]> gitweb.michael.orlitzky.com - sage.d.git/blobdiff - mjo/octonions.py
Reorganize the Hurwitz (matrix) algebra stuff.
[sage.d.git] / mjo / octonions.py
diff --git a/mjo/octonions.py b/mjo/octonions.py
deleted file mode 100644 (file)
index 78365e2..0000000
+++ /dev/null
@@ -1,469 +0,0 @@
-from sage.misc.cachefunc import cached_method
-from sage.algebras.quatalg.quaternion_algebra import QuaternionAlgebra
-from sage.combinat.free_module import CombinatorialFreeModule
-from sage.modules.with_basis.indexed_element import IndexedFreeModuleElement
-from sage.categories.magmatic_algebras import MagmaticAlgebras
-from sage.rings.all import AA, ZZ
-from sage.matrix.matrix_space import MatrixSpace
-from sage.misc.table import table
-
-from mjo.matrix_algebra import HurwitzMatrixAlgebra
-
-class Octonion(IndexedFreeModuleElement):
-    def conjugate(self):
-        r"""
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.octonions import Octonions
-
-        EXAMPLES::
-
-            sage: O = Octonions()
-            sage: x = sum(O.gens())
-            sage: x.conjugate()
-            e0 - e1 - e2 - e3 - e4 - e5 - e6 - e7
-
-        TESTS::
-
-        Conjugating twice gets you the original element::
-
-            sage: set_random_seed()
-            sage: O = Octonions()
-            sage: x = O.random_element()
-            sage: x.conjugate().conjugate() == x
-            True
-
-        """
-        C = MatrixSpace(ZZ,8).diagonal_matrix((1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1))
-        return self.parent().from_vector(C*self.to_vector())
-
-    def real(self):
-        r"""
-        Return the real part of this octonion.
-
-        The real part of an octonion is its projection onto the span
-        of the first generator. In other words, the "first dimension"
-        is real and the others are imaginary.
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.octonions import Octonions
-
-        EXAMPLES::
-
-            sage: O = Octonions()
-            sage: x = sum(O.gens())
-            sage: x.real()
-            e0
-
-        TESTS:
-
-        This method is idempotent::
-
-            sage: set_random_seed()
-            sage: O = Octonions()
-            sage: x = O.random_element()
-            sage: x.real().real() == x.real()
-            True
-
-        """
-        return (self + self.conjugate())/2
-
-    def imag(self):
-        r"""
-        Return the imaginary part of this octonion.
-
-        The imaginary part of an octonion is its projection onto the
-        orthogonal complement of the span of the first generator. In
-        other words, the "first dimension" is real and the others are
-        imaginary.
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.octonions import Octonions
-
-        EXAMPLES::
-
-            sage: O = Octonions()
-            sage: x = sum(O.gens())
-            sage: x.imag()
-            e1 + e2 + e3 + e4 + e5 + e6 + e7
-
-        TESTS:
-
-        This method is idempotent::
-
-            sage: set_random_seed()
-            sage: O = Octonions()
-            sage: x = O.random_element()
-            sage: x.imag().imag() == x.imag()
-            True
-
-        """
-        return (self - self.conjugate())/2
-
-    def _norm_squared(self):
-        return (self*self.conjugate()).coefficient(0)
-
-    def norm(self):
-        r"""
-        Return the norm of this octonion.
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.octonions import Octonions
-
-        EXAMPLES::
-
-            sage: O = Octonions()
-            sage: O.one().norm()
-            1
-
-        TESTS:
-
-        The norm is nonnegative and belongs to the base field::
-
-            sage: set_random_seed()
-            sage: O = Octonions()
-            sage: n = O.random_element().norm()
-            sage: n >= 0 and n in O.base_ring()
-            True
-
-        The norm is homogeneous::
-
-            sage: set_random_seed()
-            sage: O = Octonions()
-            sage: x = O.random_element()
-            sage: alpha = O.base_ring().random_element()
-            sage: (alpha*x).norm() == alpha.abs()*x.norm()
-            True
-
-        """
-        return self._norm_squared().sqrt()
-
-    # The absolute value notation is typically used for complex numbers...
-    # and norm() isn't supported in AA, so this lets us use abs() in all
-    # of the division algebras we need.
-    abs = norm
-
-    def inverse(self):
-        r"""
-        Return the inverse of this element if it exists.
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.octonions import Octonions
-
-        EXAMPLES::
-
-            sage: O = Octonions()
-            sage: x = sum(O.gens())
-            sage: x*x.inverse() == O.one()
-            True
-
-        ::
-
-            sage: O = Octonions()
-            sage: O.one().inverse() == O.one()
-            True
-
-        TESTS::
-
-            sage: set_random_seed()
-            sage: O = Octonions()
-            sage: x = O.random_element()
-            sage: x.is_zero() or ( x*x.inverse() == O.one() )
-            True
-
-        """
-        if self.is_zero():
-            raise ValueError("zero is not invertible")
-        return self.conjugate()/self._norm_squared()
-
-
-    def cayley_dickson(self, Q=None):
-        r"""
-        Return the Cayley-Dickson representation of this element in terms
-        of the quaternion algebra ``Q``.
-
-        The Cayley-Dickson representation is an identification of
-        octionions `x` and `y` with pairs of quaternions `(a,b)` and
-        `(c,d)` respectively such that:
-
-        * `x + y = (a+b, c+d)`
-        * `xy` = (ac - \bar{d}*b, da + b\bar{c})`
-        * `\bar{x} = (a,-b)`
-
-        where `\bar{x}` denotes the conjugate of `x`.
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.octonions import Octonions
-
-        EXAMPLES::
-
-            sage: O = Octonions()
-            sage: x = sum(O.gens())
-            sage: x.cayley_dickson()
-            (1 + i + j + k, 1 + i + j + k)
-
-        """
-        if Q is None:
-            Q = QuaternionAlgebra(self.base_ring(), -1, -1)
-
-        i,j,k = Q.gens()
-        a = (self.coefficient(0)*Q.one() +
-             self.coefficient(1)*i +
-             self.coefficient(2)*j +
-             self.coefficient(3)*k )
-        b = (self.coefficient(4)*Q.one() +
-             self.coefficient(5)*i +
-             self.coefficient(6)*j +
-             self.coefficient(7)*k )
-
-        from sage.categories.sets_cat import cartesian_product
-        P = cartesian_product([Q,Q])
-        return P((a,b))
-
-
-class Octonions(CombinatorialFreeModule):
-    r"""
-    SETUP::
-
-        sage: from mjo.octonions import Octonions
-
-    EXAMPLES::
-
-        sage: Octonions()
-        Octonion algebra with base ring Algebraic Real Field
-        sage: Octonions(field=QQ)
-        Octonion algebra with base ring Rational Field
-
-    """
-    def __init__(self,
-                 field=AA,
-                 prefix="e"):
-
-        # Not associative, not commutative
-        category = MagmaticAlgebras(field).FiniteDimensional()
-        category = category.WithBasis().Unital()
-
-        super().__init__(field,
-                         range(8),
-                         element_class=Octonion,
-                         category=category,
-                         prefix=prefix,
-                         bracket=False)
-
-        # The product of each basis element is plus/minus another
-        # basis element that can simply be looked up on
-        # https://en.wikipedia.org/wiki/Octonion
-        e0, e1, e2, e3, e4, e5, e6, e7 = self.gens()
-        self._multiplication_table = (
-            (e0, e1, e2, e3, e4, e5, e6, e7),
-            (e1,-e0, e3,-e2, e5,-e4,-e7, e6),
-            (e2,-e3,-e0, e1, e6, e7,-e4,-e5),
-            (e3, e2,-e1,-e0, e7,-e6, e5,-e4),
-            (e4,-e5,-e6,-e7,-e0, e1, e2, e3),
-            (e5, e4,-e7, e6,-e1,-e0,-e3, e2),
-            (e6, e7, e4,-e5,-e2, e3,-e0,-e1),
-            (e7,-e6, e5, e4,-e3,-e2, e1,-e0),
-        )
-
-    def product_on_basis(self, i, j):
-        return self._multiplication_table[i][j]
-
-    def one_basis(self):
-        r"""
-        Return the monomial index (basis element) corresponding to the
-        octonion unit element.
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.octonions import Octonions
-
-        TESTS:
-
-        This gives the correct unit element::
-
-            sage: set_random_seed()
-            sage: O = Octonions()
-            sage: x = O.random_element()
-            sage: x*O.one() == x and O.one()*x == x
-            True
-
-        """
-        return 0
-
-    def _repr_(self):
-        return ("Octonion algebra with base ring %s" % self.base_ring())
-
-    def multiplication_table(self):
-        """
-        Return a visual representation of this algebra's multiplication
-        table (on basis elements).
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.octonions import Octonions
-
-        EXAMPLES:
-
-        The multiplication table is what Wikipedia says it is::
-
-            sage: Octonions().multiplication_table()
-            +----++----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
-            | *  || e0 | e1  | e2  | e3  | e4  | e5  | e6  | e7  |
-            +====++====+=====+=====+=====+=====+=====+=====+=====+
-            | e0 || e0 | e1  | e2  | e3  | e4  | e5  | e6  | e7  |
-            +----++----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
-            | e1 || e1 | -e0 | e3  | -e2 | e5  | -e4 | -e7 | e6  |
-            +----++----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
-            | e2 || e2 | -e3 | -e0 | e1  | e6  | e7  | -e4 | -e5 |
-            +----++----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
-            | e3 || e3 | e2  | -e1 | -e0 | e7  | -e6 | e5  | -e4 |
-            +----++----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
-            | e4 || e4 | -e5 | -e6 | -e7 | -e0 | e1  | e2  | e3  |
-            +----++----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
-            | e5 || e5 | e4  | -e7 | e6  | -e1 | -e0 | -e3 | e2  |
-            +----++----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
-            | e6 || e6 | e7  | e4  | -e5 | -e2 | e3  | -e0 | -e1 |
-            +----++----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
-            | e7 || e7 | -e6 | e5  | e4  | -e3 | -e2 | e1  | -e0 |
-            +----++----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
-
-        """
-        n = self.dimension()
-        # Prepend the header row.
-        M = [["*"] + list(self.gens())]
-
-        # And to each subsequent row, prepend an entry that belongs to
-        # the left-side "header column."
-        M += [ [self.monomial(i)] + [ self.monomial(i)*self.monomial(j)
-                                    for j in range(n) ]
-               for i in range(n) ]
-
-        return table(M, header_row=True, header_column=True, frame=True)
-
-
-
-class OctonionMatrixAlgebra(HurwitzMatrixAlgebra):
-    r"""
-    The algebra of ``n``-by-``n`` matrices with octonion entries over
-    (a subfield of) the real numbers.
-
-    The usual matrix spaces in SageMath don't support octonion entries
-    because they assume that the entries of the matrix come from a
-    commutative and associative ring, and the octonions are neither.
-
-    SETUP::
-
-        sage: from mjo.octonions import OctonionMatrixAlgebra
-
-    EXAMPLES::
-
-        sage: OctonionMatrixAlgebra(3)
-        Module of 3 by 3 matrices with entries in Octonion algebra with base
-        ring Algebraic Real Field over the scalar ring Algebraic Real Field
-        sage: OctonionMatrixAlgebra(3,QQ)
-        Module of 3 by 3 matrices with entries in Octonion algebra with base
-        ring Rational Field over the scalar ring Rational Field
-
-    ::
-
-        sage: A = OctonionMatrixAlgebra(2)
-        sage: e0,e1,e2,e3,e4,e5,e6,e7 = A.entry_algebra().gens()
-        sage: A([ [e0+e4, e1+e5],
-        ....:     [e2-e6, e3-e7] ])
-        +---------+---------+
-        | e0 + e4 | e1 + e5 |
-        +---------+---------+
-        | e2 - e6 | e3 - e7 |
-        +---------+---------+
-
-    ::
-
-        sage: A1 = OctonionMatrixAlgebra(1,QQ)
-        sage: A2 = OctonionMatrixAlgebra(1,QQ)
-        sage: cartesian_product([A1,A2])
-        Module of 1 by 1 matrices with entries in Octonion algebra with
-        base ring Rational Field over the scalar ring Rational Field (+)
-        Module of 1 by 1 matrices with entries in Octonion algebra with
-        base ring Rational Field over the scalar ring Rational Field
-
-    TESTS::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: A = OctonionMatrixAlgebra(ZZ.random_element(10))
-        sage: x = A.random_element()
-        sage: x*A.one() == x and A.one()*x == x
-        True
-
-    """
-    def __init__(self, n, scalars=AA, prefix="E", **kwargs):
-        super().__init__(Octonions(field=scalars),
-                         scalars,
-                         n,
-                         prefix=prefix,
-                         **kwargs)
-
-class QuaternionMatrixAlgebra(HurwitzMatrixAlgebra):
-    r"""
-    The algebra of ``n``-by-``n`` matrices with quaternion entries over
-    (a subfield of) the real numbers.
-
-    The usual matrix spaces in SageMath don't support quaternion entries
-    because they assume that the entries of the matrix come from a
-    commutative ring, and the quaternions are not commutative.
-
-    SETUP::
-
-        sage: from mjo.octonions import QuaternionMatrixAlgebra
-
-    EXAMPLES::
-
-        sage: QuaternionMatrixAlgebra(3)
-        Module of 3 by 3 matrices with entries in Quaternion
-        Algebra (-1, -1) with base ring Algebraic Real Field
-        over the scalar ring Algebraic Real Field
-        sage: QuaternionMatrixAlgebra(3,QQ)
-        Module of 3 by 3 matrices with entries in Quaternion
-        Algebra (-1, -1) with base ring Rational Field over
-        the scalar ring Rational Field
-
-    ::
-
-        sage: A = QuaternionMatrixAlgebra(2)
-        sage: i,j,k = A.entry_algebra().gens()
-        sage: A([ [1+i, j-2],
-        ....:     [k,   k+j] ])
-        +-------+--------+
-        | 1 + i | -2 + j |
-        +-------+--------+
-        | k     | j + k  |
-        +-------+--------+
-
-    ::
-
-        sage: A1 = QuaternionMatrixAlgebra(1,QQ)
-        sage: A2 = QuaternionMatrixAlgebra(2,QQ)
-        sage: cartesian_product([A1,A2])
-        Module of 1 by 1 matrices with entries in Quaternion Algebra
-        (-1, -1) with base ring Rational Field over the scalar ring
-        Rational Field (+) Module of 2 by 2 matrices with entries in
-        Quaternion Algebra (-1, -1) with base ring Rational Field over
-        the scalar ring Rational Field
-
-    TESTS::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: A = QuaternionMatrixAlgebra(ZZ.random_element(10))
-        sage: x = A.random_element()
-        sage: x*A.one() == x and A.one()*x == x
-        True
-
-    """
-    def __init__(self, n, scalars=AA, **kwargs):
-        # The -1,-1 gives us the "usual" definition of quaternion
-        Q = QuaternionAlgebra(scalars,-1,-1)
-        super().__init__(Q, scalars, n, **kwargs)