]> gitweb.michael.orlitzky.com - sage.d.git/blobdiff - mjo/eja/eja_algebra.py
eja: rename orthogonal_idempotents() to a_jordan_frame().
[sage.d.git] / mjo / eja / eja_algebra.py
index 26b72480ffd6d18c1bb8ca43ae3358afda951996..9198a8b124e041e4edcc4351271db01345accaa0 100644 (file)
@@ -26,13 +26,30 @@ lazy_import('mjo.eja.eja_subalgebra',
 from mjo.eja.eja_utils import _mat2vec
 
 class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
-    # This is an ugly hack needed to prevent the category framework
-    # from implementing a coercion from our base ring (e.g. the
-    # rationals) into the algebra. First of all -- such a coercion is
-    # nonsense to begin with. But more importantly, it tries to do so
-    # in the category of rings, and since our algebras aren't
-    # associative they generally won't be rings.
-    _no_generic_basering_coercion = True
+
+    def _coerce_map_from_base_ring(self):
+        """
+        Disable the map from the base ring into the algebra.
+
+        Performing a nonsense conversion like this automatically
+        is counterpedagogical. The fallback is to try the usual
+        element constructor, which should also fail.
+
+        SETUP::
+
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import random_eja
+
+        TESTS::
+
+            sage: set_random_seed()
+            sage: J = random_eja()
+            sage: J(1)
+            Traceback (most recent call last):
+            ...
+            ValueError: not a naturally-represented algebra element
+
+        """
+        return None
 
     def __init__(self,
                  field,
@@ -149,15 +166,22 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             True
 
         """
+        msg = "not a naturally-represented algebra element"
         if elt == 0:
             # The superclass implementation of random_element()
             # needs to be able to coerce "0" into the algebra.
             return self.zero()
+        elif elt in self.base_ring():
+            # Ensure that no base ring -> algebra coercion is performed
+            # by this method. There's some stupidity in sage that would
+            # otherwise propagate to this method; for example, sage thinks
+            # that the integer 3 belongs to the space of 2-by-2 matrices.
+            raise ValueError(msg)
 
         natural_basis = self.natural_basis()
         basis_space = natural_basis[0].matrix_space()
         if elt not in basis_space:
-            raise ValueError("not a naturally-represented algebra element")
+            raise ValueError(msg)
 
         # Thanks for nothing! Matrix spaces aren't vector spaces in
         # Sage, so we have to figure out its natural-basis coordinates
@@ -749,6 +773,105 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
         return (J0, J5, J1)
 
 
+    def a_jordan_frame(self):
+        r"""
+        Generate a Jordan frame for this algebra.
+
+        This implementation is based on the so-called "central
+        orthogonal idempotents" implemented for (semisimple) centers
+        of SageMath ``FiniteDimensionalAlgebrasWithBasis``. Since all
+        Euclidean Jordan algebas are commutative (and thus equal to
+        their own centers) and semisimple, the method should work more
+        or less as implemented, if it ever worked in the first place.
+        (I don't know the justification for the original implementation.
+        yet).
+
+        How it works: we loop through the algebras generators, looking
+        for their eigenspaces. If there's more than one eigenspace,
+        and if they result in more than one subalgebra, then we split
+        those subalgebras recursively until we get to subalgebras of
+        dimension one (whose idempotent is the unit element). Why does
+        some generator have to produce at least two subalgebras? I
+        dunno. But it seems to work.
+
+        Beware that Koecher defines the "center" of a Jordan algebra to
+        be something else, because the usual definition is stupid in a
+        (necessarily commutative) Jordan algebra.
+
+        SETUP::
+
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (random_eja,
+            ....:                                  JordanSpinEJA,
+            ....:                                  TrivialEJA)
+
+        EXAMPLES:
+
+        A Jordan frame for the trivial algebra has to be empty
+        (zero-length) since its rank is zero. More to the point, there
+        are no non-zero idempotents in the trivial EJA. This does not
+        cause any problems so long as we adopt the convention that the
+        empty sum is zero, since then the sole element of the trivial
+        EJA has an (empty) spectral decomposition::
+
+            sage: J = TrivialEJA()
+            sage: J.a_jordan_frame()
+            ()
+
+        A one-dimensional algebra has rank one (equal to its dimension),
+        and only one primitive idempotent, namely the algebra's unit
+        element::
+
+            sage: J = JordanSpinEJA(1)
+            sage: J.a_jordan_frame()
+            (e0,)
+
+        TESTS::
+
+            sage: J = random_eja()
+            sage: c = J.a_jordan_frame()
+            sage: all( x^2 == x for x in c )
+            True
+            sage: r = len(c)
+            sage: all( c[i]*c[j] == c[i]*(i==j) for i in range(r)
+            ....:                               for j in range(r) )
+            True
+
+        """
+        if self.dimension() == 0:
+            return ()
+        if self.dimension() == 1:
+            return (self.one(),)
+
+        for g in self.gens():
+            eigenpairs = g.operator().matrix().right_eigenspaces()
+            if len(eigenpairs) >= 2:
+                subalgebras = []
+                for eigval, eigspace in eigenpairs:
+                    # Make sub-EJAs from the matrix eigenspaces...
+                    sb = tuple( self.from_vector(b) for b in eigspace.basis() )
+                    try:
+                        # This will fail if e.g. the eigenspace basis
+                        # contains two elements and their product
+                        # isn't a linear combination of the two of
+                        # them (i.e. the generated EJA isn't actually
+                        # two dimensional).
+                        s = FiniteDimensionalEuclideanJordanSubalgebra(self, sb)
+                        subalgebras.append(s)
+                    except:
+                        pass
+                if len(subalgebras) >= 2:
+                    # apply this method recursively.
+                    return tuple( c.superalgebra_element()
+                                  for subalgebra in subalgebras
+                                  for c in subalgebra.a_jordan_frame() )
+
+        # If we got here, the algebra didn't decompose, at least not when we looked at
+        # the eigenspaces corresponding only to basis elements of the algebra. The
+        # implementation I stole says that this should work because of Schur's Lemma,
+        # so I personally blame Schur's Lemma if it does not.
+        raise Exception("Schur's Lemma didn't work!")
+
+
     def random_elements(self, count):
         """
         Return ``count`` random elements as a tuple.
@@ -1886,7 +2009,8 @@ class BilinearFormEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):
 
     SETUP::
 
-        sage: from mjo.eja.eja_algebra import BilinearFormEJA
+        sage: from mjo.eja.eja_algebra import (BilinearFormEJA,
+        ....:                                  JordanSpinEJA)
 
     EXAMPLES:
 
@@ -1969,23 +2093,20 @@ class BilinearFormEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):
 
         TESTS:
 
-        Ensure that this is one-half of the trace inner-product::
+        Ensure that this is one-half of the trace inner-product when
+        the algebra isn't just the reals (when ``n`` isn't one). This
+        is in Faraut and Koranyi, and also my "On the symmetry..."
+        paper::
 
             sage: set_random_seed()
-            sage: n = ZZ.random_element(5)
-            sage: M = matrix.random(QQ, n-1, algorithm='unimodular')
+            sage: n = ZZ.random_element(2,5)
+            sage: M = matrix.random(QQ, max(0,n-1), algorithm='unimodular')
             sage: B = M.transpose()*M
             sage: J = BilinearFormEJA(n, B=B)
-            sage: eis = VectorSpace(M.base_ring(), M.ncols()).basis()
-            sage: V = J.vector_space()
-            sage: sis = [ J.from_vector(V([0] + (M.inverse()*ei).list()))
-            ....:         for ei in eis ]
-            sage: actual = [ sis[i]*sis[j]
-            ....:            for i in range(n-1)
-            ....:            for j in range(n-1) ]
-            sage: expected = [ J.one() if i == j else J.zero()
-            ....:              for i in range(n-1)
-            ....:              for j in range(n-1) ]
+            sage: x = J.random_element()
+            sage: y = J.random_element()
+            sage: x.inner_product(y) == (x*y).trace()/2
+            True
 
         """
         xvec = x.to_vector()
@@ -1994,7 +2115,8 @@ class BilinearFormEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):
         ybar = yvec[1:]
         return x[0]*y[0] + (self._B*xbar).inner_product(ybar)
 
-class JordanSpinEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):
+
+class JordanSpinEJA(BilinearFormEJA):
     """
     The rank-2 simple EJA consisting of real vectors ``x=(x0, x_bar)``
     with the usual inner product and jordan product ``x*y =
@@ -2031,42 +2153,9 @@ class JordanSpinEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):
         sage: JordanSpinEJA(2, prefix='B').gens()
         (B0, B1)
 
-    """
-    def __init__(self, n, field=QQ, **kwargs):
-        V = VectorSpace(field, n)
-        mult_table = [[V.zero() for j in range(n)] for i in range(n)]
-        for i in range(n):
-            for j in range(n):
-                x = V.gen(i)
-                y = V.gen(j)
-                x0 = x[0]
-                xbar = x[1:]
-                y0 = y[0]
-                ybar = y[1:]
-                # z = x*y
-                z0 = x.inner_product(y)
-                zbar = y0*xbar + x0*ybar
-                z = V([z0] + zbar.list())
-                mult_table[i][j] = z
-
-        # The rank of the spin algebra is two, unless we're in a
-        # one-dimensional ambient space (because the rank is bounded by
-        # the ambient dimension).
-        fdeja = super(JordanSpinEJA, self)
-        return fdeja.__init__(field, mult_table, rank=min(n,2), **kwargs)
-
-    def inner_product(self, x, y):
-        """
-        Faster to reimplement than to use natural representations.
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import JordanSpinEJA
-
-        TESTS:
+    TESTS:
 
-        Ensure that this is the usual inner product for the algebras
-        over `R^n`::
+        Ensure that we have the usual inner product on `R^n`::
 
             sage: set_random_seed()
             sage: J = JordanSpinEJA.random_instance()
@@ -2076,8 +2165,11 @@ class JordanSpinEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):
             sage: x.inner_product(y) == J.natural_inner_product(X,Y)
             True
 
-        """
-        return x.to_vector().inner_product(y.to_vector())
+    """
+    def __init__(self, n, field=QQ, **kwargs):
+        # This is a special case of the BilinearFormEJA with the identity
+        # matrix as its bilinear form.
+        return super(JordanSpinEJA, self).__init__(n, field, **kwargs)
 
 
 class TrivialEJA(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra, KnownRankEJA):