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Remove all of the is_foo_on() functions to a sage branch.
authorMichael Orlitzky <michael@orlitzky.com>
Sun, 19 Feb 2017 01:30:16 +0000 (20:30 -0500)
committerMichael Orlitzky <michael@orlitzky.com>
Sun, 19 Feb 2017 01:30:16 +0000 (20:30 -0500)
mjo/cone/cone.py

index 4221566a52c1210fa1045b9df9305f04a45924a6..e5075261c3f5738f4b69d76ac5fa13d98422731f 100644 (file)
@@ -1,480 +1,4 @@
 from sage.all import *
-from sage.geometry.cone import is_Cone
-
-def is_positive_on(L,K):
-    r"""
-    Determine whether or not ``L`` is positive on ``K``.
-
-    We say that ``L`` is positive on a closed convex cone ``K`` if
-    `L\left\lparen x \right\rparen` belongs to ``K`` for all `x` in
-    ``K``. This property need only be checked for generators of ``K``.
-
-    To reliably check whether or not ``L`` is positive, its base ring
-    must be either exact (for example, the rationals) or ``SR``. An
-    exact ring is more reliable, but in some cases a matrix whose
-    entries contain symbolic constants like ``e`` and ``pi`` will work.
-
-    INPUT:
-
-    - ``L`` -- A matrix over either an exact ring or ``SR``.
-
-    - ``K`` -- A polyhedral closed convex cone.
-
-    OUTPUT:
-
-    If the base ring of ``L`` is exact, then ``True`` will be returned if
-    and only if ``L`` is positive on ``K``.
-
-    If the base ring of ``L`` is ``SR``, then the situation is more
-    complicated:
-
-    - ``True`` will be returned if it can be proven that ``L``
-      is positive on ``K``.
-    - ``False`` will be returned if it can be proven that ``L``
-      is not positive on ``K``.
-    - ``False`` will also be returned if we can't decide; specifically
-      if we arrive at a symbolic inequality that cannot be resolved.
-
-    .. SEEALSO::
-
-          :func:`is_cross_positive_on`,
-          :func:`is_Z_operator_on`,
-          :func:`is_lyapunov_like_on`
-
-    EXAMPLES:
-
-    Nonnegative matrices are positive operators on the nonnegative
-    orthant::
-
-        sage: K = Cone([(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)])
-        sage: L = random_matrix(QQ,3).apply_map(abs)
-        sage: is_positive_on(L,K)
-        True
-
-    Your matrix can be over any exact ring, but you may get unexpected
-    answers with weirder rings. For example, any rational matrix is
-    positive on the plane, but if your matrix contains polynomial
-    variables, the answer will be negative::
-
-        sage: K = Cone([(1,0),(-1,0),(0,1),(0,-1)])
-        sage: K.is_full_space()
-        True
-        sage: L = matrix(QQ[x], [[x,0],[0,1]])
-        sage: is_positive_on(L,K)
-        False
-
-    The previous example is "unexpected" because it depends on how we
-    check whether or not ``L`` is positive. For exact base rings, we
-    check whether or not ``L*z`` belongs to ``K`` for each ``z in K``.
-    If ``K`` is closed, then an equally-valid test would be to check
-    whether the inner product of ``L*z`` and ``s`` is nonnegative for
-    every ``z`` in ``K`` and ``s`` in ``K.dual()``. In fact, that is
-    what we do over inexact rings. In the previous example, that test
-    would return an affirmative answer::
-
-        sage: K = Cone([(1,0),(-1,0),(0,1),(0,-1)])
-        sage: L = matrix(QQ[x], [[x,0],[0,1]])
-        sage: all([ (L*z).inner_product(s) for z in K for s in K.dual() ])
-        True
-        sage: is_positive_on(L.change_ring(SR), K)
-        True
-
-    TESTS:
-
-    The identity operator is always positive::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=8)
-        sage: L = identity_matrix(K.lattice_dim())
-        sage: is_positive_on(L,K)
-        True
-
-    The "zero" operator is always positive::
-
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=8)
-        sage: R = K.lattice().vector_space().base_ring()
-        sage: L = zero_matrix(R, K.lattice_dim())
-        sage: is_positive_on(L,K)
-        True
-
-    Everything in ``K.positive_operators_gens()`` should be
-    positive on ``K``::
-
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=5)
-        sage: all([ is_positive_on(L,K)                     # long time
-        ....:       for L in K.positive_operators_gens() ]) # long time
-        True
-        sage: all([ is_positive_on(L.change_ring(SR),K)     # long time
-        ....:       for L in K.positive_operators_gens() ]) # long time
-        True
-
-    Technically we could test this, but for now only closed convex cones
-    are supported as our ``K`` argument::
-
-        sage: K = [ vector([1,2,3]), vector([5,-1,7]) ]
-        sage: L = identity_matrix(3)
-        sage: is_positive_on(L,K)
-        Traceback (most recent call last):
-        ...
-        TypeError: K must be a Cone.
-
-    We can't give reliable answers over inexact rings::
-
-        sage: K = Cone([(1,2,3), (4,5,6)])
-        sage: L = identity_matrix(RR,3)
-        sage: is_positive_on(L,K)
-        Traceback (most recent call last):
-        ...
-        ValueError: The base ring of L is neither SR nor exact.
-
-    """
-
-    if not is_Cone(K):
-        raise TypeError('K must be a Cone.')
-    if not L.base_ring().is_exact() and not L.base_ring() is SR:
-        raise ValueError('The base ring of L is neither SR nor exact.')
-
-    if L.base_ring().is_exact():
-        # This should be way faster than computing the dual and
-        # checking a bunch of inequalities, but it doesn't work if
-        # ``L*x`` is symbolic. For example, ``e in Cone([(1,)])``
-        # is true, but returns ``False``.
-        return all([ L*x in K for x in K ])
-    else:
-        # Fall back to inequality-checking when the entries of ``L``
-        # might be symbolic.
-        return all([ s*(L*x) >= 0 for x in K for s in K.dual() ])
-
-
-def is_cross_positive_on(L,K):
-    r"""
-    Determine whether or not ``L`` is cross-positive on ``K``.
-
-    We say that ``L`` is cross-positive on a closed convex cone``K`` if
-    `\left\langle L\left\lparenx\right\rparen,s\right\rangle \ge 0` for
-    all pairs `\left\langle x,s \right\rangle` in the complementarity
-    set of ``K``. This property need only be checked for generators of
-    ``K`` and its dual.
-
-    To reliably check whether or not ``L`` is cross-positive, its base
-    ring must be either exact (for example, the rationals) or ``SR``. An
-    exact ring is more reliable, but in some cases a matrix whose
-    entries contain symbolic constants like ``e`` and ``pi`` will work.
-
-    INPUT:
-
-    - ``L`` -- A matrix over either an exact ring or ``SR``.
-
-    - ``K`` -- A polyhedral closed convex cone.
-
-    OUTPUT:
-
-    If the base ring of ``L`` is exact, then ``True`` will be returned if
-    and only if ``L`` is cross-positive on ``K``.
-
-    If the base ring of ``L`` is ``SR``, then the situation is more
-    complicated:
-
-    - ``True`` will be returned if it can be proven that ``L``
-      is cross-positive on ``K``.
-    - ``False`` will be returned if it can be proven that ``L``
-      is not cross-positive on ``K``.
-    - ``False`` will also be returned if we can't decide; specifically
-      if we arrive at a symbolic inequality that cannot be resolved.
-
-    .. SEEALSO::
-
-          :func:`is_positive_on`,
-          :func:`is_Z_operator_on`,
-          :func:`is_lyapunov_like_on`
-
-    EXAMPLES:
-
-    The identity operator is always cross-positive::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=8)
-        sage: L = identity_matrix(K.lattice_dim())
-        sage: is_cross_positive_on(L,K)
-        True
-
-    The "zero" operator is always cross-positive::
-
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=8)
-        sage: R = K.lattice().vector_space().base_ring()
-        sage: L = zero_matrix(R, K.lattice_dim())
-        sage: is_cross_positive_on(L,K)
-        True
-
-    TESTS:
-
-    Everything in ``K.cross_positive_operators_gens()`` should be
-    cross-positive on ``K``::
-
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=5)
-        sage: all([ is_cross_positive_on(L,K)                     # long time
-        ....:       for L in K.cross_positive_operators_gens() ]) # long time
-        True
-        sage: all([ is_cross_positive_on(L.change_ring(SR),K)     # long time
-        ....:       for L in K.cross_positive_operators_gens() ]) # long time
-        True
-
-    Technically we could test this, but for now only closed convex cones
-    are supported as our ``K`` argument::
-
-        sage: L = identity_matrix(3)
-        sage: K = [ vector([8,2,-8]), vector([5,-5,7]) ]
-        sage: is_cross_positive_on(L,K)
-        Traceback (most recent call last):
-        ...
-        TypeError: K must be a Cone.
-
-    We can't give reliable answers over inexact rings::
-
-        sage: K = Cone([(1,2,3), (4,5,6)])
-        sage: L = identity_matrix(RR,3)
-        sage: is_cross_positive_on(L,K)
-        Traceback (most recent call last):
-        ...
-        ValueError: The base ring of L is neither SR nor exact.
-
-    """
-    if not is_Cone(K):
-        raise TypeError('K must be a Cone.')
-    if not L.base_ring().is_exact() and not L.base_ring() is SR:
-        raise ValueError('The base ring of L is neither SR nor exact.')
-
-    return all([ s*(L*x) >= 0
-                 for (x,s) in K.discrete_complementarity_set() ])
-
-def is_Z_operator_on(L,K):
-    r"""
-    Determine whether or not ``L`` is a Z-operator on ``K``.
-
-    We say that ``L`` is a Z-operator on a closed convex cone``K`` if
-    `\left\langle L\left\lparenx\right\rparen,s\right\rangle \le 0` for
-    all pairs `\left\langle x,s \right\rangle` in the complementarity
-    set of ``K``. It is known that this property need only be checked
-    for generators of ``K`` and its dual.
-
-    A matrix is a Z-operator on ``K`` if and only if its negation is a
-    cross-positive operator on ``K``.
-
-    To reliably check whether or not ``L`` is a Z operator, its base
-    ring must be either exact (for example, the rationals) or ``SR``. An
-    exact ring is more reliable, but in some cases a matrix whose
-    entries contain symbolic constants like ``e`` and ``pi`` will work.
-
-    INPUT:
-
-    - ``L`` -- A matrix over either an exact ring or ``SR``.
-
-    - ``K`` -- A polyhedral closed convex cone.
-
-    OUTPUT:
-
-    If the base ring of ``L`` is exact, then ``True`` will be returned if
-    and only if ``L`` is a Z-operator on ``K``.
-
-    If the base ring of ``L`` is ``SR``, then the situation is more
-    complicated:
-
-    - ``True`` will be returned if it can be proven that ``L``
-      is a Z-operator on ``K``.
-    - ``False`` will be returned if it can be proven that ``L``
-      is not a Z-operator on ``K``.
-    - ``False`` will also be returned if we can't decide; specifically
-      if we arrive at a symbolic inequality that cannot be resolved.
-
-    .. SEEALSO::
-
-          :func:`is_positive_on`,
-          :func:`is_cross_positive_on`,
-          :func:`is_lyapunov_like_on`
-
-    EXAMPLES:
-
-    The identity operator is always a Z-operator::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=8)
-        sage: L = identity_matrix(K.lattice_dim())
-        sage: is_Z_operator_on(L,K)
-        True
-
-    The "zero" operator is always a Z-operator::
-
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=8)
-        sage: R = K.lattice().vector_space().base_ring()
-        sage: L = zero_matrix(R, K.lattice_dim())
-        sage: is_Z_operator_on(L,K)
-        True
-
-    TESTS:
-
-    Everything in ``K.Z_operators_gens()`` should be a Z-operator
-    on ``K``::
-
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=5)
-        sage: all([ is_Z_operator_on(L,K)            # long time
-        ....:       for L in K.Z_operators_gens() ]) # long time
-        True
-        sage: all([ is_Z_operator_on(L.change_ring(SR),K) # long time
-        ....:       for L in K.Z_operators_gens() ])      # long time
-        True
-
-    Technically we could test this, but for now only closed convex cones
-    are supported as our ``K`` argument::
-
-        sage: L = identity_matrix(3)
-        sage: K = [ vector([-4,20,3]), vector([1,-5,2]) ]
-        sage: is_Z_operator_on(L,K)
-        Traceback (most recent call last):
-        ...
-        TypeError: K must be a Cone.
-
-
-    We can't give reliable answers over inexact rings::
-
-        sage: K = Cone([(1,2,3), (4,5,6)])
-        sage: L = identity_matrix(RR,3)
-        sage: is_Z_operator_on(L,K)
-        Traceback (most recent call last):
-        ...
-        ValueError: The base ring of L is neither SR nor exact.
-
-    """
-    return is_cross_positive_on(-L,K)
-
-
-def is_lyapunov_like_on(L,K):
-    r"""
-    Determine whether or not ``L`` is Lyapunov-like on ``K``.
-
-    We say that ``L`` is Lyapunov-like on a closed convex cone ``K`` if
-    `\left\langle L\left\lparenx\right\rparen,s\right\rangle = 0` for
-    all pairs `\left\langle x,s \right\rangle` in the complementarity
-    set of ``K``. This property need only be checked for generators of
-    ``K`` and its dual.
-
-    An operator is Lyapunov-like on ``K`` if and only if both the
-    operator itself and its negation are cross-positive on ``K``.
-
-    To reliably check whether or not ``L`` is Lyapunov-like, its base
-    ring must be either exact (for example, the rationals) or ``SR``. An
-    exact ring is more reliable, but in some cases a matrix whose
-    entries contain symbolic constants like ``e`` and ``pi`` will work.
-
-    INPUT:
-
-    - ``L`` -- A matrix over either an exact ring or ``SR``.
-
-    - ``K`` -- A polyhedral closed convex cone.
-
-    OUTPUT:
-
-    If the base ring of ``L`` is exact, then ``True`` will be returned if
-    and only if ``L`` is Lyapunov-like on ``K``.
-
-    If the base ring of ``L`` is ``SR``, then the situation is more
-    complicated:
-
-    - ``True`` will be returned if it can be proven that ``L``
-      is Lyapunov-like on ``K``.
-    - ``False`` will be returned if it can be proven that ``L``
-      is not Lyapunov-like on ``K``.
-    - ``False`` will also be returned if we can't decide; specifically
-      if we arrive at a symbolic inequality that cannot be resolved.
-
-    .. SEEALSO::
-
-          :func:`is_positive_on`,
-          :func:`is_cross_positive_on`,
-          :func:`is_Z_operator_on`
-
-    EXAMPLES:
-
-    Diagonal matrices are Lyapunov-like operators on the nonnegative
-    orthant::
-
-        sage: K = Cone([(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)])
-        sage: L = diagonal_matrix(random_vector(QQ,3))
-        sage: is_lyapunov_like_on(L,K)
-        True
-
-    TESTS:
-
-    The identity operator is always Lyapunov-like::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=8)
-        sage: L = identity_matrix(K.lattice_dim())
-        sage: is_lyapunov_like_on(L,K)
-        True
-
-    The "zero" operator is always Lyapunov-like::
-
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=8)
-        sage: R = K.lattice().vector_space().base_ring()
-        sage: L = zero_matrix(R, K.lattice_dim())
-        sage: is_lyapunov_like_on(L,K)
-        True
-
-    Everything in ``K.lyapunov_like_basis()`` should be Lyapunov-like
-    on ``K``::
-
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=5)
-        sage: all([ is_lyapunov_like_on(L,K)            # long time
-        ....:       for L in K.lyapunov_like_basis() ]) # long time
-        True
-        sage: all([ is_lyapunov_like_on(L.change_ring(SR),K) # long time
-        ....:       for L in K.lyapunov_like_basis() ])      # long time
-        True
-
-    Technically we could test this, but for now only closed convex cones
-    are supported as our ``K`` argument::
-
-        sage: L = identity_matrix(3)
-        sage: K = [ vector([2,2,-1]), vector([5,4,-3]) ]
-        sage: is_lyapunov_like_on(L,K)
-        Traceback (most recent call last):
-        ...
-        TypeError: K must be a Cone.
-
-    We can't give reliable answers over inexact rings::
-
-        sage: K = Cone([(1,2,3), (4,5,6)])
-        sage: L = identity_matrix(RR,3)
-        sage: is_lyapunov_like_on(L,K)
-        Traceback (most recent call last):
-        ...
-        ValueError: The base ring of L is neither SR nor exact.
-
-    An operator is Lyapunov-like on a cone if and only if both the
-    operator and its negation are cross-positive on the cone::
-
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=5)
-        sage: R = K.lattice().vector_space().base_ring()
-        sage: L = random_matrix(R, K.lattice_dim())
-        sage: actual = is_lyapunov_like_on(L,K)          # long time
-        sage: expected = (is_cross_positive_on(L,K) and  # long time
-        ....:             is_cross_positive_on(-L,K))    # long time
-        sage: actual == expected                         # long time
-        True
-
-    """
-    if not is_Cone(K):
-        raise TypeError('K must be a Cone.')
-    if not L.base_ring().is_exact() and not L.base_ring() is SR:
-        raise ValueError('The base ring of L is neither SR nor exact.')
-
-    # Even though ``discrete_complementarity_set`` is a cached method
-    # of cones, this is faster than calling ``is_cross_positive_on``
-    # twice: doing so checks twice as many inequalities as the number
-    # of equalities that we're about to check.
-    return all([ s*(L*x) == 0
-                 for (x,s) in K.discrete_complementarity_set() ])
-
 
 def LL_cone(K):
     gens = K.lyapunov_like_basis()