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eja: cache the charpoly coefficients for the AlbertEJA.
[sage.d.git] / mjo / eja / eja_utils.py
index 81b5634bc921736b0d007f3df04013d0dc6df265..3942e70811c6d69e59c9581d23f17af05c261dfa 100644 (file)
@@ -2,56 +2,39 @@ from sage.functions.other import sqrt
 from sage.matrix.constructor import matrix
 from sage.modules.free_module_element import vector
 
-def _change_ring(x, R):
+def _charpoly_sage_input(s):
     r"""
-    Change the ring of a vector, matrix, or a cartesian product of
-    those things.
+    Helper function that you can use on the string output from sage
+    to convert a charpoly coefficient into the corresponding input
+    to be cached.
 
     SETUP::
 
-        sage: from mjo.eja.eja_utils import _change_ring
+        sage: from mjo.eja.eja_utils import _charpoly_sage_input
 
     EXAMPLES::
 
-        sage: v = vector(QQ, (1,2,3))
-        sage: m = matrix(QQ, [[1,2],[3,4]])
-        sage: _change_ring(v, RDF)
-        (1.0, 2.0, 3.0)
-        sage: _change_ring(m, RDF)
-        [1.0 2.0]
-        [3.0 4.0]
-        sage: _change_ring((v,m), RDF)
-        (
-                         [1.0 2.0]
-        (1.0, 2.0, 3.0), [3.0 4.0]
-        )
-        sage: V1 = cartesian_product([v.parent(), v.parent()])
-        sage: V = cartesian_product([v.parent(), V1])
-        sage: V((v, (v, v)))
-        ((1, 2, 3), ((1, 2, 3), (1, 2, 3)))
-        sage: _change_ring(V((v, (v, v))), RDF)
-        ((1.0, 2.0, 3.0), ((1.0, 2.0, 3.0), (1.0, 2.0, 3.0)))
+        sage: J = JordanSpinEJA(4,QQ)
+        sage: J._charpoly_coefficients()[0]
+        X1^2 - X2^2 - X3^2 - X4^2
+        sage: _charpoly_sage_input("X1^2 - X2^2 - X3^2 - X4^2")
+        'X[0]**2 - X[1]**2 - X[2]**2 - X[3]**2'
 
     """
-    try:
-        return x.change_ring(R)
-    except AttributeError:
-        try:
-            from sage.categories.sets_cat import cartesian_product
-            if hasattr(x, 'element_class'):
-                # x is a parent and we're in a recursive call.
-                return cartesian_product( [_change_ring(x_i, R)
-                                           for x_i in x.cartesian_factors()] )
-            else:
-                # x is an element, and we want to change the ring
-                # of its parent.
-                P = x.parent()
-                Q = cartesian_product( [_change_ring(P_i, R)
-                                        for P_i in P.cartesian_factors()] )
-                return Q(x)
-        except AttributeError:
-            # No parent for x
-            return x.__class__( _change_ring(x_i, R) for x_i in x )
+    import re
+
+    exponent_out = r"\^"
+    exponent_in = r"**"
+
+    digit_out = r"X([0-9]+)"
+
+    def replace_digit(m):
+        # m is a match object
+        return "X[" + str(int(m.group(1)) - 1) + "]"
+
+    s = re.sub(exponent_out, exponent_in, s)
+    return re.sub(digit_out, replace_digit, s)
+
 
 def _scale(x, alpha):
     r"""
@@ -97,9 +80,25 @@ def _all2list(x):
     Flatten a vector, matrix, or cartesian product of those things
     into a long list.
 
-    EXAMPLES::
+    If the entries of the matrix themselves belong to a real vector
+    space (such as the complex numbers which can be thought of as
+    pairs of real numbers), they will also be expanded in vector form
+    and flattened into the list.
+
+    SETUP::
 
         sage: from mjo.eja.eja_utils import _all2list
+        sage: from mjo.hurwitz import (QuaternionMatrixAlgebra,
+        ....:                          Octonions,
+        ....:                          OctonionMatrixAlgebra)
+
+    EXAMPLES::
+
+        sage: _all2list([[1]])
+        [1]
+
+    ::
+
         sage: V1 = VectorSpace(QQ,2)
         sage: V2 = MatrixSpace(QQ,2)
         sage: x1 = V1([1,1])
@@ -116,15 +115,52 @@ def _all2list(x):
         sage: _all2list(M((x2,y2)))
         [1, -1, 0, 1, 1, 0]
 
+    ::
+
+        sage: _all2list(Octonions().one())
+        [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
+        sage: _all2list(OctonionMatrixAlgebra(1).one())
+        [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
+
+    ::
+
+        sage: _all2list(QuaternionAlgebra(QQ, -1, -1).one())
+        [1, 0, 0, 0]
+        sage: _all2list(QuaternionMatrixAlgebra(1).one())
+        [1, 0, 0, 0]
+
+    ::
+
+        sage: V1 = VectorSpace(QQ,2)
+        sage: V2 = OctonionMatrixAlgebra(1,field=QQ)
+        sage: C = cartesian_product([V1,V2])
+        sage: x1 = V1([3,4])
+        sage: y1 = V2.one()
+        sage: _all2list(C( (x1,y1) ))
+        [3, 4, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
+
     """
-    if hasattr(x, 'list'):
-        # Easy case...
-        return x.list()
-    else:
-        # But what if it's a tuple or something else? This has to
-        # handle cartesian products of cartesian products, too; that's
-        # why it's recursive.
-        return sum( map(_all2list,x), [] )
+    if hasattr(x, 'to_vector'):
+        # This works on matrices of e.g. octonions directly, without
+        # first needing to convert them to a list of octonions and
+        # then recursing down into the list. It also avoids the wonky
+        # list(x) when x is an element of a CFM. I don't know what it
+        # returns but it aint the coordinates. This will fall through
+        # to the iterable case the next time around.
+        return _all2list(x.to_vector())
+
+    try:
+        xl = list(x)
+    except TypeError: # x is not iterable
+        return [x]
+
+    if xl == [x]:
+        # Avoid the retardation of list(QQ(1)) == [1].
+        return [x]
+
+    return sum(list( map(_all2list, xl) ), [])
+
+
 
 def _mat2vec(m):
         return vector(m.base_ring(), m.list())
@@ -136,8 +172,8 @@ def gram_schmidt(v, inner_product=None):
     """
     Perform Gram-Schmidt on the list ``v`` which are assumed to be
     vectors over the same base ring. Returns a list of orthonormalized
-    vectors over the smallest extention ring containing the necessary
-    roots.
+    vectors over the same base ring, which means that your base ring
+    needs to contain the appropriate roots.
 
     SETUP::
 
@@ -145,11 +181,21 @@ def gram_schmidt(v, inner_product=None):
 
     EXAMPLES:
 
+    If you start with an orthonormal set, you get it back. We can use
+    the rationals here because we don't need any square roots::
+
+        sage: v1 = vector(QQ, (1,0,0))
+        sage: v2 = vector(QQ, (0,1,0))
+        sage: v3 = vector(QQ, (0,0,1))
+        sage: v = [v1,v2,v3]
+        sage: gram_schmidt(v) == v
+        True
+
     The usual inner-product and norm are default::
 
-        sage: v1 = vector(QQ,(1,2,3))
-        sage: v2 = vector(QQ,(1,-1,6))
-        sage: v3 = vector(QQ,(2,1,-1))
+        sage: v1 = vector(AA,(1,2,3))
+        sage: v2 = vector(AA,(1,-1,6))
+        sage: v3 = vector(AA,(2,1,-1))
         sage: v = [v1,v2,v3]
         sage: u = gram_schmidt(v)
         sage: all( u_i.inner_product(u_i).sqrt() == 1 for u_i in u )
@@ -166,11 +212,11 @@ def gram_schmidt(v, inner_product=None):
     orthonormal with respect to that (and not the usual inner
     product)::
 
-        sage: v1 = vector(QQ,(1,2,3))
-        sage: v2 = vector(QQ,(1,-1,6))
-        sage: v3 = vector(QQ,(2,1,-1))
+        sage: v1 = vector(AA,(1,2,3))
+        sage: v2 = vector(AA,(1,-1,6))
+        sage: v3 = vector(AA,(2,1,-1))
         sage: v = [v1,v2,v3]
-        sage: B = matrix(QQ, [ [6, 4, 2],
+        sage: B = matrix(AA, [ [6, 4, 2],
         ....:                  [4, 5, 4],
         ....:                  [2, 4, 9] ])
         sage: ip = lambda x,y: (B*x).inner_product(y)
@@ -188,18 +234,18 @@ def gram_schmidt(v, inner_product=None):
     This Gram-Schmidt routine can be used on matrices as well, so long
     as an appropriate inner-product is provided::
 
-        sage: E11 = matrix(QQ, [ [1,0],
+        sage: E11 = matrix(AA, [ [1,0],
         ....:                    [0,0] ])
-        sage: E12 = matrix(QQ, [ [0,1],
+        sage: E12 = matrix(AA, [ [0,1],
         ....:                    [1,0] ])
-        sage: E22 = matrix(QQ, [ [0,0],
+        sage: E22 = matrix(AA, [ [0,0],
         ....:                    [0,1] ])
-        sage: I = matrix.identity(QQ,2)
+        sage: I = matrix.identity(AA,2)
         sage: trace_ip = lambda X,Y: (X*Y).trace()
         sage: gram_schmidt([E11,E12,I,E22], inner_product=trace_ip)
         [
-        [1 0]  [          0 1/2*sqrt(2)]  [0 0]
-        [0 0], [1/2*sqrt(2)           0], [0 1]
+        [1 0]  [                  0 0.7071067811865475?]  [0 0]
+        [0 0], [0.7071067811865475?                   0], [0 1]
         ]
 
     It even works on Cartesian product spaces whose factors are vector
@@ -228,16 +274,23 @@ def gram_schmidt(v, inner_product=None):
 
     Ensure that zero vectors don't get in the way::
 
-        sage: v1 = vector(QQ,(1,2,3))
-        sage: v2 = vector(QQ,(1,-1,6))
-        sage: v3 = vector(QQ,(0,0,0))
+        sage: v1 = vector(AA,(1,2,3))
+        sage: v2 = vector(AA,(1,-1,6))
+        sage: v3 = vector(AA,(0,0,0))
         sage: v = [v1,v2,v3]
         sage: len(gram_schmidt(v)) == 2
         True
     """
     if inner_product is None:
         inner_product = lambda x,y: x.inner_product(y)
-    norm = lambda x: inner_product(x,x).sqrt()
+    def norm(x):
+        ip = inner_product(x,x)
+        # Don't expand the given field; the inner-product's codomain
+        # is already correct. For example QQ(2).sqrt() returns sqrt(2)
+        # in SR, and that will give you weird errors about symbolics
+        # when what's really going wrong is that you're trying to
+        # orthonormalize in QQ.
+        return ip.parent()(ip.sqrt())
 
     v = list(v) # make a copy, don't clobber the input