]> gitweb.michael.orlitzky.com - sage.d.git/blobdiff - mjo/eja/eja_algebra.py
eja: add two more experimental rank computations.
[sage.d.git] / mjo / eja / eja_algebra.py
index 0ef8bef1ab06bdb7dc08dd5785642f3c46b23369..34fc0c3bc7b1dfe250fd5f7ea5de4fbbc52c66e0 100644 (file)
@@ -794,6 +794,148 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
         return  tuple( self.random_element() for idx in range(count) )
 
 
+    def _rank_computation1(self):
+        r"""
+        Compute the rank of this algebra using highly suspicious voodoo.
+
+        ALGORITHM:
+
+        We first compute the basis representation of the operator L_x
+        using polynomial indeterminates are placeholders for the
+        coordinates of "x", which is arbitrary. We then use that
+        matrix to compute the (polynomial) entries of x^0, x^1, ...,
+        x^d,... for increasing values of "d", starting at zero. The
+        idea is that. If we also add "coefficient variables" a_0,
+        a_1,...  to the ring, we can form the linear combination
+        a_0*x^0 + ... + a_d*x^d = 0, and ask what dimension the
+        solution space has as an affine variety. When "d" is smaller
+        than the rank, we expect that dimension to be the number of
+        coordinates of "x", since we can set *those* to whatever we
+        want, but linear independence forces the coefficients a_i to
+        be zero. Eventually, when "d" passes the rank, the dimension
+        of the solution space begins to grow, because we can *still*
+        set the coordinates of "x" arbitrarily, but now there are some
+        coefficients that make the sum zero as well. So, when the
+        dimension of the variety jumps, we return the corresponding
+        "d" as the rank of the algebra. This appears to work.
+
+        SETUP::
+
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (HadamardEJA,
+            ....:                                  JordanSpinEJA,
+            ....:                                  RealSymmetricEJA,
+            ....:                                  ComplexHermitianEJA,
+            ....:                                  QuaternionHermitianEJA)
+
+        EXAMPLES::
+
+            sage: J = HadamardEJA(5)
+            sage: J._rank_computation() == J.rank()
+            True
+            sage: J = JordanSpinEJA(5)
+            sage: J._rank_computation() == J.rank()
+            True
+            sage: J = RealSymmetricEJA(4)
+            sage: J._rank_computation() == J.rank()
+            True
+            sage: J = ComplexHermitianEJA(3)
+            sage: J._rank_computation() == J.rank()
+            True
+            sage: J = QuaternionHermitianEJA(2)
+            sage: J._rank_computation() == J.rank()
+            True
+
+        """
+        n = self.dimension()
+        var_names = [ "X" + str(z) for z in range(1,n+1) ]
+        d = 0
+        ideal_dim = len(var_names)
+        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[d+k]*self.monomial(k).operator().matrix()[i,j]
+                        for k in range(n) )
+
+        while ideal_dim == len(var_names):
+            coeff_names = [ "a" + str(z) for z in range(d) ]
+            R = PolynomialRing(self.base_ring(), coeff_names + var_names)
+            vars = R.gens()
+            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(d) ]
+            eqs = [ sum(x_powers[k][j] for k in range(d)) for j in range(n) ]
+            ideal_dim = R.ideal(eqs).dimension()
+            d += 1
+
+        # Subtract one because we increment one too many times, and
+        # subtract another one because "d" is one greater than the
+        # answer anyway; when d=3, we go up to x^2.
+        return d-2
+
+    def _rank_computation2(self):
+        r"""
+        Instead of using the dimension of an ideal, find the rank of a
+        matrix containing polynomials.
+        """
+        n = self.dimension()
+        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()).row()
+                     for k in range(n) ]
+
+        from sage.matrix.constructor import block_matrix
+        M = block_matrix(n,1,x_powers)
+        return M.rank()
+
+    def _rank_computation3(self):
+        r"""
+        Similar to :meth:`_rank_computation2`, but it stops echelonizing
+        as soon as it hits the first zero row.
+        """
+        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
+        rows = [x_powers[0]]
+        M = matrix(rows)
+        old_rank = 1
+
+        for d in range(1,n):
+            rows = M.rows() + [x_powers[d]]
+            M = matrix(rows)
+            M.echelonize()
+            new_rank = M.rank()
+            if new_rank == old_rank:
+                return new_rank
+            else:
+                old_rank = new_rank
+
     def rank(self):
         """
         Return the rank of this EJA.