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eja: handle tuples in parent algebras rather than in subclasses.
authorMichael Orlitzky <michael@orlitzky.com>
Wed, 24 Feb 2021 23:54:10 +0000 (18:54 -0500)
committerMichael Orlitzky <michael@orlitzky.com>
Wed, 24 Feb 2021 23:54:10 +0000 (18:54 -0500)
This is "necessary" because we won't always have a Cartesian product
algebra when our basis consists of tuples. Particularly in
element-subalgebras of Cartesian product algebras. It leads to more
special-casing, but whatever. Someday SageMath will know that both
matrix spaces and Cartesian products of vector spaces are themselves
vector spaces.

mjo/eja/eja_algebra.py
mjo/eja/eja_element.py
mjo/eja/eja_subalgebra.py
mjo/eja/eja_utils.py

index 9ba146bc6e8fd6dc97dcf1f7d70058cd046528a4..811850586f21048aba1ed07292eaf51f15350fe1 100644 (file)
@@ -31,10 +31,9 @@ from sage.modules.free_module import FreeModule, VectorSpace
 from sage.rings.all import (ZZ, QQ, AA, QQbar, RR, RLF, CLF,
                             PolynomialRing,
                             QuadraticField)
-from mjo.eja.eja_element import (CartesianProductEJAElement,
-                                 FiniteDimensionalEJAElement)
+from mjo.eja.eja_element import FiniteDimensionalEJAElement
 from mjo.eja.eja_operator import FiniteDimensionalEJAOperator
-from mjo.eja.eja_utils import _mat2vec
+from mjo.eja.eja_utils import _all2list, _mat2vec
 
 class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
     r"""
@@ -76,6 +75,18 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
                  check_axioms=True,
                  prefix='e'):
 
+        # Keep track of whether or not the matrix basis consists of
+        # tuples, since we need special cases for them damned near
+        # everywhere.  This is INDEPENDENT of whether or not the
+        # algebra is a cartesian product, since a subalgebra of a
+        # cartesian product will have a basis of tuples, but will not
+        # in general itself be a cartesian product algebra.
+        self._matrix_basis_is_cartesian = False
+        n = len(basis)
+        if n > 0:
+            if hasattr(basis[0], 'cartesian_factors'):
+                self._matrix_basis_is_cartesian = True
+
         if check_field:
             if not field.is_subring(RR):
                 # Note: this does return true for the real algebraic
@@ -89,7 +100,13 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
             # The field for a cartesian product algebra comes from one
             # of its factors and is the same for all factors, so
             # there's no need to "reapply" it on product algebras.
-            basis = tuple( b.change_ring(field) for b in basis )
+            if self._matrix_basis_is_cartesian:
+                # OK since if n == 0, the basis does not consist of tuples.
+                P = basis[0].parent()
+                basis = tuple( P(tuple(b_i.change_ring(field) for b_i in b))
+                               for b in basis )
+            else:
+                basis = tuple( b.change_ring(field) for b in basis )
 
 
         if check_axioms:
@@ -118,7 +135,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
 
         # Call the superclass constructor so that we can use its from_vector()
         # method to build our multiplication table.
-        n = len(basis)
         CombinatorialFreeModule.__init__(self,
                                          field,
                                          range(n),
@@ -133,17 +149,9 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         # we see in things like x = 1*e1 + 2*e2.
         vector_basis = basis
 
-        def flatten(b):
-            # flatten a vector, matrix, or cartesian product of those
-            # things into a long list.
-            if cartesian_product:
-                return sum(( b_i.list() for b_i in b ), [])
-            else:
-                return b.list()
-
         degree = 0
         if n > 0:
-            degree = len(flatten(basis[0]))
+            degree = len(_all2list(basis[0]))
 
         # Build an ambient space that fits our matrix basis when
         # written out as "long vectors."
@@ -157,7 +165,7 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
             # Save a copy of the un-orthonormalized basis for later.
             # Convert it to ambient V (vector) coordinates while we're
             # at it, because we'd have to do it later anyway.
-            deortho_vector_basis = tuple( V(flatten(b)) for b in basis )
+            deortho_vector_basis = tuple( V(_all2list(b)) for b in basis )
 
             from mjo.eja.eja_utils import gram_schmidt
             basis = tuple(gram_schmidt(basis, inner_product))
@@ -169,7 +177,7 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         # Now create the vector space for the algebra, which will have
         # its own set of non-ambient coordinates (in terms of the
         # supplied basis).
-        vector_basis = tuple( V(flatten(b)) for b in basis )
+        vector_basis = tuple( V(_all2list(b)) for b in basis )
         W = V.span_of_basis( vector_basis, check=check_axioms)
 
         if orthonormalize:
@@ -201,7 +209,7 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
                 # The jordan product returns a matrixy answer, so we
                 # have to convert it to the algebra coordinates.
                 elt = jordan_product(q_i, q_j)
-                elt = W.coordinate_vector(V(flatten(elt)))
+                elt = W.coordinate_vector(V(_all2list(elt)))
                 self._multiplication_table[i][j] = self.from_vector(elt)
 
                 if not orthonormalize:
@@ -414,6 +422,15 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
             ...
             ValueError: not an element of this algebra
 
+        Tuples work as well, provided that the matrix basis for the
+        algebra consists of them::
+
+            sage: J1 = HadamardEJA(3)
+            sage: J2 = RealSymmetricEJA(2)
+            sage: J = cartesian_product([J1,J2])
+            sage: J( (J1.matrix_basis()[1], J2.matrix_basis()[2]) )
+            e(0, 1) + e(1, 2)
+
         TESTS:
 
         Ensure that we can convert any element of the two non-matrix
@@ -459,14 +476,20 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         # closure whereas the base ring of the 3-by-3 identity matrix
         # could be QQ instead of QQbar.
         #
+        # And, we also have to handle Cartesian product bases (when
+        # the matric basis consists of tuples) here. The "good news"
+        # is that we're already converting everything to long vectors,
+        # and that strategy works for tuples as well.
+        #
         # We pass check=False because the matrix basis is "guaranteed"
         # to be linearly independent... right? Ha ha.
-        V = VectorSpace(self.base_ring(), elt.nrows()*elt.ncols())
-        W = V.span_of_basis( (_mat2vec(s) for s in self.matrix_basis()),
+        elt = _all2list(elt)
+        V = VectorSpace(self.base_ring(), len(elt))
+        W = V.span_of_basis( (V(_all2list(s)) for s in self.matrix_basis()),
                              check=False)
 
         try:
-            coords =  W.coordinate_vector(_mat2vec(elt))
+            coords = W.coordinate_vector(V(elt))
         except ArithmeticError:  # vector is not in free module
             raise ValueError(msg)
 
@@ -1267,9 +1290,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
     def subalgebra(self, basis, **kwargs):
         r"""
         Create a subalgebra of this algebra from the given basis.
-
-        This is a simple wrapper around a subalgebra class constructor
-        that can be overridden in subclasses.
         """
         from mjo.eja.eja_subalgebra import FiniteDimensionalEJASubalgebra
         return FiniteDimensionalEJASubalgebra(self, basis, **kwargs)
@@ -1293,7 +1313,6 @@ class FiniteDimensionalEJA(CombinatorialFreeModule):
         return self.zero().to_vector().parent().ambient_vector_space()
 
 
-    Element = FiniteDimensionalEJAElement
 
 class RationalBasisEJA(FiniteDimensionalEJA):
     r"""
@@ -2844,6 +2863,9 @@ class CartesianProductEJA(CombinatorialFreeModule_CartesianProduct,
         True
 
     """
+    Element = FiniteDimensionalEJAElement
+
+
     def __init__(self, algebras, **kwargs):
         CombinatorialFreeModule_CartesianProduct.__init__(self,
                                                           algebras,
@@ -3107,46 +3129,6 @@ class CartesianProductEJA(CombinatorialFreeModule_CartesianProduct,
         return FiniteDimensionalEJAOperator(Ji,self,Ei.matrix())
 
 
-    def _element_constructor_(self, elt):
-        r"""
-        Construct an element of this algebra from an ordered tuple.
-
-        We just apply the element constructor from each of our factors
-        to the corresponding component of the tuple, and package up
-        the result.
-
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (HadamardEJA,
-            ....:                                  RealSymmetricEJA)
-
-        EXAMPLES::
-
-            sage: J1 = HadamardEJA(3)
-            sage: J2 = RealSymmetricEJA(2)
-            sage: J = cartesian_product([J1,J2])
-            sage: J( (J1.matrix_basis()[1], J2.matrix_basis()[2]) )
-            e(0, 1) + e(1, 2)
-        """
-        m = len(self.cartesian_factors())
-        try:
-            z = tuple( self.cartesian_factors()[i](elt[i]) for i in range(m) )
-            return self._cartesian_product_of_elements(z)
-        except:
-            raise ValueError("not an element of this algebra")
-
-    def subalgebra(self, basis, **kwargs):
-        r"""
-        Create a subalgebra of this algebra from the given basis.
-
-        This overrides the superclass method to use a special class
-        for Cartesian products.
-        """
-        from mjo.eja.eja_subalgebra import CartesianProductEJASubalgebra
-        return CartesianProductEJASubalgebra(self, basis, **kwargs)
-
-    Element = CartesianProductEJAElement
-
 
 FiniteDimensionalEJA.CartesianProduct = CartesianProductEJA
 
index 42e5782c4539c97fcd71805b50c81cd4a96877a5..9044860b8b8674c4110bde49edc2d46e9c999bfa 100644 (file)
@@ -1107,14 +1107,35 @@ class FiniteDimensionalEJAElement(IndexedFreeModuleElement):
             [0 0 0 0 0 0 1 0]
             [0 0 0 0 0 0 0 1]
 
+        This also works in Cartesian product algebras::
+
+            sage: J1 = HadamardEJA(1)
+            sage: J2 = RealSymmetricEJA(2)
+            sage: J = cartesian_product([J1,J2])
+            sage: x = sum(J.gens())
+            sage: x.to_matrix()[0]
+            [1]
+            sage: x.to_matrix()[1]
+            [                  1 0.7071067811865475?]
+            [0.7071067811865475?                   1]
+
         """
         B = self.parent().matrix_basis()
         W = self.parent().matrix_space()
 
-        # This is just a manual "from_vector()", but of course
-        # matrix spaces aren't vector spaces in sage, so they
-        # don't have a from_vector() method.
-        return W.linear_combination( zip(B, self.to_vector()) )
+        if self.parent()._matrix_basis_is_cartesian:
+            # Aaaaand linear combinations don't work in Cartesian
+            # product spaces, even though they provide a method
+            # with that name.
+            pairs = zip(B, self.to_vector())
+            return sum( ( W(tuple(alpha*b_i for b_i in b))
+                          for (b,alpha) in pairs ),
+                        W.zero())
+        else:
+            # This is just a manual "from_vector()", but of course
+            # matrix spaces aren't vector spaces in sage, so they
+            # don't have a from_vector() method.
+            return W.linear_combination( zip(B, self.to_vector()) )
 
 
 
@@ -1615,38 +1636,3 @@ class FiniteDimensionalEJAElement(IndexedFreeModuleElement):
 
         """
         return self.trace_inner_product(self).sqrt()
-
-
-
-class CartesianProductEJAElement(FiniteDimensionalEJAElement):
-
-    def to_matrix(self):
-        r"""
-        SETUP::
-
-            sage: from mjo.eja.eja_algebra import (HadamardEJA,
-            ....:                                  RealSymmetricEJA)
-
-        EXAMPLES::
-
-            sage: J1 = HadamardEJA(1)
-            sage: J2 = RealSymmetricEJA(2)
-            sage: J = cartesian_product([J1,J2])
-            sage: x = sum(J.gens())
-            sage: x.to_matrix()[0]
-            [1]
-            sage: x.to_matrix()[1]
-            [                  1 0.7071067811865475?]
-            [0.7071067811865475?                   1]
-
-        """
-        B = self.parent().matrix_basis()
-        W = self.parent().matrix_space()
-
-        # Aaaaand linear combinations don't work in Cartesian
-        # product spaces, even though they provide a method
-        # with that name.
-        pairs = zip(B, self.to_vector())
-        return sum( ( W(tuple(alpha*b_i for b_i in b))
-                      for (b,alpha) in pairs ),
-                    W.zero())
index e2d12d26b01a0deaedeb190d450dfd14ede3c262..3b8c67d6176320485ab30549d7cfdbbdc9a48ffa 100644 (file)
@@ -1,11 +1,7 @@
 from sage.matrix.constructor import matrix
 
-from sage.combinat.free_module import CombinatorialFreeModule_CartesianProduct
-
-from mjo.eja.eja_algebra import (CartesianProductEJA,
-                                 FiniteDimensionalEJA)
-from mjo.eja.eja_element import (CartesianProductEJAElement,
-                                 FiniteDimensionalEJAElement)
+from mjo.eja.eja_algebra import FiniteDimensionalEJA
+from mjo.eja.eja_element import FiniteDimensionalEJAElement
 
 class FiniteDimensionalEJASubalgebraElement(FiniteDimensionalEJAElement):
     """
@@ -234,24 +230,3 @@ class FiniteDimensionalEJASubalgebra(FiniteDimensionalEJA):
 
 
     Element = FiniteDimensionalEJASubalgebraElement
-
-
-
-class CartesianProductEJASubalgebraElement(CartesianProductEJAElement,
-                                           FiniteDimensionalEJASubalgebraElement):
-    pass
-
-class CartesianProductEJASubalgebra(CartesianProductEJA,
-                                    FiniteDimensionalEJASubalgebra):
-
-    def __init__(self, superalgebra, basis, **kwargs):
-        CombinatorialFreeModule_CartesianProduct.__init__(self,
-                                                          superalgebra.cartesian_factors())
-        FiniteDimensionalEJASubalgebra.__init__(self,
-                                                superalgebra,
-                                                basis,
-                                                cartesian_product=True,
-                                                **kwargs)
-
-
-    Element = CartesianProductEJASubalgebraElement
index b6e0c7d38eaf1d9114973bba4f5ad0674cb8a8a2..29edf5b8a339b073e1426a12a98a6143e7af5069 100644 (file)
@@ -2,6 +2,22 @@ from sage.functions.other import sqrt
 from sage.matrix.constructor import matrix
 from sage.modules.free_module_element import vector
 
+def _all2list(x):
+    r"""
+    Flatten a vector, matrix, or cartesian product of those things
+    into a long list.
+    """
+    if hasattr(x, 'list'):
+        # Easy case...
+        return x.list()
+    if hasattr(x, 'cartesian_factors'):
+        # If it's a formal cartesian product space element, then
+        # we also know what to do...
+        return sum(( x_i.list() for x_i in x ), [])
+    else:
+        # But what if it's a tuple or something else?
+        return sum( map(_all2list,x), [] )
+
 def _mat2vec(m):
         return vector(m.base_ring(), m.list())