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eja: handle tuples in parent algebras rather than in subclasses.
[sage.d.git] / mjo / eja / eja_algebra.py
index 99cf0d0d078851ec49391c9c2f290716e6e42e22..811850586f21048aba1ed07292eaf51f15350fe1 100644 (file)
@@ -31,10 +31,9 @@ from sage.modules.free_module import FreeModule, VectorSpace
 from sage.rings.all import (ZZ, QQ, AA, QQbar, RR, RLF, CLF,
                             PolynomialRing,
                             QuadraticField)
-from mjo.eja.eja_element import (CartesianProductEJAElement,
-                                 FiniteDimensionalEJAElement)
+from mjo.eja.eja_element import FiniteDimensionalEJAElement
 from mjo.eja.eja_operator import FiniteDimensionalEJAOperator
-from mjo.eja.eja_utils import _mat2vec
+from mjo.eja.eja_utils import _all2list, _mat2vec
 
 class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
     r"""
@@ -76,6 +75,18 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
                  check_axioms=True,
                  prefix='e'):
 
+        # Keep track of whether or not the matrix basis consists of
+        # tuples, since we need special cases for them damned near
+        # everywhere.  This is INDEPENDENT of whether or not the
+        # algebra is a cartesian product, since a subalgebra of a
+        # cartesian product will have a basis of tuples, but will not
+        # in general itself be a cartesian product algebra.
+        self._matrix_basis_is_cartesian = False
+        n = len(basis)
+        if n > 0:
+            if hasattr(basis[0], 'cartesian_factors'):
+                self._matrix_basis_is_cartesian = True
+
         if check_field:
             if not field.is_subring(RR):
                 # Note: this does return true for the real algebraic
@@ -89,7 +100,13 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
             # The field for a cartesian product algebra comes from one
             # of its factors and is the same for all factors, so
             # there's no need to "reapply" it on product algebras.
-            basis = tuple( b.change_ring(field) for b in basis )
+            if self._matrix_basis_is_cartesian:
+                # OK since if n == 0, the basis does not consist of tuples.
+                P = basis[0].parent()
+                basis = tuple( P(tuple(b_i.change_ring(field) for b_i in b))
+                               for b in basis )
+            else:
+                basis = tuple( b.change_ring(field) for b in basis )
 
 
         if check_axioms:
@@ -118,12 +135,12 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
 
         # Call the superclass constructor so that we can use its from_vector()
         # method to build our multiplication table.
-        n = len(basis)
-        super().__init__(field,
-                         range(n),
-                         prefix=prefix,
-                         category=category,
-                         bracket=False)
+        CombinatorialFreeModule.__init__(self,
+                                         field,
+                                         range(n),
+                                         prefix=prefix,
+                                         category=category,
+                                         bracket=False)
 
         # Now comes all of the hard work. We'll be constructing an
         # ambient vector space V that our (vectorized) basis lives in,
@@ -132,17 +149,9 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         # we see in things like x = 1*e1 + 2*e2.
         vector_basis = basis
 
-        def flatten(b):
-            # flatten a vector, matrix, or cartesian product of those
-            # things into a long list.
-            if cartesian_product:
-                return sum(( b_i.list() for b_i in b ), [])
-            else:
-                return b.list()
-
         degree = 0
         if n > 0:
-            degree = len(flatten(basis[0]))
+            degree = len(_all2list(basis[0]))
 
         # Build an ambient space that fits our matrix basis when
         # written out as "long vectors."
@@ -156,7 +165,7 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
             # Save a copy of the un-orthonormalized basis for later.
             # Convert it to ambient V (vector) coordinates while we're
             # at it, because we'd have to do it later anyway.
-            deortho_vector_basis = tuple( V(flatten(b)) for b in basis )
+            deortho_vector_basis = tuple( V(_all2list(b)) for b in basis )
 
             from mjo.eja.eja_utils import gram_schmidt
             basis = tuple(gram_schmidt(basis, inner_product))
@@ -168,7 +177,7 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         # Now create the vector space for the algebra, which will have
         # its own set of non-ambient coordinates (in terms of the
         # supplied basis).
-        vector_basis = tuple( V(flatten(b)) for b in basis )
+        vector_basis = tuple( V(_all2list(b)) for b in basis )
         W = V.span_of_basis( vector_basis, check=check_axioms)
 
         if orthonormalize:
@@ -200,7 +209,7 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
                 # The jordan product returns a matrixy answer, so we
                 # have to convert it to the algebra coordinates.
                 elt = jordan_product(q_i, q_j)
-                elt = W.coordinate_vector(V(flatten(elt)))
+                elt = W.coordinate_vector(V(_all2list(elt)))
                 self._multiplication_table[i][j] = self.from_vector(elt)
 
                 if not orthonormalize:
@@ -332,18 +341,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         """
         return "Associative" in self.category().axioms()
 
-    def _is_commutative(self):
-        r"""
-        Whether or not this algebra's multiplication table is commutative.
-
-        This method should of course always return ``True``, unless
-        this algebra was constructed with ``check_axioms=False`` and
-        passed an invalid multiplication table.
-        """
-        return all( self.product_on_basis(i,j) == self.product_on_basis(i,j)
-                    for i in range(self.dimension())
-                    for j in range(self.dimension()) )
-
     def _is_jordanian(self):
         r"""
         Whether or not this algebra's multiplication table respects the
@@ -351,7 +348,7 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
 
         We only check one arrangement of `x` and `y`, so for a
         ``True`` result to be truly true, you should also check
-        :meth:`_is_commutative`. This method should of course always
+        :meth:`is_commutative`. This method should of course always
         return ``True``, unless this algebra was constructed with
         ``check_axioms=False`` and passed an invalid multiplication table.
         """
@@ -425,6 +422,15 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
             ...
             ValueError: not an element of this algebra
 
+        Tuples work as well, provided that the matrix basis for the
+        algebra consists of them::
+
+            sage: J1 = HadamardEJA(3)
+            sage: J2 = RealSymmetricEJA(2)
+            sage: J = cartesian_product([J1,J2])
+            sage: J( (J1.matrix_basis()[1], J2.matrix_basis()[2]) )
+            e(0, 1) + e(1, 2)
+
         TESTS:
 
         Ensure that we can convert any element of the two non-matrix
@@ -470,14 +476,20 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         # closure whereas the base ring of the 3-by-3 identity matrix
         # could be QQ instead of QQbar.
         #
+        # And, we also have to handle Cartesian product bases (when
+        # the matric basis consists of tuples) here. The "good news"
+        # is that we're already converting everything to long vectors,
+        # and that strategy works for tuples as well.
+        #
         # We pass check=False because the matrix basis is "guaranteed"
         # to be linearly independent... right? Ha ha.
-        V = VectorSpace(self.base_ring(), elt.nrows()*elt.ncols())
-        W = V.span_of_basis( (_mat2vec(s) for s in self.matrix_basis()),
+        elt = _all2list(elt)
+        V = VectorSpace(self.base_ring(), len(elt))
+        W = V.span_of_basis( (V(_all2list(s)) for s in self.matrix_basis()),
                              check=False)
 
         try:
-            coords =  W.coordinate_vector(_mat2vec(elt))
+            coords = W.coordinate_vector(V(elt))
         except ArithmeticError:  # vector is not in free module
             raise ValueError(msg)
 
@@ -1041,14 +1053,12 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         if not c.is_idempotent():
             raise ValueError("element is not idempotent: %s" % c)
 
-        from mjo.eja.eja_subalgebra import FiniteDimensionalEJASubalgebra
-
         # Default these to what they should be if they turn out to be
         # trivial, because eigenspaces_left() won't return eigenvalues
         # corresponding to trivial spaces (e.g. it returns only the
         # eigenspace corresponding to lambda=1 if you take the
         # decomposition relative to the identity element).
-        trivial = FiniteDimensionalEJASubalgebra(self, ())
+        trivial = self.subalgebra(())
         J0 = trivial                          # eigenvalue zero
         J5 = VectorSpace(self.base_ring(), 0) # eigenvalue one-half
         J1 = trivial                          # eigenvalue one
@@ -1058,9 +1068,7 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
                 J5 = eigspace
             else:
                 gens = tuple( self.from_vector(b) for b in eigspace.basis() )
-                subalg = FiniteDimensionalEJASubalgebra(self,
-                                                        gens,
-                                                        check_axioms=False)
+                subalg = self.subalgebra(gens, check_axioms=False)
                 if eigval == 0:
                     J0 = subalg
                 elif eigval == 1:
@@ -1279,6 +1287,14 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         return len(self._charpoly_coefficients())
 
 
+    def subalgebra(self, basis, **kwargs):
+        r"""
+        Create a subalgebra of this algebra from the given basis.
+        """
+        from mjo.eja.eja_subalgebra import FiniteDimensionalEJASubalgebra
+        return FiniteDimensionalEJASubalgebra(self, basis, **kwargs)
+
+
     def vector_space(self):
         """
         Return the vector space that underlies this algebra.
@@ -1297,7 +1313,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         return self.zero().to_vector().parent().ambient_vector_space()
 
 
-    Element = FiniteDimensionalEJAElement
 
 class RationalBasisEJA(FiniteDimensionalEJA):
     r"""
@@ -2835,19 +2850,6 @@ class CartesianProductEJA(CombinatorialFreeModule_CartesianProduct,
         ...
         ValueError: all factors must share the same base field
 
-    The "cached" Jordan and inner products are the componentwise
-    ones::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: J1 = random_eja()
-        sage: J2 = random_eja()
-        sage: J = cartesian_product([J1,J2])
-        sage: x,y = J.random_elements(2)
-        sage: x*y == J.cartesian_jordan_product(x,y)
-        True
-        sage: x.inner_product(y) == J.cartesian_inner_product(x,y)
-        True
-
     The cached unit element is the same one that would be computed::
 
         sage: set_random_seed()              # long time
@@ -2861,6 +2863,9 @@ class CartesianProductEJA(CombinatorialFreeModule_CartesianProduct,
         True
 
     """
+    Element = FiniteDimensionalEJAElement
+
+
     def __init__(self, algebras, **kwargs):
         CombinatorialFreeModule_CartesianProduct.__init__(self,
                                                           algebras,
@@ -3124,112 +3129,6 @@ class CartesianProductEJA(CombinatorialFreeModule_CartesianProduct,
         return FiniteDimensionalEJAOperator(Ji,self,Ei.matrix())
 
 
-    def cartesian_jordan_product(self, x, y):
-        r"""
-        The componentwise Jordan product.
-
-        We project ``x`` and ``y`` onto our factors, and add up the
-        Jordan products from the subalgebras. This may still be useful
-        after (if) the default Jordan product in the Cartesian product
-        algebra is overridden.
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (HadamardEJA,
-            ....:                                  JordanSpinEJA)
-
-        EXAMPLE::
-
-            sage: J1 = HadamardEJA(3)
-            sage: J2 = JordanSpinEJA(3)
-            sage: J = cartesian_product([J1,J2])
-            sage: x1 = J1.from_vector(vector(QQ,(1,2,1)))
-            sage: y1 = J1.from_vector(vector(QQ,(1,0,2)))
-            sage: x2 = J2.from_vector(vector(QQ,(1,2,3)))
-            sage: y2 = J2.from_vector(vector(QQ,(1,1,1)))
-            sage: z1 = J.from_vector(vector(QQ,(1,2,1,1,2,3)))
-            sage: z2 = J.from_vector(vector(QQ,(1,0,2,1,1,1)))
-            sage: (x1*y1).to_vector()
-            (1, 0, 2)
-            sage: (x2*y2).to_vector()
-            (6, 3, 4)
-            sage: J.cartesian_jordan_product(z1,z2).to_vector()
-            (1, 0, 2, 6, 3, 4)
-
-        """
-        m = len(self.cartesian_factors())
-        projections = ( self.cartesian_projection(i) for i in range(m) )
-        products = ( P(x)*P(y) for P in projections )
-        return self._cartesian_product_of_elements(tuple(products))
-
-    def cartesian_inner_product(self, x, y):
-        r"""
-        The standard componentwise Cartesian inner-product.
-
-        We project ``x`` and ``y`` onto our factors, and add up the
-        inner-products from the subalgebras. This may still be useful
-        after (if) the default inner product in the Cartesian product
-        algebra is overridden.
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (HadamardEJA,
-            ....:                                  QuaternionHermitianEJA)
-
-        EXAMPLE::
-
-            sage: J1 = HadamardEJA(3,field=QQ)
-            sage: J2 = QuaternionHermitianEJA(2,field=QQ,orthonormalize=False)
-            sage: J = cartesian_product([J1,J2])
-            sage: x1 = J1.one()
-            sage: x2 = x1
-            sage: y1 = J2.one()
-            sage: y2 = y1
-            sage: x1.inner_product(x2)
-            3
-            sage: y1.inner_product(y2)
-            2
-            sage: z1 = J._cartesian_product_of_elements((x1,y1))
-            sage: z2 = J._cartesian_product_of_elements((x2,y2))
-            sage: J.cartesian_inner_product(z1,z2)
-            5
-
-        """
-        m = len(self.cartesian_factors())
-        projections = ( self.cartesian_projection(i) for i in range(m) )
-        return sum( P(x).inner_product(P(y)) for P in projections )
-
-
-    def _element_constructor_(self, elt):
-        r"""
-        Construct an element of this algebra from an ordered tuple.
-
-        We just apply the element constructor from each of our factors
-        to the corresponding component of the tuple, and package up
-        the result.
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (HadamardEJA,
-            ....:                                  RealSymmetricEJA)
-
-        EXAMPLES::
-
-            sage: J1 = HadamardEJA(3)
-            sage: J2 = RealSymmetricEJA(2)
-            sage: J = cartesian_product([J1,J2])
-            sage: J( (J1.matrix_basis()[1], J2.matrix_basis()[2]) )
-            e(0, 1) + e(1, 2)
-        """
-        m = len(self.cartesian_factors())
-        try:
-            z = tuple( self.cartesian_factors()[i](elt[i]) for i in range(m) )
-            return self._cartesian_product_of_elements(z)
-        except:
-            raise ValueError("not an element of this algebra")
-
-    Element = CartesianProductEJAElement
-
 
 FiniteDimensionalEJA.CartesianProduct = CartesianProductEJA