]> gitweb.michael.orlitzky.com - sage.d.git/blobdiff - mjo/eja/eja_algebra.py
eja: rename MatrixEJA to HermitianMatrixEJA.
[sage.d.git] / mjo / eja / eja_algebra.py
index c0dc408df3a7160a94c7cadcba6a5e35d78ba4fb..b76c5fc21363501a3c47101bd254f37166e45281 100644 (file)
@@ -230,7 +230,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
     We should compute that an element subalgebra is associative even
     if we circumvent the element method::
 
-        sage: set_random_seed()
         sage: J = random_eja(field=QQ,orthonormalize=False)
         sage: x = J.random_element()
         sage: A = x.subalgebra_generated_by(orthonormalize=False)
@@ -432,7 +431,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
 
         TESTS::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja()
             sage: J(1)
             Traceback (most recent call last):
@@ -457,7 +455,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
 
         TESTS::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja()
             sage: n = J.dimension()
             sage: bi = J.zero()
@@ -499,7 +496,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         Our inner product is "associative," which means the following for
         a symmetric bilinear form::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja()
             sage: x,y,z = J.random_elements(3)
             sage: (x*y).inner_product(z) == y.inner_product(x*z)
@@ -510,7 +506,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         Ensure that this is the usual inner product for the algebras
         over `R^n`::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = HadamardEJA.random_instance()
             sage: x,y = J.random_elements(2)
             sage: actual = x.inner_product(y)
@@ -523,7 +518,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         one). This is in Faraut and Koranyi, and also my "On the
         symmetry..." paper::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = BilinearFormEJA.random_instance()
             sage: n = J.dimension()
             sage: x = J.random_element()
@@ -636,7 +630,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         The values we've presupplied to the constructors agree with
         the computation::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja()
             sage: J.is_associative() == J._jordan_product_is_associative()
             True
@@ -758,7 +751,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         Ensure that we can convert any element back and forth
         faithfully between its matrix and algebra representations::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja()
             sage: x = J.random_element()
             sage: J(x.to_matrix()) == x
@@ -948,7 +940,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         Our inner product is "associative," which means the following for
         a symmetric bilinear form::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja()
             sage: x,y,z = J.random_elements(3)
             sage: (x*y).inner_product(z) == y.inner_product(x*z)
@@ -959,7 +950,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         Ensure that this is the usual inner product for the algebras
         over `R^n`::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = HadamardEJA.random_instance()
             sage: x,y = J.random_elements(2)
             sage: actual = x.inner_product(y)
@@ -972,7 +962,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         one). This is in Faraut and Koranyi, and also my "On the
         symmetry..." paper::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = BilinearFormEJA.random_instance()
             sage: n = J.dimension()
             sage: x = J.random_element()
@@ -1200,7 +1189,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         The identity element acts like the identity, regardless of
         whether or not we orthonormalize::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja()
             sage: x = J.random_element()
             sage: J.one()*x == x and x*J.one() == x
@@ -1212,7 +1200,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
 
         ::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja(field=QQ, orthonormalize=False)
             sage: x = J.random_element()
             sage: J.one()*x == x and x*J.one() == x
@@ -1226,7 +1213,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         regardless of the base field and whether or not we
         orthonormalize::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja()
             sage: actual = J.one().operator().matrix()
             sage: expected = matrix.identity(J.base_ring(), J.dimension())
@@ -1241,7 +1227,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
 
         ::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja(field=QQ, orthonormalize=False)
             sage: actual = J.one().operator().matrix()
             sage: expected = matrix.identity(J.base_ring(), J.dimension())
@@ -1257,7 +1242,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         Ensure that the cached unit element (often precomputed by
         hand) agrees with the computed one::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja()
             sage: cached = J.one()
             sage: J.one.clear_cache()
@@ -1266,7 +1250,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
 
         ::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja(field=QQ, orthonormalize=False)
             sage: cached = J.one()
             sage: J.one.clear_cache()
@@ -1379,7 +1362,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         Every algebra decomposes trivially with respect to its identity
         element::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja()
             sage: J0,J5,J1 = J.peirce_decomposition(J.one())
             sage: J0.dimension() == 0 and J5.dimension() == 0
@@ -1392,7 +1374,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         elements in the two subalgebras are the projections onto their
         respective subspaces of the superalgebra's identity element::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja()
             sage: x = J.random_element()
             sage: if not J.is_trivial():
@@ -1518,6 +1499,64 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
                       for idx in range(count) )
 
 
+    def operator_polynomial_matrix(self):
+        r"""
+        Return the matrix of polynomials (over this algebra's
+        :meth:`coordinate_polynomial_ring`) that, when evaluated at
+        the basis coordinates of an element `x`, produces the basis
+        representation of `L_{x}`.
+
+        SETUP::
+
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (HadamardEJA,
+            ....:                                  JordanSpinEJA)
+
+        EXAMPLES::
+
+            sage: J = HadamardEJA(4)
+            sage: L_x = J.operator_polynomial_matrix()
+            sage: L_x
+            [X0  0  0  0]
+            [ 0 X1  0  0]
+            [ 0  0 X2  0]
+            [ 0  0  0 X3]
+            sage: x = J.one()
+            sage: d = zip(J.coordinate_polynomial_ring().gens(), x.to_vector())
+            sage: L_x.subs(dict(d))
+            [1 0 0 0]
+            [0 1 0 0]
+            [0 0 1 0]
+            [0 0 0 1]
+
+        ::
+
+            sage: J = JordanSpinEJA(4)
+            sage: L_x = J.operator_polynomial_matrix()
+            sage: L_x
+            [X0 X1 X2 X3]
+            [X1 X0  0  0]
+            [X2  0 X0  0]
+            [X3  0  0 X0]
+            sage: x = J.one()
+            sage: d = zip(J.coordinate_polynomial_ring().gens(), x.to_vector())
+            sage: L_x.subs(dict(d))
+            [1 0 0 0]
+            [0 1 0 0]
+            [0 0 1 0]
+            [0 0 0 1]
+
+        """
+        R = self.coordinate_polynomial_ring()
+
+        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( v*self.monomial(k).operator().matrix()[i,j]
+                        for (k,v) in enumerate(R.gens()) )
+
+        n = self.dimension()
+        return matrix(R, n, n, L_x_i_j)
+
     @cached_method
     def _charpoly_coefficients(self):
         r"""
@@ -1533,7 +1572,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         The theory shows that these are all homogeneous polynomials of
         a known degree::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja()
             sage: all(p.is_homogeneous() for p in J._charpoly_coefficients())
             True
@@ -1541,16 +1579,9 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         """
         n = self.dimension()
         R = self.coordinate_polynomial_ring()
-        vars = R.gens()
         F = R.fraction_field()
 
-        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(F, n, n, L_x_i_j)
+        L_x = self.operator_polynomial_matrix()
 
         r = None
         if self.rank.is_in_cache():
@@ -1631,7 +1662,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         positive integer rank, unless the algebra is trivial in
         which case its rank will be zero::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = random_eja()
             sage: r = J.rank()
             sage: r in ZZ
@@ -1642,7 +1672,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         Ensure that computing the rank actually works, since the ranks
         of all simple algebras are known and will be cached by default::
 
-            sage: set_random_seed()    # long time
             sage: J = random_eja()     # long time
             sage: cached = J.rank()    # long time
             sage: J.rank.clear_cache() # long time
@@ -1817,7 +1846,6 @@ class ConcreteEJA(FiniteDimensionalEJA):
     Our basis is normalized with respect to the algebra's inner
     product, unless we specify otherwise::
 
-        sage: set_random_seed()
         sage: J = ConcreteEJA.random_instance()
         sage: all( b.norm() == 1 for b in J.gens() )
         True
@@ -1828,7 +1856,6 @@ class ConcreteEJA(FiniteDimensionalEJA):
     natural->EJA basis representation is an isometry and within the
     EJA the operator is self-adjoint by the Jordan axiom::
 
-        sage: set_random_seed()
         sage: J = ConcreteEJA.random_instance()
         sage: x = J.random_element()
         sage: x.operator().is_self_adjoint()
@@ -1902,11 +1929,11 @@ class ConcreteEJA(FiniteDimensionalEJA):
         return eja_class.random_instance(max_dimension, *args, **kwargs)
 
 
-class MatrixEJA(FiniteDimensionalEJA):
+class HermitianMatrixEJA(FiniteDimensionalEJA):
     @staticmethod
     def _denormalized_basis(A):
         """
-        Returns a basis for the space of complex Hermitian n-by-n matrices.
+        Returns a basis for the given Hermitian matrix space.
 
         Why do we embed these? Basically, because all of numerical linear
         algebra assumes that you're working with vectors consisting of `n`
@@ -1919,41 +1946,37 @@ class MatrixEJA(FiniteDimensionalEJA):
             sage: from mjo.hurwitz import (ComplexMatrixAlgebra,
             ....:                          QuaternionMatrixAlgebra,
             ....:                          OctonionMatrixAlgebra)
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import MatrixEJA
+            sage: from mjo.eja.eja_algebra import HermitianMatrixEJA
 
         TESTS::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: n = ZZ.random_element(1,5)
             sage: A = MatrixSpace(QQ, n)
-            sage: B = MatrixEJA._denormalized_basis(A)
+            sage: B = HermitianMatrixEJA._denormalized_basis(A)
             sage: all( M.is_hermitian() for M in  B)
             True
 
         ::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: n = ZZ.random_element(1,5)
             sage: A = ComplexMatrixAlgebra(n, scalars=QQ)
-            sage: B = MatrixEJA._denormalized_basis(A)
+            sage: B = HermitianMatrixEJA._denormalized_basis(A)
             sage: all( M.is_hermitian() for M in  B)
             True
 
         ::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: n = ZZ.random_element(1,5)
             sage: A = QuaternionMatrixAlgebra(n, scalars=QQ)
-            sage: B = MatrixEJA._denormalized_basis(A)
+            sage: B = HermitianMatrixEJA._denormalized_basis(A)
             sage: all( M.is_hermitian() for M in B )
             True
 
         ::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: n = ZZ.random_element(1,5)
             sage: A = OctonionMatrixAlgebra(n, scalars=QQ)
-            sage: B = MatrixEJA._denormalized_basis(A)
+            sage: B = HermitianMatrixEJA._denormalized_basis(A)
             sage: all( M.is_hermitian() for M in B )
             True
 
@@ -2058,7 +2081,7 @@ class MatrixEJA(FiniteDimensionalEJA):
         self.rank.set_cache(matrix_space.nrows())
         self.one.set_cache( self(matrix_space.one()) )
 
-class RealSymmetricEJA(MatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
+class RealSymmetricEJA(HermitianMatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
     """
     The rank-n simple EJA consisting of real symmetric n-by-n
     matrices, the usual symmetric Jordan product, and the trace inner
@@ -2091,7 +2114,6 @@ class RealSymmetricEJA(MatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
 
     The dimension of this algebra is `(n^2 + n) / 2`::
 
-        sage: set_random_seed()
         sage: d = RealSymmetricEJA._max_random_instance_dimension()
         sage: n = RealSymmetricEJA._max_random_instance_size(d)
         sage: J = RealSymmetricEJA(n)
@@ -2100,7 +2122,6 @@ class RealSymmetricEJA(MatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
 
     The Jordan multiplication is what we think it is::
 
-        sage: set_random_seed()
         sage: J = RealSymmetricEJA.random_instance()
         sage: x,y = J.random_elements(2)
         sage: actual = (x*y).to_matrix()
@@ -2152,7 +2173,7 @@ class RealSymmetricEJA(MatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
 
 
 
-class ComplexHermitianEJA(MatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
+class ComplexHermitianEJA(HermitianMatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
     """
     The rank-n simple EJA consisting of complex Hermitian n-by-n
     matrices over the real numbers, the usual symmetric Jordan product,
@@ -2192,7 +2213,6 @@ class ComplexHermitianEJA(MatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
 
     The dimension of this algebra is `n^2`::
 
-        sage: set_random_seed()
         sage: d = ComplexHermitianEJA._max_random_instance_dimension()
         sage: n = ComplexHermitianEJA._max_random_instance_size(d)
         sage: J = ComplexHermitianEJA(n)
@@ -2201,7 +2221,6 @@ class ComplexHermitianEJA(MatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
 
     The Jordan multiplication is what we think it is::
 
-        sage: set_random_seed()
         sage: J = ComplexHermitianEJA.random_instance()
         sage: x,y = J.random_elements(2)
         sage: actual = (x*y).to_matrix()
@@ -2253,7 +2272,7 @@ class ComplexHermitianEJA(MatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
         return cls(n, **kwargs)
 
 
-class QuaternionHermitianEJA(MatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
+class QuaternionHermitianEJA(HermitianMatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
     r"""
     The rank-n simple EJA consisting of self-adjoint n-by-n quaternion
     matrices, the usual symmetric Jordan product, and the
@@ -2278,7 +2297,6 @@ class QuaternionHermitianEJA(MatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
 
     The dimension of this algebra is `2*n^2 - n`::
 
-        sage: set_random_seed()
         sage: d = QuaternionHermitianEJA._max_random_instance_dimension()
         sage: n = QuaternionHermitianEJA._max_random_instance_size(d)
         sage: J = QuaternionHermitianEJA(n)
@@ -2287,7 +2305,6 @@ class QuaternionHermitianEJA(MatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
 
     The Jordan multiplication is what we think it is::
 
-        sage: set_random_seed()
         sage: J = QuaternionHermitianEJA.random_instance()
         sage: x,y = J.random_elements(2)
         sage: actual = (x*y).to_matrix()
@@ -2343,7 +2360,7 @@ class QuaternionHermitianEJA(MatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
         n = ZZ.random_element(max_size + 1)
         return cls(n, **kwargs)
 
-class OctonionHermitianEJA(MatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
+class OctonionHermitianEJA(HermitianMatrixEJA, RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
     r"""
     SETUP::
 
@@ -2660,7 +2677,6 @@ class BilinearFormEJA(RationalBasisEJA, ConcreteEJA):
     matrix.  We opt not to orthonormalize the basis, because if we
     did, we would have to normalize the `s_{i}` in a similar manner::
 
-        sage: set_random_seed()
         sage: n = ZZ.random_element(5)
         sage: M = matrix.random(QQ, max(0,n-1), algorithm='unimodular')
         sage: B11 = matrix.identity(QQ,1)
@@ -2822,7 +2838,6 @@ class JordanSpinEJA(BilinearFormEJA):
 
         Ensure that we have the usual inner product on `R^n`::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J = JordanSpinEJA.random_instance()
             sage: x,y = J.random_elements(2)
             sage: actual = x.inner_product(y)
@@ -2943,7 +2958,6 @@ class CartesianProductEJA(FiniteDimensionalEJA):
     The Jordan product is inherited from our factors and implemented by
     our CombinatorialFreeModule Cartesian product superclass::
 
-        sage: set_random_seed()
         sage: J1 = HadamardEJA(2)
         sage: J2 = RealSymmetricEJA(2)
         sage: J = cartesian_product([J1,J2])
@@ -3080,7 +3094,6 @@ class CartesianProductEJA(FiniteDimensionalEJA):
 
     The cached unit element is the same one that would be computed::
 
-        sage: set_random_seed()              # long time
         sage: J1 = random_eja()              # long time
         sage: J2 = random_eja()              # long time
         sage: J = cartesian_product([J1,J2]) # long time
@@ -3299,7 +3312,6 @@ class CartesianProductEJA(FiniteDimensionalEJA):
 
         The answer never changes::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J1 = random_eja()
             sage: J2 = random_eja()
             sage: J = cartesian_product([J1,J2])
@@ -3389,7 +3401,6 @@ class CartesianProductEJA(FiniteDimensionalEJA):
 
         The answer never changes::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J1 = random_eja()
             sage: J2 = random_eja()
             sage: J = cartesian_product([J1,J2])
@@ -3402,7 +3413,6 @@ class CartesianProductEJA(FiniteDimensionalEJA):
         produce the identity map, and mismatching them should produce
         the zero map::
 
-            sage: set_random_seed()
             sage: J1 = random_eja()
             sage: J2 = random_eja()
             sage: J = cartesian_product([J1,J2])
@@ -3507,7 +3517,6 @@ def random_eja(max_dimension=None, *args, **kwargs):
 
     TESTS::
 
-        sage: set_random_seed()
         sage: n = ZZ.random_element(1,5)
         sage: J = random_eja(max_dimension=n, field=QQ, orthonormalize=False)
         sage: J.dimension() <= n