]> gitweb.michael.orlitzky.com - sage.d.git/blobdiff - mjo/eja/eja_algebra.py
eja: fix tests and pre-cache ranks.
[sage.d.git] / mjo / eja / eja_algebra.py
index 0ef8bef1ab06bdb7dc08dd5785642f3c46b23369..19db8b0ccefef297623d81721d4a774f99a9d3d1 100644 (file)
@@ -54,7 +54,6 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
     def __init__(self,
                  field,
                  mult_table,
-                 rank,
                  prefix='e',
                  category=None,
                  natural_basis=None,
@@ -91,7 +90,6 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
                 # a real embedding.
                 raise ValueError('field is not real')
 
-        self._rank = rank
         self._natural_basis = natural_basis
 
         if category is None:
@@ -791,23 +789,26 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             True
 
         """
-        return  tuple( self.random_element() for idx in range(count) )
-
+        return tuple( self.random_element() for idx in range(count) )
 
+    @cached_method
     def rank(self):
         """
         Return the rank of this EJA.
 
         ALGORITHM:
 
-        The author knows of no algorithm to compute the rank of an EJA
-        where only the multiplication table is known. In lieu of one, we
-        require the rank to be specified when the algebra is created,
-        and simply pass along that number here.
+        We first compute the polynomial "column matrices" `p_{k}` that
+        evaluate to `x^k` on the coordinates of `x`. Then, we begin
+        adding them to a matrix one at a time, and trying to solve the
+        system that makes `p_{0}`,`p_{1}`,..., `p_{s-1}` add up to
+        `p_{s}`. This will succeed only when `s` is the rank of the
+        algebra, as proven in a recent draft paper of mine.
 
         SETUP::
 
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (JordanSpinEJA,
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (HadamardEJA,
+            ....:                                  JordanSpinEJA,
             ....:                                  RealSymmetricEJA,
             ....:                                  ComplexHermitianEJA,
             ....:                                  QuaternionHermitianEJA,
@@ -848,8 +849,80 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             sage: r > 0 or (r == 0 and J.is_trivial())
             True
 
+        Ensure that computing the rank actually works, since the ranks
+        of all simple algebras are known and will be cached by default::
+
+            sage: J = HadamardEJA(4)
+            sage: J.rank.clear_cache()
+            sage: J.rank()
+            4
+
+        ::
+
+            sage: J = JordanSpinEJA(4)
+            sage: J.rank.clear_cache()
+            sage: J.rank()
+            2
+
+        ::
+
+            sage: J = RealSymmetricEJA(3)
+            sage: J.rank.clear_cache()
+            sage: J.rank()
+            3
+
+        ::
+
+            sage: J = ComplexHermitianEJA(2)
+            sage: J.rank.clear_cache()
+            sage: J.rank()
+            2
+
+        ::
+
+            sage: J = QuaternionHermitianEJA(2)
+            sage: J.rank.clear_cache()
+            sage: J.rank()
+            2
+
         """
-        return self._rank
+        n = self.dimension()
+        if n == 0:
+            return 0
+        elif n == 1:
+            return 1
+
+        var_names = [ "X" + str(z) for z in range(1,n+1) ]
+        R = PolynomialRing(self.base_ring(), var_names)
+        vars = R.gens()
+
+        def L_x_i_j(i,j):
+            # From a result in my book, these are the entries of the
+            # basis representation of L_x.
+            return sum( vars[k]*self.monomial(k).operator().matrix()[i,j]
+                        for k in range(n) )
+
+        L_x = matrix(R, n, n, L_x_i_j)
+        x_powers = [ vars[k]*(L_x**k)*self.one().to_vector()
+                     for k in range(n) ]
+
+        # Can assume n >= 2
+        M = matrix([x_powers[0]])
+        old_rank = 1
+
+        for d in range(1,n):
+            M = matrix(M.rows() + [x_powers[d]])
+            M.echelonize()
+            # TODO: we've basically solved the system here.
+            # We should save the echelonized matrix somehow
+            # so that it can be reused in the charpoly method.
+            new_rank = M.rank()
+            if new_rank == old_rank:
+                return new_rank
+            else:
+                old_rank = new_rank
+
+        return n
 
 
     def vector_space(self):
@@ -973,7 +1046,8 @@ class HadamardEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):
                        for i in range(n) ]
 
         fdeja = super(HadamardEJA, self)
-        return fdeja.__init__(field, mult_table, rank=n, **kwargs)
+        fdeja.__init__(field, mult_table, **kwargs)
+        self.rank.set_cache(n)
 
     def inner_product(self, x, y):
         """
@@ -1032,7 +1106,7 @@ class MatrixEuclideanJordanAlgebra(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
         # field can have dimension 4 (quaternions) too.
         return 2
 
-    def __init__(self, field, basis, rank, normalize_basis=True, **kwargs):
+    def __init__(self, field, basis, normalize_basis=True, **kwargs):
         """
         Compared to the superclass constructor, we take a basis instead of
         a multiplication table because the latter can be computed in terms
@@ -1045,7 +1119,7 @@ class MatrixEuclideanJordanAlgebra(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
         # time to ensure that it isn't a generator expression.
         basis = tuple(basis)
 
-        if rank > 1 and normalize_basis:
+        if len(basis) > 1 and normalize_basis:
             # We'll need sqrt(2) to normalize the basis, and this
             # winds up in the multiplication table, so the whole
             # algebra needs to be over the field extension.
@@ -1062,12 +1136,31 @@ class MatrixEuclideanJordanAlgebra(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
         Qs = self.multiplication_table_from_matrix_basis(basis)
 
         fdeja = super(MatrixEuclideanJordanAlgebra, self)
-        return fdeja.__init__(field,
-                              Qs,
-                              rank=rank,
-                              natural_basis=basis,
-                              **kwargs)
+        fdeja.__init__(field, Qs, natural_basis=basis, **kwargs)
+        return
+
 
+    @cached_method
+    def rank(self):
+        r"""
+        Override the parent method with something that tries to compute
+        over a faster (non-extension) field.
+        """
+        if self._basis_normalizers is None:
+            # We didn't normalize, so assume that the basis we started
+            # with had entries in a nice field.
+            return super(MatrixEuclideanJordanAlgebra, self).rank()
+        else:
+            basis = ( (b/n) for (b,n) in zip(self.natural_basis(),
+                                             self._basis_normalizers) )
+
+            # Do this over the rationals and convert back at the end.
+            # Only works because we know the entries of the basis are
+            # integers.
+            J = MatrixEuclideanJordanAlgebra(QQ,
+                                             basis,
+                                             normalize_basis=False)
+            return J.rank()
 
     @cached_method
     def _charpoly_coeff(self, i):
@@ -1086,7 +1179,6 @@ class MatrixEuclideanJordanAlgebra(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
             # Do this over the rationals and convert back at the end.
             J = MatrixEuclideanJordanAlgebra(QQ,
                                              basis,
-                                             self.rank(),
                                              normalize_basis=False)
             (_,x,_,_) = J._charpoly_matrix_system()
             p = J._charpoly_coeff(i)
@@ -1315,7 +1407,8 @@ class RealSymmetricEJA(RealMatrixEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):
 
     def __init__(self, n, field=AA, **kwargs):
         basis = self._denormalized_basis(n, field)
-        super(RealSymmetricEJA, self).__init__(field, basis, n, **kwargs)
+        super(RealSymmetricEJA, self).__init__(field, basis, **kwargs)
+        self.rank.set_cache(n)
 
 
 class ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
@@ -1605,7 +1698,8 @@ class ComplexHermitianEJA(ComplexMatrixEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):
 
     def __init__(self, n, field=AA, **kwargs):
         basis = self._denormalized_basis(n,field)
-        super(ComplexHermitianEJA,self).__init__(field, basis, n, **kwargs)
+        super(ComplexHermitianEJA,self).__init__(field, basis, **kwargs)
+        self.rank.set_cache(n)
 
 
 class QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra(MatrixEuclideanJordanAlgebra):
@@ -1901,7 +1995,8 @@ class QuaternionHermitianEJA(QuaternionMatrixEuclideanJordanAlgebra,
 
     def __init__(self, n, field=AA, **kwargs):
         basis = self._denormalized_basis(n,field)
-        super(QuaternionHermitianEJA,self).__init__(field, basis, n, **kwargs)
+        super(QuaternionHermitianEJA,self).__init__(field, basis, **kwargs)
+        self.rank.set_cache(n)
 
 
 class BilinearFormEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):
@@ -1984,7 +2079,8 @@ class BilinearFormEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):
         # one-dimensional ambient space (because the rank is bounded
         # by the ambient dimension).
         fdeja = super(BilinearFormEJA, self)
-        return fdeja.__init__(field, mult_table, rank=min(n,2), **kwargs)
+        fdeja.__init__(field, mult_table, **kwargs)
+        self.rank.set_cache(min(n,2))
 
     def inner_product(self, x, y):
         r"""
@@ -2112,4 +2208,5 @@ class TrivialEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):
         fdeja = super(TrivialEJA, self)
         # The rank is zero using my definition, namely the dimension of the
         # largest subalgebra generated by any element.
-        return fdeja.__init__(field, mult_table, rank=0, **kwargs)
+        fdeja.__init__(field, mult_table, **kwargs)
+        self.rank.set_cache(0)