_20_16,C_10_17-C_20_17,C_10_18-C_20_18,C_10_19-C_20_19]])))

N.B.: for any matrices A, B and C such that the expression Tr(Mul(A,B,C)) is defined, one can construct several trilinear homogeneous polynomials P(A,B,C) such that P(A,B,C)=Tr(Mul(A,B,C)) (P(A,B,C) variables are A,B and C's coefficients). Each trilinear P expression encodes a matrix multiplication algorithm: the coefficient in C_i_j of P(A,B,C) is the (i,j)-th entry of the matrix product Mul(A,B)=Transpose(C).

Algorithm description

These encodings are given in compressed text format using the maple computer algebra system. In each cases, the last line could be understood as a description of the encoding with respect to classical matrix multiplication algorithm. As these outputs are structured, one can construct easily a parser to its favorite format using the maple documentation without this software.


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