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README: rewrite it, it was rather out-of-date
[sage.d.git] / mjo / cone / cone.py
index c6d26829f32a6efedf927dc542fdcfc453c22e30..b7456e21abc170d6479f9010a2b7ccdd5ab9438d 100644 (file)
-# Sage doesn't load ~/.sage/init.sage during testing (sage -t), so we
-# have to explicitly mangle our sitedir here so that "mjo.cone"
-# resolves.
-from os.path import abspath
-from site import addsitedir
-addsitedir(abspath('../../'))
-
 from sage.all import *
 
+def LL_cone(K):
+    gens = K.lyapunov_like_basis()
+    L = ToricLattice(K.lattice_dim()**2)
+    return Cone(( g.list() for g in gens ), lattice=L, check=False)
 
-def basically_the_same(K1,K2):
-    r"""
-    ``True`` if ``K1`` and ``K2`` are basically the same, and ``False``
-    otherwise. This is intended as a lazy way to check whether or not
-    ``K1`` and ``K2`` are linearly isomorphic (i.e. ``A(K1) == K2`` for
-    some invertible linear transformation ``A``).
-    """
-    if K1.lattice_dim() != K2.lattice_dim():
-        return False
-
-    if K1.nrays() != K2.nrays():
-        return False
-
-    if K1.dim() != K2.dim():
-        return False
-
-    if lineality(K1) != lineality(K2):
-        return False
-
-    if K1.is_solid() != K2.is_solid():
-        return False
-
-    if K1.is_strictly_convex() != K2.is_strictly_convex():
-        return False
-
-    if len(LL(K1)) != len(LL(K2)):
-        return False
-
-    C_of_K1 = discrete_complementarity_set(K1)
-    C_of_K2 = discrete_complementarity_set(K2)
-    if len(C_of_K1) != len(C_of_K2):
-        return False
-
-    if len(K1.facets()) != len(K2.facets()):
-        return False
-
-    return True
-
-
-
-def rho(K, K2=None):
-    r"""
-    Restrict ``K`` into its own span, or the span of another cone.
-
-    INPUT:
-
-    - ``K2`` -- another cone whose lattice has the same rank as this
-                cone.
-
-    OUTPUT:
-
-    A new cone in a sublattice.
-
-    EXAMPLES::
-
-        sage: K = Cone([(1,)])
-        sage: rho(K) == K
-        True
-
-        sage: K2 = Cone([(1,0)])
-        sage: rho(K2).rays()
-        N(1)
-        in 1-d lattice N
-        sage: K3 = Cone([(1,0,0)])
-        sage: rho(K3).rays()
-        N(1)
-        in 1-d lattice N
-        sage: rho(K2) == rho(K3)
-        True
-
-    TESTS:
-
-    The projected cone should always be solid::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim = 8)
-        sage: K_S = rho(K)
-        sage: K_S.is_solid()
-        True
-
-    And the resulting cone should live in a space having the same
-    dimension as the space we restricted it to::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim = 8)
-        sage: K_S = rho(K, K.dual() )
-        sage: K_S.lattice_dim() == K.dual().dim()
-        True
-
-    This function should not affect the dimension of a cone::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim = 8)
-        sage: K.dim() == rho(K).dim()
-        True
-
-    Nor should it affect the lineality of a cone::
+def Sigma_cone(K):
+    gens = K.cross_positive_operators_gens()
+    L = ToricLattice(K.lattice_dim()**2)
+    return Cone(( g.list() for g in gens ), lattice=L, check=False)
 
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim = 8)
-        sage: lineality(K) == lineality(rho(K))
-        True
+def Z_cone(K):
+    gens = K.Z_operators_gens()
+    L = ToricLattice(K.lattice_dim()**2)
+    return Cone(( g.list() for g in gens ), lattice=L, check=False)
 
-    No matter which space we restrict to, the lineality should not
-    increase::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim = 8)
-        sage: lineality(K) >= lineality(rho(K))
-        True
-        sage: lineality(K) >= lineality(rho(K, K.dual()))
-        True
-
-    If we do this according to our paper, then the result is proper::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim = 8, strictly_convex=False, solid=False)
-        sage: K_S = rho(K)
-        sage: K_SP = rho(K_S.dual()).dual()
-        sage: K_SP.is_proper()
-        True
-        sage: K_SP = rho(K_S, K_S.dual())
-        sage: K_SP.is_proper()
-        True
-
-    ::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim = 8, strictly_convex=True, solid=False)
-        sage: K_S = rho(K)
-        sage: K_SP = rho(K_S.dual()).dual()
-        sage: K_SP.is_proper()
-        True
-        sage: K_SP = rho(K_S, K_S.dual())
-        sage: K_SP.is_proper()
-        True
-
-    ::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim = 8, strictly_convex=False, solid=True)
-        sage: K_S = rho(K)
-        sage: K_SP = rho(K_S.dual()).dual()
-        sage: K_SP.is_proper()
-        True
-        sage: K_SP = rho(K_S, K_S.dual())
-        sage: K_SP.is_proper()
-        True
-
-    ::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim = 8, strictly_convex=True, solid=True)
-        sage: K_S = rho(K)
-        sage: K_SP = rho(K_S.dual()).dual()
-        sage: K_SP.is_proper()
-        True
-        sage: K_SP = rho(K_S, K_S.dual())
-        sage: K_SP.is_proper()
-        True
-
-    Test the proposition in our paper concerning the duals and
-    restrictions. Generate a random cone, then create a subcone of
-    it. The operation of dual-taking should then commute with rho::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: J = random_cone(max_dim = 8, solid=False, strictly_convex=False)
-        sage: K = Cone(random_sublist(J.rays(), 0.5), lattice=J.lattice())
-        sage: K_W = rho(K, J)
-        sage: K_star_W_star = rho(K.dual(), J).dual()
-        sage: basically_the_same(K_W, K_star_W_star)
-        True
-
-    ::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: J = random_cone(max_dim = 8, solid=True, strictly_convex=False)
-        sage: K = Cone(random_sublist(J.rays(), 0.5), lattice=J.lattice())
-        sage: K_W = rho(K, J)
-        sage: K_star_W_star = rho(K.dual(), J).dual()
-        sage: basically_the_same(K_W, K_star_W_star)
-        True
-
-    ::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: J = random_cone(max_dim = 8, solid=False, strictly_convex=True)
-        sage: K = Cone(random_sublist(J.rays(), 0.5), lattice=J.lattice())
-        sage: K_W = rho(K, J)
-        sage: K_star_W_star = rho(K.dual(), J).dual()
-        sage: basically_the_same(K_W, K_star_W_star)
-        True
-
-    ::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: J = random_cone(max_dim = 8, solid=True, strictly_convex=True)
-        sage: K = Cone(random_sublist(J.rays(), 0.5), lattice=J.lattice())
-        sage: K_W = rho(K, J)
-        sage: K_star_W_star = rho(K.dual(), J).dual()
-        sage: basically_the_same(K_W, K_star_W_star)
-        True
-
-    """
+def pi_cone(K1, K2=None):
     if K2 is None:
-        K2 = K
-
-    # First we project K onto the span of K2. This will explode if the
-    # rank of ``K2.lattice()`` doesn't match ours.
-    span_K2 = Cone(K2.rays() + (-K2).rays(), lattice=K.lattice())
-    K = K.intersection(span_K2)
-
-    # Cheat a little to get the subspace span(K2). The paper uses the
-    # rays of K2 as a basis, but everything is invariant under linear
-    # isomorphism (i.e. a change of basis), and this is a little
-    # faster.
-    W = span_K2.linear_subspace()
-
-    # We've already intersected K with the span of K2, so every
-    # generator of K should belong to W now.
-    W_rays = [ W.coordinate_vector(r) for r in K.rays() ]
-
-    L = ToricLattice(K2.dim())
-    return Cone(W_rays, lattice=L)
-
-
-
-def lineality(K):
-    r"""
-    Compute the lineality of this cone.
-
-    The lineality of a cone is the dimension of the largest linear
-    subspace contained in that cone.
-
-    OUTPUT:
-
-    A nonnegative integer; the dimension of the largest subspace
-    contained within this cone.
-
-    REFERENCES:
-
-    .. [Rockafellar] R.T. Rockafellar. Convex Analysis. Princeton
-       University Press, Princeton, 1970.
-
-    EXAMPLES:
-
-    The lineality of the nonnegative orthant is zero, since it clearly
-    contains no lines::
-
-        sage: K = Cone([(1,0,0), (0,1,0), (0,0,1)])
-        sage: lineality(K)
-        0
-
-    However, if we add another ray so that the entire `x`-axis belongs
-    to the cone, then the resulting cone will have lineality one::
-
-        sage: K = Cone([(1,0,0), (-1,0,0), (0,1,0), (0,0,1)])
-        sage: lineality(K)
-        1
-
-    If our cone is all of `\mathbb{R}^{2}`, then its lineality is equal
-    to the dimension of the ambient space (i.e. two)::
-
-        sage: K = Cone([(1,0), (-1,0), (0,1), (0,-1)])
-        sage: lineality(K)
-        2
-
-    Per the definition, the lineality of the trivial cone in a trivial
-    space is zero::
-
-        sage: K = Cone([], lattice=ToricLattice(0))
-        sage: lineality(K)
-        0
-
-    TESTS:
-
-    The lineality of a cone should be an integer between zero and the
-    dimension of the ambient space, inclusive::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim = 8)
-        sage: l = lineality(K)
-        sage: l in ZZ
-        True
-        sage: (0 <= l) and (l <= K.lattice_dim())
-        True
-
-    A strictly convex cone should have lineality zero::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim = 8, strictly_convex = True)
-        sage: lineality(K)
-        0
-
-    """
-    return K.linear_subspace().dimension()
-
-
-def codim(K):
-    r"""
-    Compute the codimension of this cone.
-
-    The codimension of a cone is the dimension of the space of all
-    elements perpendicular to every element of the cone. In other words,
-    the codimension is the difference between the dimension of the
-    ambient space and the dimension of the cone itself.
-
-    OUTPUT:
-
-    A nonnegative integer representing the dimension of the space of all
-    elements perpendicular to this cone.
-
-    .. seealso::
-
-        :meth:`dim`, :meth:`lattice_dim`
-
-    EXAMPLES:
-
-    The codimension of the nonnegative orthant is zero, since the span of
-    its generators equals the entire ambient space::
-
-        sage: K = Cone([(1,0,0), (0,1,0), (0,0,1)])
-        sage: codim(K)
-        0
-
-    However, if we remove a ray so that the entire cone is contained
-    within the `x-y`-plane, then the resulting cone will have
-    codimension one, because the `z`-axis is perpendicular to every
-    element of the cone::
-
-        sage: K = Cone([(1,0,0), (0,1,0)])
-        sage: codim(K)
-        1
-
-    If our cone is all of `\mathbb{R}^{2}`, then its codimension is zero::
-
-        sage: K = Cone([(1,0), (-1,0), (0,1), (0,-1)])
-        sage: codim(K)
-        0
-
-    And if the cone is trivial in any space, then its codimension is
-    equal to the dimension of the ambient space::
-
-        sage: K = Cone([], lattice=ToricLattice(0))
-        sage: K.lattice_dim()
-        0
-        sage: codim(K)
-        0
-
-        sage: K = Cone([(0,)])
-        sage: K.lattice_dim()
-        1
-        sage: codim(K)
-        1
-
-        sage: K = Cone([(0,0)])
-        sage: K.lattice_dim()
-        2
-        sage: codim(K)
-        2
-
-    TESTS:
-
-    The codimension of a cone should be an integer between zero and
-    the dimension of the ambient space, inclusive::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim = 8)
-        sage: c = codim(K)
-        sage: c in ZZ
-        True
-        sage: (0 <= c) and (c <= K.lattice_dim())
-        True
-
-    A solid cone should have codimension zero::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim = 8, solid = True)
-        sage: codim(K)
-        0
-
-    The codimension of a cone is equal to the lineality of its dual::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim = 8, solid = True)
-        sage: codim(K) == lineality(K.dual())
-        True
-
-    """
-    return (K.lattice_dim() - K.dim())
-
-
-def discrete_complementarity_set(K):
-    r"""
-    Compute the discrete complementarity set of this cone.
-
-    The complementarity set of this cone is the set of all orthogonal
-    pairs `(x,s)` such that `x` is in this cone, and `s` is in its
-    dual. The discrete complementarity set restricts `x` and `s` to be
-    generators of their respective cones.
-
-    OUTPUT:
-
-    A list of pairs `(x,s)` such that,
-
-      * `x` is a generator of this cone.
-      * `s` is a generator of this cone's dual.
-      * `x` and `s` are orthogonal.
-
-    EXAMPLES:
-
-    The discrete complementarity set of the nonnegative orthant consists
-    of pairs of standard basis vectors::
-
-        sage: K = Cone([(1,0),(0,1)])
-        sage: discrete_complementarity_set(K)
-        [((1, 0), (0, 1)), ((0, 1), (1, 0))]
-
-    If the cone consists of a single ray, the second components of the
-    discrete complementarity set should generate the orthogonal
-    complement of that ray::
-
-        sage: K = Cone([(1,0)])
-        sage: discrete_complementarity_set(K)
-        [((1, 0), (0, 1)), ((1, 0), (0, -1))]
-        sage: K = Cone([(1,0,0)])
-        sage: discrete_complementarity_set(K)
-        [((1, 0, 0), (0, 1, 0)),
-          ((1, 0, 0), (0, -1, 0)),
-          ((1, 0, 0), (0, 0, 1)),
-          ((1, 0, 0), (0, 0, -1))]
-
-    When the cone is the entire space, its dual is the trivial cone, so
-    the discrete complementarity set is empty::
-
-        sage: K = Cone([(1,0),(-1,0),(0,1),(0,-1)])
-        sage: discrete_complementarity_set(K)
-        []
-
-    TESTS:
-
-    The complementarity set of the dual can be obtained by switching the
-    components of the complementarity set of the original cone::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K1 = random_cone(max_dim=6)
-        sage: K2 = K1.dual()
-        sage: expected = [(x,s) for (s,x) in discrete_complementarity_set(K2)]
-        sage: actual = discrete_complementarity_set(K1)
-        sage: sorted(actual) == sorted(expected)
-        True
-
-    """
-    V = K.lattice().vector_space()
-
-    # Convert the rays to vectors so that we can compute inner
-    # products.
-    xs = [V(x) for x in K.rays()]
-    ss = [V(s) for s in K.dual().rays()]
-
-    return [(x,s) for x in xs for s in ss if x.inner_product(s) == 0]
-
-
-def LL(K):
-    r"""
-    Compute the space `\mathbf{LL}` of all Lyapunov-like transformations
-    on this cone.
-
-    OUTPUT:
-
-    A list of matrices forming a basis for the space of all
-    Lyapunov-like transformations on the given cone.
-
-    EXAMPLES:
-
-    The trivial cone has no Lyapunov-like transformations::
-
-        sage: L = ToricLattice(0)
-        sage: K = Cone([], lattice=L)
-        sage: LL(K)
-        []
-
-    The Lyapunov-like transformations on the nonnegative orthant are
-    simply diagonal matrices::
-
-        sage: K = Cone([(1,)])
-        sage: LL(K)
-        [[1]]
-
-        sage: K = Cone([(1,0),(0,1)])
-        sage: LL(K)
-        [
-        [1 0]  [0 0]
-        [0 0], [0 1]
-        ]
-
-        sage: K = Cone([(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)])
-        sage: LL(K)
-        [
-        [1 0 0]  [0 0 0]  [0 0 0]
-        [0 0 0]  [0 1 0]  [0 0 0]
-        [0 0 0], [0 0 0], [0 0 1]
-        ]
-
-    Only the identity matrix is Lyapunov-like on the `L^{3}_{1}` and
-    `L^{3}_{\infty}` cones [Rudolf et al.]_::
-
-        sage: L31 = Cone([(1,0,1), (0,-1,1), (-1,0,1), (0,1,1)])
-        sage: LL(L31)
-        [
-        [1 0 0]
-        [0 1 0]
-        [0 0 1]
-        ]
-
-        sage: L3infty = Cone([(0,1,1), (1,0,1), (0,-1,1), (-1,0,1)])
-        sage: LL(L3infty)
-        [
-        [1 0 0]
-        [0 1 0]
-        [0 0 1]
-        ]
-
-    If our cone is the entire space, then every transformation on it is
-    Lyapunov-like::
-
-        sage: K = Cone([(1,0), (-1,0), (0,1), (0,-1)])
-        sage: M = MatrixSpace(QQ,2)
-        sage: M.basis() == LL(K)
-        True
-
-    TESTS:
-
-    The inner product `\left< L\left(x\right), s \right>` is zero for
-    every pair `\left( x,s \right)` in the discrete complementarity set
-    of the cone::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim=8)
-        sage: C_of_K = discrete_complementarity_set(K)
-        sage: l = [ (L*x).inner_product(s) for (x,s) in C_of_K for L in LL(K) ]
-        sage: sum(map(abs, l))
-        0
-
-    The Lyapunov-like transformations on a cone and its dual are related
-    by transposition, but we're not guaranteed to compute transposed
-    elements of `LL\left( K \right)` as our basis for `LL\left( K^{*}
-    \right)`
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim=8)
-        sage: LL2 = [ L.transpose() for L in LL(K.dual()) ]
-        sage: V = VectorSpace( K.lattice().base_field(), K.lattice_dim()^2)
-        sage: LL1_vecs = [ V(m.list()) for m in LL(K) ]
-        sage: LL2_vecs = [ V(m.list()) for m in LL2   ]
-        sage: V.span(LL1_vecs) == V.span(LL2_vecs)
-        True
-
-    """
-    V = K.lattice().vector_space()
-
-    C_of_K = discrete_complementarity_set(K)
-
-    tensor_products = [ s.tensor_product(x) for (x,s) in C_of_K ]
-
-    # Sage doesn't think matrices are vectors, so we have to convert
-    # our matrices to vectors explicitly before we can figure out how
-    # many are linearly-indepenedent.
-    #
-    # The space W has the same base ring as V, but dimension
-    # dim(V)^2. So it has the same dimension as the space of linear
-    # transformations on V. In other words, it's just the right size
-    # to create an isomorphism between it and our matrices.
-    W = VectorSpace(V.base_ring(), V.dimension()**2)
-
-    # Turn our matrices into long vectors...
-    vectors = [ W(m.list()) for m in tensor_products ]
-
-    # Vector space representation of Lyapunov-like matrices
-    # (i.e. vec(L) where L is Luapunov-like).
-    LL_vector = W.span(vectors).complement()
-
-    # Now construct an ambient MatrixSpace in which to stick our
-    # transformations.
-    M = MatrixSpace(V.base_ring(), V.dimension())
-
-    matrix_basis = [ M(v.list()) for v in LL_vector.basis() ]
-
-    return matrix_basis
-
-
-
-def lyapunov_rank(K):
-    r"""
-    Compute the Lyapunov (or bilinearity) rank of this cone.
-
-    The Lyapunov rank of a cone can be thought of in (mainly) two ways:
-
-    1. The dimension of the Lie algebra of the automorphism group of the
-       cone.
-
-    2. The dimension of the linear space of all Lyapunov-like
-       transformations on the cone.
-
-    INPUT:
-
-    A closed, convex polyhedral cone.
-
-    OUTPUT:
-
-    An integer representing the Lyapunov rank of the cone. If the
-    dimension of the ambient vector space is `n`, then the Lyapunov rank
-    will be between `1` and `n` inclusive; however a rank of `n-1` is
-    not possible (see the first reference).
-
-    .. note::
-
-        In the references, the cones are always assumed to be proper. We
-        do not impose this restriction.
-
-    .. seealso::
-
-        :meth:`is_proper`
-
-    ALGORITHM:
-
-    The codimension formula from the second reference is used. We find
-    all pairs `(x,s)` in the complementarity set of `K` such that `x`
-    and `s` are rays of our cone. It is known that these vectors are
-    sufficient to apply the codimension formula. Once we have all such
-    pairs, we "brute force" the codimension formula by finding all
-    linearly-independent `xs^{T}`.
-
-    REFERENCES:
-
-    .. [Gowda/Tao] M.S. Gowda and J. Tao. On the bilinearity rank of a proper
-       cone and Lyapunov-like transformations, Mathematical Programming, 147
-       (2014) 155-170.
-
-    .. [Orlitzky/Gowda] M. Orlitzky and M. S. Gowda. The Lyapunov Rank of an
-       Improper Cone. Work in-progress.
-
-    .. [Rudolf et al.] G. Rudolf, N. Noyan, D. Papp, and F. Alizadeh, Bilinear
-       optimality constraints for the cone of positive polynomials,
-       Mathematical Programming, Series B, 129 (2011) 5-31.
-
-    EXAMPLES:
-
-    The nonnegative orthant in `\mathbb{R}^{n}` always has rank `n`
-    [Rudolf et al.]_::
-
-        sage: positives = Cone([(1,)])
-        sage: lyapunov_rank(positives)
-        1
-        sage: quadrant = Cone([(1,0), (0,1)])
-        sage: lyapunov_rank(quadrant)
-        2
-       sage: octant = Cone([(1,0,0), (0,1,0), (0,0,1)])
-        sage: lyapunov_rank(octant)
-        3
-
-    The full space `\mathbb{R}^{n}` has Lyapunov rank `n^{2}`
-    [Orlitzky/Gowda]_::
-
-        sage: R5 = VectorSpace(QQ, 5)
-        sage: gs = R5.basis() + [ -r for r in R5.basis() ]
-        sage: K = Cone(gs)
-        sage: lyapunov_rank(K)
-        25
-
-    The `L^{3}_{1}` cone is known to have a Lyapunov rank of one
-    [Rudolf et al.]_::
-
-        sage: L31 = Cone([(1,0,1), (0,-1,1), (-1,0,1), (0,1,1)])
-        sage: lyapunov_rank(L31)
-        1
-
-    Likewise for the `L^{3}_{\infty}` cone [Rudolf et al.]_::
-
-        sage: L3infty = Cone([(0,1,1), (1,0,1), (0,-1,1), (-1,0,1)])
-        sage: lyapunov_rank(L3infty)
-        1
-
-    A single ray in `n` dimensions should have Lyapunov rank `n^{2} - n
-    + 1` [Orlitzky/Gowda]_::
-
-        sage: K = Cone([(1,0,0,0,0)])
-        sage: lyapunov_rank(K)
-        21
-        sage: K.lattice_dim()**2 - K.lattice_dim() + 1
-        21
-
-    A subspace (of dimension `m`) in `n` dimensions should have a
-    Lyapunov rank of `n^{2} - m\left(n - m)` [Orlitzky/Gowda]_::
-
-        sage: e1 = (1,0,0,0,0)
-        sage: neg_e1 = (-1,0,0,0,0)
-        sage: e2 = (0,1,0,0,0)
-        sage: neg_e2 = (0,-1,0,0,0)
-        sage: z = (0,0,0,0,0)
-        sage: K = Cone([e1, neg_e1, e2, neg_e2, z, z, z])
-        sage: lyapunov_rank(K)
-        19
-        sage: K.lattice_dim()**2 - K.dim()*codim(K)
-        19
-
-    The Lyapunov rank should be additive on a product of proper cones
-    [Rudolf et al.]_::
-
-        sage: L31 = Cone([(1,0,1), (0,-1,1), (-1,0,1), (0,1,1)])
-        sage: octant = Cone([(1,0,0), (0,1,0), (0,0,1)])
-        sage: K = L31.cartesian_product(octant)
-        sage: lyapunov_rank(K) == lyapunov_rank(L31) + lyapunov_rank(octant)
-        True
-
-    Two isomorphic cones should have the same Lyapunov rank [Rudolf et al.]_.
-    The cone ``K`` in the following example is isomorphic to the nonnegative
-    octant in `\mathbb{R}^{3}`::
-
-        sage: K = Cone([(1,2,3), (-1,1,0), (1,0,6)])
-        sage: lyapunov_rank(K)
-        3
-
-    The dual cone `K^{*}` of ``K`` should have the same Lyapunov rank as ``K``
-    itself [Rudolf et al.]_::
-
-        sage: K = Cone([(2,2,4), (-1,9,0), (2,0,6)])
-        sage: lyapunov_rank(K) == lyapunov_rank(K.dual())
-        True
-
-    TESTS:
-
-    The Lyapunov rank should be additive on a product of proper cones
-    [Rudolf et al.]_::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K1 = random_cone(max_dim=8, strictly_convex=True, solid=True)
-        sage: K2 = random_cone(max_dim=8, strictly_convex=True, solid=True)
-        sage: K = K1.cartesian_product(K2)
-        sage: lyapunov_rank(K) == lyapunov_rank(K1) + lyapunov_rank(K2)
-        True
-
-    The dual cone `K^{*}` of ``K`` should have the same Lyapunov rank as ``K``
-    itself [Rudolf et al.]_::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim=8)
-        sage: lyapunov_rank(K) == lyapunov_rank(K.dual())
-        True
-
-    Make sure we exercise the non-strictly-convex/non-solid case::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim=8, strictly_convex=False, solid=False)
-        sage: lyapunov_rank(K) == lyapunov_rank(K.dual())
-        True
-
-    Let's check the other permutations as well, just to be sure::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim=8, strictly_convex=False, solid=True)
-        sage: lyapunov_rank(K) == lyapunov_rank(K.dual())
-        True
-
-    ::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim=8, strictly_convex=True, solid=False)
-        sage: lyapunov_rank(K) == lyapunov_rank(K.dual())
-        True
-
-    ::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim=8, strictly_convex=True, solid=True)
-        sage: lyapunov_rank(K) == lyapunov_rank(K.dual())
-        True
-
-    The Lyapunov rank of a proper polyhedral cone in `n` dimensions can
-    be any number between `1` and `n` inclusive, excluding `n-1`
-    [Gowda/Tao]_. By accident, the `n-1` restriction will hold for the
-    trivial cone in a trivial space as well. However, in zero dimensions,
-    the Lyapunov rank of the trivial cone will be zero::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim=8, strictly_convex=True, solid=True)
-        sage: b = lyapunov_rank(K)
-        sage: n = K.lattice_dim()
-        sage: (n == 0 or 1 <= b) and b <= n
-        True
-        sage: b == n-1
-        False
-
-    In fact [Orlitzky/Gowda]_, no closed convex polyhedral cone can have
-    Lyapunov rank `n-1` in `n` dimensions::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim=8)
-        sage: b = lyapunov_rank(K)
-        sage: n = K.lattice_dim()
-        sage: b == n-1
-        False
-
-    The calculation of the Lyapunov rank of an improper cone can be
-    reduced to that of a proper cone [Orlitzky/Gowda]_::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim=8)
-        sage: actual = lyapunov_rank(K)
-        sage: K_S = rho(K)
-        sage: K_SP = rho(K_S.dual()).dual()
-        sage: l = lineality(K)
-        sage: c = codim(K)
-        sage: expected = lyapunov_rank(K_SP) + K.dim()*(l + c) + c**2
-        sage: actual == expected
-        True
-
-    The Lyapunov rank of a proper cone is just the dimension of ``LL(K)``::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim=8, strictly_convex=True, solid=True)
-        sage: lyapunov_rank(K) == len(LL(K))
-        True
-
-    In fact the same can be said of any cone. These additional tests
-    just increase our confidence that the reduction scheme works::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim=8, strictly_convex=True, solid=False)
-        sage: lyapunov_rank(K) == len(LL(K))
-        True
-
-    ::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim=8, strictly_convex=False, solid=True)
-        sage: lyapunov_rank(K) == len(LL(K))
-        True
-
-    ::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_dim=8, strictly_convex=False, solid=False)
-        sage: lyapunov_rank(K) == len(LL(K))
-        True
-
-    """
-    beta = 0
-
-    m = K.dim()
-    n = K.lattice_dim()
-    l = lineality(K)
-
-    if m < n:
-        # K is not solid, restrict to its span.
-        K = rho(K)
-
-        # Lemma 2
-        beta += m*(n - m) + (n - m)**2
-
-    if l > 0:
-        # K is not pointed, restrict to the span of its dual. Uses a
-        # proposition from our paper, i.e. this is equivalent to K =
-        # rho(K.dual()).dual().
-        K = rho(K, K.dual())
-
-        # Lemma 3
-        beta += m * l
-
-    beta += len(LL(K))
-    return beta
+        K2 = K1
+    gens = K1.positive_operators_gens(K2)
+    L = ToricLattice(K1.lattice_dim()*K2.lattice_dim())
+    return Cone(( g.list() for g in gens ), lattice=L, check=False)