]> gitweb.michael.orlitzky.com - sage.d.git/blobdiff - mjo/eja/eja_algebra.py
eja: replace the rank accessor with the full computation.
[sage.d.git] / mjo / eja / eja_algebra.py
index fec8a39f00840c10ee22a493756e75abcc6da317..ff2b5d7a9c52ff5c13df7d7aa3682899b9a30559 100644 (file)
@@ -791,97 +791,21 @@ class FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra(CombinatorialFreeModule):
             True
 
         """
-        return  tuple( self.random_element() for idx in range(count) )
-
-
-    def _rank_computation(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
+        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::
 
@@ -926,8 +850,80 @@ 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):
@@ -1147,6 +1143,28 @@ class MatrixEuclideanJordanAlgebra(FiniteDimensionalEuclideanJordanAlgebra):
                               **kwargs)
 
 
+    def _rank_computation(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_computation()
+        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,
+                                             self.rank(),
+                                             normalize_basis=False)
+            return J._rank_computation()
+
     @cached_method
     def _charpoly_coeff(self, i):
         """