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[sage.d.git] / mjo / cone / cone.py
index 6d7d2d9b4d2b379bc6041fe089e5a6ea38b8e48a..fd63612b3277151d880be83fa5b827652081bd22 100644 (file)
@@ -1,39 +1,40 @@
-# Sage doesn't load ~/.sage/init.sage during testing (sage -t), so we
-# have to explicitly mangle our sitedir here so that "mjo.cone"
-# resolves.
-from os.path import abspath
-from site import addsitedir
-addsitedir(abspath('../../'))
-
 from sage.all import *
 
-
-def _restrict_to_space(K, W):
+def is_lyapunov_like(L,K):
     r"""
-    Restrict this cone (up to linear isomorphism) to a vector subspace.
-
-    This operation not only restricts the cone to a subspace of its
-    ambient space, but also represents the rays of the cone in a new
-    (smaller) lattice corresponding to the subspace. The resulting cone
-    will be linearly isomorphic **but not equal** to the desired
-    restriction, since it has likely undergone a change of basis.
-
-    To explain the difficulty, consider the cone ``K = Cone([(1,1,1)])``
-    having a single ray. The span of ``K`` is a one-dimensional subspace
-    containing ``K``, yet we have no way to perform operations like
-    :meth:`dual` in the subspace. To represent ``K`` in the space
-    ``K.span()``, we must perform a change of basis and write its sole
-    ray as ``(1,0,0)``. Now the restricted ``Cone([(1,)])`` is linearly
-    isomorphic (but of course not equal) to ``K`` interpreted as living
-    in ``K.span()``.
+    Determine whether or not ``L`` is Lyapunov-like on ``K``.
+
+    We say that ``L`` is Lyapunov-like on ``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``. It is known [Orlitzky]_ that this property need only be
+    checked for generators of ``K`` and its dual.
+
+    There are faster ways of checking this property. For example, we
+    could compute a `lyapunov_like_basis` of the cone, and then test
+    whether or not the given matrix is contained in the span of that
+    basis. The value of this function is that it works on symbolic
+    matrices.
 
     INPUT:
 
-    - ``W`` -- The subspace into which this cone will be restricted.
+    - ``L`` -- A linear transformation or matrix.
+
+    - ``K`` -- A polyhedral closed convex cone.
 
     OUTPUT:
 
-    A new cone in a sublattice corresponding to ``W``.
+    ``True`` if it can be proven that ``L`` is Lyapunov-like on ``K``,
+    and ``False`` otherwise.
+
+    .. WARNING::
+
+        If this function returns ``True``, then ``L`` is Lyapunov-like
+        on ``K``. However, if ``False`` is returned, that could mean one
+        of two things. The first is that ``L`` is definitely not
+        Lyapunov-like on ``K``. The second is more of an "I don't know"
+        answer, returned (for example) if we cannot prove that an inner
+        product is zero.
 
     REFERENCES:
 
@@ -42,703 +43,773 @@ def _restrict_to_space(K, W):
 
     EXAMPLES:
 
-    Restricting a solid cone to its own span returns a cone linearly
-    isomorphic to the original::
-
-        sage: K = Cone([(1,2,3),(-1,1,0),(9,0,-2)])
-        sage: K.is_solid()
-        True
-        sage: _restrict_to_space(K, K.span()).rays()
-        N(-1,  1,  0),
-        N( 1,  0,  0),
-        N( 9, -6, -1)
-        in 3-d lattice N
-
-    A single ray restricted to its own span has the same representation
-    regardless of the ambient space::
-
-        sage: K2 = Cone([(1,0)])
-        sage: K2_S = _restrict_to_space(K2, K2.span()).rays()
-        sage: K2_S
-        N(1)
-        in 1-d lattice N
-        sage: K3 = Cone([(1,1,1)])
-        sage: K3_S = _restrict_to_space(K3, K3.span()).rays()
-        sage: K3_S
-        N(1)
-        in 1-d lattice N
-        sage: K2_S == K3_S
-        True
-
-    Restricting to a trivial space gives the trivial cone::
-
-        sage: K = Cone([(8,3,-1,0),(9,2,2,0),(-4,6,7,0)])
-        sage: trivial_space = K.lattice().vector_space().span([])
-        sage: _restrict_to_space(K, trivial_space)
-        0-d cone in 0-d lattice N
-
-    TESTS:
-
-    Restricting a cone to its own span results in a solid cone::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim = 8)
-        sage: K_S = _restrict_to_space(K, K.span())
-        sage: K_S.is_solid()
-        True
-
-    Restricting a cone to its own span should not affect the number of
-    rays in the cone::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim = 8)
-        sage: K_S = _restrict_to_space(K, K.span())
-        sage: K.nrays() == K_S.nrays()
-        True
-
-    Restricting a cone to its own span should not affect its dimension::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim = 8)
-        sage: K_S = _restrict_to_space(K, K.span())
-        sage: K.dim() == K_S.dim()
-        True
-
-    Restricting a cone to its own span should not affects its lineality::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim = 8)
-        sage: K_S = _restrict_to_space(K, K.span())
-        sage: K.lineality() == K_S.lineality()
-        True
-
-    Restricting a cone to its own span should not affect the number of
-    facets it has::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim = 8)
-        sage: K_S = _restrict_to_space(K, K.span())
-        sage: len(K.facets()) == len(K_S.facets())
-        True
-
-    Restricting a solid cone to its own span is a linear isomorphism and
-    should not affect the dimension of its ambient space::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim = 8, solid = True)
-        sage: K_S = _restrict_to_space(K, K.span())
-        sage: K.lattice_dim() == K_S.lattice_dim()
-        True
-
-    Restricting a solid cone to its own span is a linear isomorphism
-    that establishes a one-to-one correspondence of discrete
-    complementarity sets::
+    The identity is always Lyapunov-like in a nontrivial space::
 
         sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim = 8, solid = True)
-        sage: K_S = _restrict_to_space(K, K.span())
-        sage: dcs_K   = K.discrete_complementarity_set()
-        sage: dcs_K_S = K_S.discrete_complementarity_set()
-        sage: len(dcs_K) == len(dcs_K_S)
+        sage: K = random_cone(min_ambient_dim=1, max_ambient_dim=8)
+        sage: L = identity_matrix(K.lattice_dim())
+        sage: is_lyapunov_like(L,K)
         True
 
-    Restricting a solid cone to its own span is a linear isomorphism
-    under which the Lyapunov rank (the length of a Lyapunov-like basis)
-    is invariant::
+    As is the "zero" transformation::
 
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim = 8, solid = True)
-        sage: K_S = _restrict_to_space(K, K.span())
-        sage: len(K.lyapunov_like_basis()) == len(K_S.lyapunov_like_basis())
+        sage: K = random_cone(min_ambient_dim=1, max_ambient_dim=8)
+        sage: R = K.lattice().vector_space().base_ring()
+        sage: L = zero_matrix(R, K.lattice_dim())
+        sage: is_lyapunov_like(L,K)
         True
 
-    If we restrict a cone to a subspace of its span, the resulting cone
-    should have the same dimension as the space we restricted it to::
+        Everything in ``K.lyapunov_like_basis()`` should be Lyapunov-like
+        on ``K``::
 
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim = 8)
-        sage: W_basis = random_sublist(K.rays(), 0.5)
-        sage: W = K.lattice().vector_space().span(W_basis)
-        sage: K_W = _restrict_to_space(K, W)
-        sage: K_W.lattice_dim() == W.dimension()
+        sage: K = random_cone(min_ambient_dim=1, max_ambient_dim=6)
+        sage: all([ is_lyapunov_like(L,K) for L in K.lyapunov_like_basis() ])
         True
 
-    Through a series of restrictions, any closed convex cone can be
-    reduced to a cartesian product with a proper factor [Orlitzky]_::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim = 8)
-        sage: K_S = _restrict_to_space(K, K.span())
-        sage: K_SP = _restrict_to_space(K_S, K_S.dual().span())
-        sage: K_SP.is_proper()
-        True
     """
-    # We want to intersect ``K`` with ``W``. An easy way to do this is
-    # via cone intersection, so we turn the space ``W`` into a cone.
-    W_cone = Cone(W.basis() + [-b for b in W.basis()], lattice=K.lattice())
-    K = K.intersection(W_cone)
-
-    # We've already intersected K with W, so every generator of K
-    # should belong to W now.
-    K_W_rays = [ W.coordinate_vector(r) for r in K.rays() ]
-
-    L = ToricLattice(W.dimension())
-    return Cone(K_W_rays, lattice=L)
+    return all([(L*x).inner_product(s) == 0
+                for (x,s) in K.discrete_complementarity_set()])
 
 
-def lyapunov_rank(K):
+def positive_operator_gens(K1, K2 = None):
     r"""
-    Compute the Lyapunov rank of this cone.
+    Compute generators of the cone of positive operators on this cone. A
+    linear operator on a cone is positive if the image of the cone under
+    the operator is a subset of the cone. This concept can be extended
+    to two cones, where the image of the first cone under a positive
+    operator is a subset of the second cone.
+
+    INPUT:
 
-    The Lyapunov rank of a cone is the dimension of the space of its
-    Lyapunov-like transformations -- that is, the length of a
-    :meth:`lyapunov_like_basis`. Equivalently, the Lyapunov rank is the
-    dimension of the Lie algebra of the automorphism group of the cone.
+    - ``K2`` -- (default: ``K1``) the codomain cone; the image of this
+                cone under the returned operators is a subset of ``K2``.
 
     OUTPUT:
 
-    A nonnegative integer representing the Lyapunov rank of this cone.
-
-    If the ambient space is trivial, the Lyapunov rank will be zero.
-    Otherwise, if the dimension of the ambient vector space is `n`, then
-    the resulting Lyapunov rank will be between `1` and `n` inclusive. A
-    Lyapunov rank of `n-1` is not possible [Orlitzky]_.
+    A list of `m`-by-``n`` matrices where ``m == K2.lattice_dim()`` and
+    ``n == K1.lattice_dim()``. Each matrix ``P`` in the list should have
+    the property that ``P*x`` is an element of ``K2`` whenever ``x`` is
+    an element of ``K1``. Moreover, any nonnegative linear combination of
+    these matrices shares the same property.
 
-    ALGORITHM:
+    .. SEEALSO::
 
-    The codimension formula from the second reference is used. We find
-    all pairs `(x,s)` in the complementarity set of `K` such that `x`
-    and `s` are rays of our cone. It is known that these vectors are
-    sufficient to apply the codimension formula. Once we have all such
-    pairs, we "brute force" the codimension formula by finding all
-    linearly-independent `xs^{T}`.
+           :meth:`cross_positive_operator_gens`, :meth:`Z_operator_gens`,
 
     REFERENCES:
 
-    .. [Gowda/Tao] M.S. Gowda and J. Tao. On the bilinearity rank of
-       a proper cone and Lyapunov-like transformations. Mathematical
-       Programming, 147 (2014) 155-170.
-
-    M. Orlitzky. The Lyapunov rank of an improper cone.
-    http://www.optimization-online.org/DB_HTML/2015/10/5135.html
-
-    G. Rudolf, N. Noyan, D. Papp, and F. Alizadeh, Bilinear
-    optimality constraints for the cone of positive polynomials,
-    Mathematical Programming, Series B, 129 (2011) 5-31.
+    .. [Tam]
+       B.-S. Tam.
+       Some results of polyhedral cones and simplicial cones.
+       Linear and Multilinear Algebra, 4:4 (1977) 281--284.
 
     EXAMPLES:
 
-    The nonnegative orthant in `\mathbb{R}^{n}` always has rank `n`
-    [Rudolf]_::
-
-        sage: positives = Cone([(1,)])
-        sage: lyapunov_rank(positives)
-        1
-        sage: quadrant = Cone([(1,0), (0,1)])
-        sage: lyapunov_rank(quadrant)
-        2
-       sage: octant = Cone([(1,0,0), (0,1,0), (0,0,1)])
-        sage: lyapunov_rank(octant)
-        3
-
-    The full space `\mathbb{R}^{n}` has Lyapunov rank `n^{2}`
-    [Orlitzky]_::
-
-        sage: R5 = VectorSpace(QQ, 5)
-        sage: gs = R5.basis() + [ -r for r in R5.basis() ]
-        sage: K = Cone(gs)
-        sage: lyapunov_rank(K)
-        25
-
-    The `L^{3}_{1}` cone is known to have a Lyapunov rank of one
-    [Rudolf]_::
+    Positive operators on the nonnegative orthant are nonnegative matrices::
 
-        sage: L31 = Cone([(1,0,1), (0,-1,1), (-1,0,1), (0,1,1)])
-        sage: lyapunov_rank(L31)
-        1
+        sage: K = Cone([(1,)])
+        sage: positive_operator_gens(K)
+        [[1]]
 
-    Likewise for the `L^{3}_{\infty}` cone [Rudolf]_::
+        sage: K = Cone([(1,0),(0,1)])
+        sage: positive_operator_gens(K)
+        [
+        [1 0]  [0 1]  [0 0]  [0 0]
+        [0 0], [0 0], [1 0], [0 1]
+        ]
 
-        sage: L3infty = Cone([(0,1,1), (1,0,1), (0,-1,1), (-1,0,1)])
-        sage: lyapunov_rank(L3infty)
-        1
+    The trivial cone in a trivial space has no positive operators::
 
-    A single ray in `n` dimensions should have Lyapunov rank `n^{2} - n
-    + 1` [Orlitzky]_::
+        sage: K = Cone([], ToricLattice(0))
+        sage: positive_operator_gens(K)
+        []
 
-        sage: K = Cone([(1,0,0,0,0)])
-        sage: lyapunov_rank(K)
-        21
-        sage: K.lattice_dim()**2 - K.lattice_dim() + 1
-        21
+    Every operator is positive on the trivial cone::
 
-    A subspace (of dimension `m`) in `n` dimensions should have a
-    Lyapunov rank of `n^{2} - m\left(n - m)` [Orlitzky]_::
+        sage: K = Cone([(0,)])
+        sage: positive_operator_gens(K)
+        [[1], [-1]]
 
-        sage: e1 = (1,0,0,0,0)
-        sage: neg_e1 = (-1,0,0,0,0)
-        sage: e2 = (0,1,0,0,0)
-        sage: neg_e2 = (0,-1,0,0,0)
-        sage: z = (0,0,0,0,0)
-        sage: K = Cone([e1, neg_e1, e2, neg_e2, z, z, z])
-        sage: lyapunov_rank(K)
-        19
-        sage: K.lattice_dim()**2 - K.dim()*K.codim()
-        19
+        sage: K = Cone([(0,0)])
+        sage: K.is_trivial()
+        True
+        sage: positive_operator_gens(K)
+        [
+        [1 0]  [-1  0]  [0 1]  [ 0 -1]  [0 0]  [ 0  0]  [0 0]  [ 0  0]
+        [0 0], [ 0  0], [0 0], [ 0  0], [1 0], [-1  0], [0 1], [ 0 -1]
+        ]
 
-    The Lyapunov rank should be additive on a product of proper cones
-    [Rudolf]_::
+    Every operator is positive on the ambient vector space::
 
-        sage: L31 = Cone([(1,0,1), (0,-1,1), (-1,0,1), (0,1,1)])
-        sage: octant = Cone([(1,0,0), (0,1,0), (0,0,1)])
-        sage: K = L31.cartesian_product(octant)
-        sage: lyapunov_rank(K) == lyapunov_rank(L31) + lyapunov_rank(octant)
+        sage: K = Cone([(1,),(-1,)])
+        sage: K.is_full_space()
         True
+        sage: positive_operator_gens(K)
+        [[1], [-1]]
 
-    Two isomorphic cones should have the same Lyapunov rank [Rudolf]_.
-    The cone ``K`` in the following example is isomorphic to the nonnegative
-    octant in `\mathbb{R}^{3}`::
-
-        sage: K = Cone([(1,2,3), (-1,1,0), (1,0,6)])
-        sage: lyapunov_rank(K)
-        3
+        sage: K = Cone([(1,0),(-1,0),(0,1),(0,-1)])
+        sage: K.is_full_space()
+        True
+        sage: positive_operator_gens(K)
+        [
+        [1 0]  [-1  0]  [0 1]  [ 0 -1]  [0 0]  [ 0  0]  [0 0]  [ 0  0]
+        [0 0], [ 0  0], [0 0], [ 0  0], [1 0], [-1  0], [0 1], [ 0 -1]
+        ]
 
-    The dual cone `K^{*}` of ``K`` should have the same Lyapunov rank as ``K``
-    itself [Rudolf]_::
+    A non-obvious application is to find the positive operators on the
+    right half-plane::
 
-        sage: K = Cone([(2,2,4), (-1,9,0), (2,0,6)])
-        sage: lyapunov_rank(K) == lyapunov_rank(K.dual())
-        True
+        sage: K = Cone([(1,0),(0,1),(0,-1)])
+        sage: positive_operator_gens(K)
+        [
+        [1 0]  [0 0]  [ 0  0]  [0 0]  [ 0  0]
+        [0 0], [1 0], [-1  0], [0 1], [ 0 -1]
+        ]
 
     TESTS:
 
-    The Lyapunov rank should be additive on a product of proper cones
-    [Rudolf]_::
+    Each positive operator generator should send the generators of one
+    cone into the other cone::
 
         sage: set_random_seed()
-        sage: K1 = random_cone(max_ambient_dim=8,
-        ....:                  strictly_convex=True,
-        ....:                  solid=True)
-        sage: K2 = random_cone(max_ambient_dim=8,
-        ....:                  strictly_convex=True,
-        ....:                  solid=True)
-        sage: K = K1.cartesian_product(K2)
-        sage: lyapunov_rank(K) == lyapunov_rank(K1) + lyapunov_rank(K2)
+        sage: K1 = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: K2 = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: pi_K1_K2 = positive_operator_gens(K1,K2)
+        sage: all([ K2.contains(P*x) for P in pi_K1_K2 for x in K1 ])
         True
 
-    The Lyapunov rank is invariant under a linear isomorphism
-    [Orlitzky]_::
+    Each positive operator generator should send a random element of one
+    cone into the other cone::
 
-        sage: K1 = random_cone(max_ambient_dim = 8)
-        sage: A = random_matrix(QQ, K1.lattice_dim(), algorithm='unimodular')
-        sage: K2 = Cone( [ A*r for r in K1.rays() ], lattice=K1.lattice())
-        sage: lyapunov_rank(K1) == lyapunov_rank(K2)
+        sage: set_random_seed()
+        sage: K1 = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: K2 = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: pi_K1_K2 = positive_operator_gens(K1,K2)
+        sage: all([ K2.contains(P*K1.random_element(QQ)) for P in pi_K1_K2 ])
         True
 
-    The dual cone `K^{*}` of ``K`` should have the same Lyapunov rank as ``K``
-    itself [Rudolf]_::
+    A random element of the positive operator cone should send the
+    generators of one cone into the other cone::
 
         sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=8)
-        sage: lyapunov_rank(K) == lyapunov_rank(K.dual())
-        True
+        sage: K1 = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: K2 = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: pi_K1_K2 = positive_operator_gens(K1,K2)
+        sage: L = ToricLattice(K1.lattice_dim() * K2.lattice_dim())
+        sage: pi_cone = Cone([ g.list() for g in pi_K1_K2 ],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: P = matrix(K2.lattice_dim(),
+        ....:            K1.lattice_dim(),
+        ....:            pi_cone.random_element(QQ).list())
+        sage: all([ K2.contains(P*x) for x in K1 ])
+        True
+
+    A random element of the positive operator cone should send a random
+    element of one cone into the other cone::
 
-    The Lyapunov rank of a proper polyhedral cone in `n` dimensions can
-    be any number between `1` and `n` inclusive, excluding `n-1`
-    [Gowda/Tao]_. By accident, the `n-1` restriction will hold for the
-    trivial cone in a trivial space as well. However, in zero dimensions,
-    the Lyapunov rank of the trivial cone will be zero::
+        sage: set_random_seed()
+        sage: K1 = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: K2 = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: pi_K1_K2 = positive_operator_gens(K1,K2)
+        sage: L = ToricLattice(K1.lattice_dim() * K2.lattice_dim())
+        sage: pi_cone = Cone([ g.list() for g in pi_K1_K2 ],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: P = matrix(K2.lattice_dim(),
+        ....:            K1.lattice_dim(),
+        ....:            pi_cone.random_element(QQ).list())
+        sage: K2.contains(P*K1.random_element(ring=QQ))
+        True
+
+    The lineality space of the dual of the cone of positive operators
+    can be computed from the lineality spaces of the cone and its dual::
 
         sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=8,
-        ....:                 strictly_convex=True,
-        ....:                 solid=True)
-        sage: b = lyapunov_rank(K)
-        sage: n = K.lattice_dim()
-        sage: (n == 0 or 1 <= b) and b <= n
+        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: pi_of_K = positive_operator_gens(K)
+        sage: L = ToricLattice(K.lattice_dim()**2)
+        sage: pi_cone = Cone([ g.list() for g in pi_of_K ],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: actual = pi_cone.dual().linear_subspace()
+        sage: U1 = [ vector((s.tensor_product(x)).list())
+        ....:        for x in K.lines()
+        ....:        for s in K.dual() ]
+        sage: U2 = [ vector((s.tensor_product(x)).list())
+        ....:        for x in K
+        ....:        for s in K.dual().lines() ]
+        sage: expected = pi_cone.lattice().vector_space().span(U1 + U2)
+        sage: actual == expected
         True
-        sage: b == n-1
-        False
 
-    In fact [Orlitzky]_, no closed convex polyhedral cone can have
-    Lyapunov rank `n-1` in `n` dimensions::
+    The lineality of the dual of the cone of positive operators
+    is known from its lineality space::
 
         sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=8)
-        sage: b = lyapunov_rank(K)
+        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=4)
         sage: n = K.lattice_dim()
-        sage: b == n-1
-        False
+        sage: m = K.dim()
+        sage: l = K.lineality()
+        sage: pi_of_K = positive_operator_gens(K)
+        sage: L = ToricLattice(n**2)
+        sage: pi_cone = Cone([p.list() for p in pi_of_K],
+        ....:                 lattice=L,
+        ....:                 check=False)
+        sage: actual = pi_cone.dual().lineality()
+        sage: expected = l*(m - l) + m*(n - m)
+        sage: actual == expected
+        True
 
-    The calculation of the Lyapunov rank of an improper cone can be
-    reduced to that of a proper cone [Orlitzky]_::
+    The dimension of the cone of positive operators is given by the
+    corollary in my paper::
 
         sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=8)
-        sage: actual = lyapunov_rank(K)
-        sage: K_S = _restrict_to_space(K, K.span())
-        sage: K_SP = _restrict_to_space(K_S.dual(), K_S.dual().span()).dual()
+        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: n = K.lattice_dim()
+        sage: m = K.dim()
         sage: l = K.lineality()
-        sage: c = K.codim()
-        sage: expected = lyapunov_rank(K_SP) + K.dim()*(l + c) + c**2
+        sage: pi_of_K = positive_operator_gens(K)
+        sage: L = ToricLattice(n**2)
+        sage: pi_cone = Cone([p.list() for p in pi_of_K],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: actual = pi_cone.dim()
+        sage: expected = n**2 - l*(m - l) - (n - m)*m
         sage: actual == expected
         True
 
-    The Lyapunov rank of a cone is the size of a :meth:`lyapunov_like_basis`::
+    The trivial cone, full space, and half-plane all give rise to the
+    expected dimensions::
 
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=8)
-        sage: lyapunov_rank(K) == len(K.lyapunov_like_basis())
+        sage: n = ZZ.random_element().abs()
+        sage: K = Cone([[0] * n], ToricLattice(n))
+        sage: K.is_trivial()
+        True
+        sage: L = ToricLattice(n^2)
+        sage: pi_of_K = positive_operator_gens(K)
+        sage: pi_cone = Cone([p.list() for p in pi_of_K],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: actual = pi_cone.dim()
+        sage: actual == n^2
+        True
+        sage: K = K.dual()
+        sage: K.is_full_space()
+        True
+        sage: pi_of_K = positive_operator_gens(K)
+        sage: pi_cone = Cone([p.list() for p in pi_of_K],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: actual = pi_cone.dim()
+        sage: actual == n^2
+        True
+        sage: K = Cone([(1,0),(0,1),(0,-1)])
+        sage: pi_of_K = positive_operator_gens(K)
+        sage: actual = Cone([p.list() for p in pi_of_K], check=False).dim()
+        sage: actual == 3
         True
 
-    We can make an imperfect cone perfect by adding a slack variable
-    (a Theorem in [Orlitzky]_)::
+    The lineality of the cone of positive operators follows from the
+    description of its generators::
 
         sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=8,
-        ....:                 strictly_convex=True,
-        ....:                 solid=True)
-        sage: L = ToricLattice(K.lattice_dim() + 1)
-        sage: K = Cone([ r.list() + [0] for r in K.rays() ], lattice=L)
-        sage: lyapunov_rank(K) >= K.lattice_dim()
+        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: n = K.lattice_dim()
+        sage: pi_of_K = positive_operator_gens(K)
+        sage: L = ToricLattice(n**2)
+        sage: pi_cone = Cone([p.list() for p in pi_of_K],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: actual = pi_cone.lineality()
+        sage: expected = n**2 - K.dim()*K.dual().dim()
+        sage: actual == expected
         True
 
-    """
-    beta = 0 # running tally of the Lyapunov rank
+    The trivial cone, full space, and half-plane all give rise to the
+    expected linealities::
 
-    m = K.dim()
-    n = K.lattice_dim()
-    l = K.lineality()
+        sage: n = ZZ.random_element().abs()
+        sage: K = Cone([[0] * n], ToricLattice(n))
+        sage: K.is_trivial()
+        True
+        sage: L = ToricLattice(n^2)
+        sage: pi_of_K = positive_operator_gens(K)
+        sage: pi_cone = Cone([p.list() for p in pi_of_K],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: actual = pi_cone.lineality()
+        sage: actual == n^2
+        True
+        sage: K = K.dual()
+        sage: K.is_full_space()
+        True
+        sage: pi_of_K = positive_operator_gens(K)
+        sage: pi_cone = Cone([p.list() for p in pi_of_K], lattice=L)
+        sage: pi_cone.lineality() == n^2
+        True
+        sage: K = Cone([(1,0),(0,1),(0,-1)])
+        sage: pi_of_K = positive_operator_gens(K)
+        sage: pi_cone = Cone([p.list() for p in pi_of_K], check=False)
+        sage: actual = pi_cone.lineality()
+        sage: actual == 2
+        True
 
-    if m < n:
-        # K is not solid, restrict to its span.
-        K = _restrict_to_space(K, K.span())
+    A cone is proper if and only if its cone of positive operators
+    is proper::
 
-        # Non-solid reduction lemma.
-        beta += (n - m)*n
+        sage: set_random_seed()
+        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: pi_of_K = positive_operator_gens(K)
+        sage: L = ToricLattice(K.lattice_dim()**2)
+        sage: pi_cone = Cone([p.list() for p in pi_of_K],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: K.is_proper() == pi_cone.is_proper()
+        True
 
-    if l > 0:
-        # K is not pointed, restrict to the span of its dual. Uses a
-        # proposition from our paper, i.e. this is equivalent to K =
-        # _rho(K.dual()).dual().
-        K = _restrict_to_space(K, K.dual().span())
+    The positive operators of a permuted cone can be obtained by
+    conjugation::
 
-        # Non-pointed reduction lemma.
-        beta += l * m
+        sage: set_random_seed()
+        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: L = ToricLattice(K.lattice_dim()**2)
+        sage: p = SymmetricGroup(K.lattice_dim()).random_element().matrix()
+        sage: pK = Cone([ p*k for k in K ], K.lattice(), check=False)
+        sage: pi_of_pK = positive_operator_gens(pK)
+        sage: actual = Cone([t.list() for t in pi_of_pK],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: pi_of_K = positive_operator_gens(K)
+        sage: expected = Cone([(p*t*p.inverse()).list() for t in pi_of_K],
+        ....:                   lattice=L,
+        ....:                   check=False)
+        sage: actual.is_equivalent(expected)
+        True
+
+    A transformation is positive on a cone if and only if its adjoint is
+    positive on the dual of that cone::
 
-    beta += len(K.lyapunov_like_basis())
-    return beta
+        sage: set_random_seed()
+        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: F = K.lattice().vector_space().base_field()
+        sage: n = K.lattice_dim()
+        sage: L = ToricLattice(n**2)
+        sage: W = VectorSpace(F, n**2)
+        sage: pi_of_K = positive_operator_gens(K)
+        sage: pi_of_K_star = positive_operator_gens(K.dual())
+        sage: pi_cone = Cone([p.list() for p in pi_of_K],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: pi_star = Cone([p.list() for p in pi_of_K_star],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: M = MatrixSpace(F, n)
+        sage: L = M(pi_cone.random_element(ring=QQ).list())
+        sage: pi_star.contains(W(L.transpose().list()))
+        True
+
+        sage: L = W.random_element()
+        sage: L_star = W(M(L.list()).transpose().list())
+        sage: pi_cone.contains(L) ==  pi_star.contains(L_star)
+        True
+
+    The Lyapunov rank of the positive operator cone is the product of
+    the Lyapunov ranks of the associated cones if they're all proper::
+
+        sage: K1 = random_cone(max_ambient_dim=4,
+        ....:                  strictly_convex=True,
+        ....:                  solid=True)
+        sage: K2 = random_cone(max_ambient_dim=4,
+        ....:                  strictly_convex=True,
+        ....:                  solid=True)
+        sage: pi_K1_K2 = positive_operator_gens(K1,K2)
+        sage: L = ToricLattice(K1.lattice_dim() * K2.lattice_dim())
+        sage: pi_cone = Cone([ g.list() for g in pi_K1_K2 ],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: beta1 = K1.lyapunov_rank()
+        sage: beta2 = K2.lyapunov_rank()
+        sage: pi_cone.lyapunov_rank() == beta1*beta2
+        True
 
+    The Lyapunov-like operators on a proper polyhedral positive operator
+    cone can be computed from the Lyapunov-like operators on the cones
+    with respect to which the operators are positive::
 
+        sage: K1 = random_cone(max_ambient_dim=4,
+        ....:                  strictly_convex=True,
+        ....:                  solid=True)
+        sage: K2 = random_cone(max_ambient_dim=4,
+        ....:                  strictly_convex=True,
+        ....:                  solid=True)
+        sage: pi_K1_K2 = positive_operator_gens(K1,K2)
+        sage: F = K1.lattice().base_field()
+        sage: m = K1.lattice_dim()
+        sage: n = K2.lattice_dim()
+        sage: L = ToricLattice(m*n)
+        sage: M1 = MatrixSpace(F, m, m)
+        sage: M2 = MatrixSpace(F, n, n)
+        sage: LL_K1 = [ M1(x.list()) for x in K1.dual().lyapunov_like_basis() ]
+        sage: LL_K2 = [ M2(x.list()) for x in K2.lyapunov_like_basis() ]
+        sage: tps = [ s.tensor_product(x) for x in LL_K1 for s in LL_K2 ]
+        sage: W = VectorSpace(F, (m**2)*(n**2))
+        sage: expected = span(F, [ W(x.list()) for x in tps ])
+        sage: pi_cone = Cone([p.list() for p in pi_K1_K2],
+        ....:                 lattice=L,
+        ....:                 check=False)
+        sage: LL_pi = pi_cone.lyapunov_like_basis()
+        sage: actual = span(F, [ W(x.list()) for x in LL_pi ])
+        sage: actual == expected
+        True
 
-def is_lyapunov_like(L,K):
-    r"""
-    Determine whether or not ``L`` is Lyapunov-like on ``K``.
+    """
+    if K2 is None:
+        K2 = K1
+
+    # Matrices are not vectors in Sage, so we have to convert them
+    # to vectors explicitly before we can find a basis. We need these
+    # two values to construct the appropriate "long vector" space.
+    F = K1.lattice().base_field()
+    n = K1.lattice_dim()
+    m = K2.lattice_dim()
+
+    tensor_products = [ s.tensor_product(x) for x in K1 for s in K2.dual() ]
+
+    # Convert those tensor products to long vectors.
+    W = VectorSpace(F, n*m)
+    vectors = [ W(tp.list()) for tp in tensor_products ]
+
+    check = True
+    if K1.is_proper() and K2.is_proper():
+        # All of the generators involved are extreme vectors and
+        # therefore minimal. If this cone is neither solid nor
+        # strictly convex, then the tensor product of ``s`` and ``x``
+        # is the same as that of ``-s`` and ``-x``. However, as a
+        # /set/, ``tensor_products`` may still be minimal.
+        check = False
+
+    # Create the dual cone of the positive operators, expressed as
+    # long vectors.
+    pi_dual = Cone(vectors, ToricLattice(W.dimension()), check=check)
 
-    We say that ``L`` is Lyapunov-like on ``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``. It is known [Orlitzky]_ that this property need only be
-    checked for generators of ``K`` and its dual.
+    # Now compute the desired cone from its dual...
+    pi_cone = pi_dual.dual()
 
-    INPUT:
+    # And finally convert its rays back to matrix representations.
+    M = MatrixSpace(F, m, n)
+    return [ M(v.list()) for v in pi_cone ]
 
-    - ``L`` -- A linear transformation or matrix.
 
-    - ``K`` -- A polyhedral closed convex cone.
+def cross_positive_operator_gens(K):
+    r"""
+    Compute generators of the cone of cross-positive operators on this
+    cone.
 
     OUTPUT:
 
-    ``True`` if it can be proven that ``L`` is Lyapunov-like on ``K``,
-    and ``False`` otherwise.
-
-    .. WARNING::
-
-        If this function returns ``True``, then ``L`` is Lyapunov-like
-        on ``K``. However, if ``False`` is returned, that could mean one
-        of two things. The first is that ``L`` is definitely not
-        Lyapunov-like on ``K``. The second is more of an "I don't know"
-        answer, returned (for example) if we cannot prove that an inner
-        product is zero.
+    A list of `n`-by-``n`` matrices where ``n == K.lattice_dim()``.
+    Each matrix ``L`` in the list should have the property that
+    ``(L*x).inner_product(s) >= 0`` whenever ``(x,s)`` is an element of
+    this cone's :meth:`discrete_complementarity_set`. Moreover, any
+    conic (nonnegative linear) combination of these matrices shares the
+    same property.
 
-    REFERENCES:
+    .. SEEALSO::
 
-    M. Orlitzky. The Lyapunov rank of an improper cone.
-    http://www.optimization-online.org/DB_HTML/2015/10/5135.html
+       :meth:`positive_operator_gens`, :meth:`Z_operator_gens`,
 
     EXAMPLES:
 
-    The identity is always Lyapunov-like in a nontrivial space::
+    Cross-positive operators on the nonnegative orthant are negations
+    of Z-matrices; that is, matrices whose off-diagonal elements are
+    nonnegative::
 
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(min_ambient_dim = 1, max_rays = 8)
-        sage: L = identity_matrix(K.lattice_dim())
-        sage: is_lyapunov_like(L,K)
+        sage: K = Cone([(1,0),(0,1)])
+        sage: cross_positive_operator_gens(K)
+        [
+        [0 1]  [0 0]  [1 0]  [-1  0]  [0 0]  [ 0  0]
+        [0 0], [1 0], [0 0], [ 0  0], [0 1], [ 0 -1]
+        ]
+        sage: K = Cone([(1,0,0,0),(0,1,0,0),(0,0,1,0),(0,0,0,1)])
+        sage: all([ c[i][j] >= 0 for c in cross_positive_operator_gens(K)
+        ....:                    for i in range(c.nrows())
+        ....:                    for j in range(c.ncols())
+        ....:                    if i != j ])
         True
 
-    As is the "zero" transformation::
+    The trivial cone in a trivial space has no cross-positive operators::
 
-        sage: K = random_cone(min_ambient_dim = 1, max_rays = 5)
-        sage: R = K.lattice().vector_space().base_ring()
-        sage: L = zero_matrix(R, K.lattice_dim())
-        sage: is_lyapunov_like(L,K)
-        True
+        sage: K = Cone([], ToricLattice(0))
+        sage: cross_positive_operator_gens(K)
+        []
 
-        Everything in ``K.lyapunov_like_basis()`` should be Lyapunov-like
-        on ``K``::
+    Every operator is a cross-positive operator on the ambient vector
+    space::
 
-        sage: K = random_cone(min_ambient_dim = 1, max_rays = 5)
-        sage: all([ is_lyapunov_like(L,K) for L in K.lyapunov_like_basis() ])
+        sage: K = Cone([(1,),(-1,)])
+        sage: K.is_full_space()
         True
+        sage: cross_positive_operator_gens(K)
+        [[1], [-1]]
 
-    """
-    return all([(L*x).inner_product(s) == 0
-                for (x,s) in K.discrete_complementarity_set()])
-
-
-def random_element(K):
-    r"""
-    Return a random element of ``K`` from its ambient vector space.
-
-    ALGORITHM:
-
-    The cone ``K`` is specified in terms of its generators, so that
-    ``K`` is equal to the convex conic combination of those generators.
-    To choose a random element of ``K``, we assign random nonnegative
-    coefficients to each generator of ``K`` and construct a new vector
-    from the scaled rays.
+        sage: K = Cone([(1,0),(-1,0),(0,1),(0,-1)])
+        sage: K.is_full_space()
+        True
+        sage: cross_positive_operator_gens(K)
+        [
+        [1 0]  [-1  0]  [0 1]  [ 0 -1]  [0 0]  [ 0  0]  [0 0]  [ 0  0]
+        [0 0], [ 0  0], [0 0], [ 0  0], [1 0], [-1  0], [0 1], [ 0 -1]
+        ]
 
-    A vector, rather than a ray, is returned so that the element may
-    have non-integer coordinates. Thus the element may have an
-    arbitrarily small norm.
+    A non-obvious application is to find the cross-positive operators
+    on the right half-plane::
 
-    EXAMPLES:
+        sage: K = Cone([(1,0),(0,1),(0,-1)])
+        sage: cross_positive_operator_gens(K)
+        [
+        [1 0]  [-1  0]  [0 0]  [ 0  0]  [0 0]  [ 0  0]
+        [0 0], [ 0  0], [1 0], [-1  0], [0 1], [ 0 -1]
+        ]
 
-    A random element of the trivial cone is zero::
+    Cross-positive operators on a subspace are Lyapunov-like and
+    vice-versa::
 
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = Cone([], ToricLattice(0))
-        sage: random_element(K)
-        ()
-        sage: K = Cone([(0,)])
-        sage: random_element(K)
-        (0)
-        sage: K = Cone([(0,0)])
-        sage: random_element(K)
-        (0, 0)
-        sage: K = Cone([(0,0,0)])
-        sage: random_element(K)
-        (0, 0, 0)
+        sage: K = Cone([(1,0),(-1,0),(0,1),(0,-1)])
+        sage: K.is_full_space()
+        True
+        sage: lls = span([ vector(l.list()) for l in K.lyapunov_like_basis() ])
+        sage: cs  = span([ vector(c.list()) for c in cross_positive_operator_gens(K) ])
+        sage: cs == lls
+        True
 
     TESTS:
 
-    Any cone should contain an element of itself::
+    The cross-positive property is possessed by every cross-positive
+    operator::
 
         sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_rays = 8)
-        sage: K.contains(random_element(K))
+        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: Sigma_of_K = cross_positive_operator_gens(K)
+        sage: dcs = K.discrete_complementarity_set()
+        sage: all([(c*x).inner_product(s) >= 0 for c in Sigma_of_K
+        ....:                                  for (x,s) in dcs])
         True
 
-    """
-    V = K.lattice().vector_space()
-    F = V.base_ring()
-    coefficients = [ F.random_element().abs() for i in range(K.nrays()) ]
-    vector_gens  = map(V, K.rays())
-    scaled_gens  = [ coefficients[i]*vector_gens[i]
-                         for i in range(len(vector_gens)) ]
-
-    # Make sure we return a vector. Without the coercion, we might
-    # return ``0`` when ``K`` has no rays.
-    v = V(sum(scaled_gens))
-    return v
-
-
-def positive_operators(K):
-    r"""
-    Compute generators of the cone of positive operators on this cone.
+    The lineality space of the cone of cross-positive operators is the
+    space of Lyapunov-like operators::
 
-    OUTPUT:
-
-    A list of `n`-by-``n`` matrices where ``n == K.lattice_dim()``.
-    Each matrix ``P`` in the list should have the property that ``P*x``
-    is an element of ``K`` whenever ``x`` is an element of
-    ``K``. Moreover, any nonnegative linear combination of these
-    matrices shares the same property.
-
-    EXAMPLES:
-
-    The trivial cone in a trivial space has no positive operators::
-
-        sage: K = Cone([], ToricLattice(0))
-        sage: positive_operators(K)
-        []
-
-    Positive operators on the nonnegative orthant are nonnegative matrices::
+        sage: set_random_seed()
+        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: L = ToricLattice(K.lattice_dim()**2)
+        sage: Sigma_cone = Cone([ c.list() for c in cross_positive_operator_gens(K) ],
+        ....:                     lattice=L,
+        ....:                     check=False)
+        sage: ll_basis = [ vector(l.list()) for l in K.lyapunov_like_basis() ]
+        sage: lls = L.vector_space().span(ll_basis)
+        sage: Sigma_cone.linear_subspace() == lls
+        True
 
-        sage: K = Cone([(1,)])
-        sage: positive_operators(K)
-        [[1]]
+    The lineality of the cross-positive operators on a cone is the
+    Lyapunov rank of that cone::
 
-        sage: K = Cone([(1,0),(0,1)])
-        sage: positive_operators(K)
-        [
-        [1 0]  [0 1]  [0 0]  [0 0]
-        [0 0], [0 0], [1 0], [0 1]
-        ]
+        sage: set_random_seed()
+        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: Sigma_of_K = cross_positive_operator_gens(K)
+        sage: L = ToricLattice(K.lattice_dim()**2)
+        sage: Sigma_cone  = Cone([ c.list() for c in Sigma_of_K ],
+        ....:                      lattice=L,
+        ....:                      check=False)
+        sage: Sigma_cone.lineality() == K.lyapunov_rank()
+        True
 
-    Every operator is positive on the ambient vector space::
+    The lineality spaces of the duals of the positive and cross-positive
+    operator cones are equal. From this it follows that the dimensions of
+    the cross-positive operator cone and positive operator cone are equal::
 
-        sage: K = Cone([(1,),(-1,)])
+        sage: set_random_seed()
+        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: pi_of_K = positive_operator_gens(K)
+        sage: Sigma_of_K = cross_positive_operator_gens(K)
+        sage: L = ToricLattice(K.lattice_dim()**2)
+        sage: pi_cone = Cone([p.list() for p in pi_of_K],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: Sigma_cone = Cone([ c.list() for c in Sigma_of_K],
+        ....:                     lattice=L,
+        ....:                     check=False)
+        sage: pi_cone.dim() == Sigma_cone.dim()
+        True
+        sage: pi_star = pi_cone.dual()
+        sage: sigma_star = Sigma_cone.dual()
+        sage: pi_star.linear_subspace() == sigma_star.linear_subspace()
+        True
+
+    The trivial cone, full space, and half-plane all give rise to the
+    expected dimensions::
+
+        sage: n = ZZ.random_element().abs()
+        sage: K = Cone([[0] * n], ToricLattice(n))
+        sage: K.is_trivial()
+        True
+        sage: L = ToricLattice(n^2)
+        sage: Sigma_of_K = cross_positive_operator_gens(K)
+        sage: Sigma_cone = Cone([c.list() for c in Sigma_of_K],
+        ....:                    lattice=L,
+        ....:                    check=False)
+        sage: actual = Sigma_cone.dim()
+        sage: actual == n^2
+        True
+        sage: K = K.dual()
         sage: K.is_full_space()
         True
-        sage: positive_operators(K)
-        [[1], [-1]]
-
-        sage: K = Cone([(1,0),(-1,0),(0,1),(0,-1)])
-        sage: K.is_full_space()
+        sage: Sigma_of_K = cross_positive_operator_gens(K)
+        sage: Sigma_cone = Cone([ c.list() for c in Sigma_of_K ],
+        ....:                     lattice=L,
+        ....:                     check=False)
+        sage: actual = Sigma_cone.dim()
+        sage: actual == n^2
+        True
+        sage: K = Cone([(1,0),(0,1),(0,-1)])
+        sage: Sigma_of_K = cross_positive_operator_gens(K)
+        sage: Sigma_cone = Cone([ c.list() for c in Sigma_of_K ], check=False)
+        sage: Sigma_cone.dim() == 3
         True
-        sage: positive_operators(K)
-        [
-        [1 0]  [-1  0]  [0 1]  [ 0 -1]  [0 0]  [ 0  0]  [0 0]  [ 0  0]
-        [0 0], [ 0  0], [0 0], [ 0  0], [1 0], [-1  0], [0 1], [ 0 -1]
-        ]
 
-    TESTS:
+    The cross-positive operators of a permuted cone can be obtained by
+    conjugation::
 
-    A positive operator on a cone should send its generators into the cone::
+        sage: set_random_seed()
+        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: L = ToricLattice(K.lattice_dim()**2)
+        sage: p = SymmetricGroup(K.lattice_dim()).random_element().matrix()
+        sage: pK = Cone([ p*k for k in K ], K.lattice(), check=False)
+        sage: Sigma_of_pK = cross_positive_operator_gens(pK)
+        sage: actual = Cone([t.list() for t in Sigma_of_pK],
+        ....:                lattice=L,
+        ....:                check=False)
+        sage: Sigma_of_K = cross_positive_operator_gens(K)
+        sage: expected = Cone([ (p*t*p.inverse()).list() for t in Sigma_of_K ],
+        ....:                   lattice=L,
+        ....:                   check=False)
+        sage: actual.is_equivalent(expected)
+        True
+
+    An operator is cross-positive on a cone if and only if its
+    adjoint is cross-positive on the dual of that cone::
 
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim = 6)
-        sage: pi_of_K = positive_operators(K)
-        sage: all([K.contains(p*x) for p in pi_of_K for x in K.rays()])
+        sage: set_random_seed()
+        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: F = K.lattice().vector_space().base_field()
+        sage: n = K.lattice_dim()
+        sage: L = ToricLattice(n**2)
+        sage: W = VectorSpace(F, n**2)
+        sage: Sigma_of_K = cross_positive_operator_gens(K)
+        sage: Sigma_of_K_star = cross_positive_operator_gens(K.dual())
+        sage: Sigma_cone = Cone([ p.list() for p in Sigma_of_K ],
+        ....:                     lattice=L,
+        ....:                     check=False)
+        sage: Sigma_star = Cone([ p.list() for p in Sigma_of_K_star ],
+        ....:                     lattice=L,
+        ....:                     check=False)
+        sage: M = MatrixSpace(F, n)
+        sage: L = M(Sigma_cone.random_element(ring=QQ).list())
+        sage: Sigma_star.contains(W(L.transpose().list()))
+        True
+
+        sage: L = W.random_element()
+        sage: L_star = W(M(L.list()).transpose().list())
+        sage: Sigma_cone.contains(L) ==  Sigma_star.contains(L_star)
         True
-
     """
-    # Sage doesn't think matrices are vectors, so we have to convert
-    # our matrices to vectors explicitly before we can figure out how
-    # many are linearly-indepenedent.
-    #
-    # The space W has the same base ring as V, but dimension
-    # dim(V)^2. So it has the same dimension as the space of linear
-    # transformations on V. In other words, it's just the right size
-    # to create an isomorphism between it and our matrices.
-    V = K.lattice().vector_space()
-    W = VectorSpace(V.base_ring(), V.dimension()**2)
-
-    tensor_products = [ s.tensor_product(x) for x in K for s in K.dual() ]
+    # Matrices are not vectors in Sage, so we have to convert them
+    # to vectors explicitly before we can find a basis. We need these
+    # two values to construct the appropriate "long vector" space.
+    F = K.lattice().base_field()
+    n = K.lattice_dim()
+
+    # These tensor products contain generators for the dual cone of
+    # the cross-positive operators.
+    tensor_products = [ s.tensor_product(x)
+                        for (x,s) in K.discrete_complementarity_set() ]
 
     # Turn our matrices into long vectors...
+    W = VectorSpace(F, n**2)
     vectors = [ W(m.list()) for m in tensor_products ]
 
-    # Create the *dual* cone of the positive operators, expressed as
-    # long vectors..
-    L = ToricLattice(W.dimension())
-    pi_dual = Cone(vectors, lattice=L)
+    check = True
+    if K.is_proper():
+        # All of the generators involved are extreme vectors and
+        # therefore minimal. If this cone is neither solid nor
+        # strictly convex, then the tensor product of ``s`` and ``x``
+        # is the same as that of ``-s`` and ``-x``. However, as a
+        # /set/, ``tensor_products`` may still be minimal.
+        check = False
+
+    # Create the dual cone of the cross-positive operators,
+    # expressed as long vectors.
+    Sigma_dual = Cone(vectors, lattice=ToricLattice(W.dimension()), check=check)
 
     # Now compute the desired cone from its dual...
-    pi_cone = pi_dual.dual()
+    Sigma_cone = Sigma_dual.dual()
 
     # And finally convert its rays back to matrix representations.
-    M = MatrixSpace(V.base_ring(), V.dimension())
+    M = MatrixSpace(F, n)
+    return [ M(v.list()) for v in Sigma_cone ]
 
-    return [ M(v.list()) for v in pi_cone.rays() ]
 
-
-def Z_transformations(K):
+def Z_operator_gens(K):
     r"""
-    Compute generators of the cone of Z-transformations on this cone.
+    Compute generators of the cone of Z-operators on this cone.
+
+    The Z-operators on a cone generalize the Z-matrices over the
+    nonnegative orthant. They are simply negations of the
+    :meth:`cross_positive_operators`.
 
     OUTPUT:
 
     A list of `n`-by-``n`` matrices where ``n == K.lattice_dim()``.
     Each matrix ``L`` in the list should have the property that
-    ``(L*x).inner_product(s) <= 0`` whenever ``(x,s)`` is an element the
-    discrete complementarity set of ``K``. Moreover, any nonnegative
-    linear combination of these matrices shares the same property.
+    ``(L*x).inner_product(s) <= 0`` whenever ``(x,s)`` is an element of
+    this cone's :meth:`discrete_complementarity_set`. Moreover, any
+    conic (nonnegative linear) combination of these matrices shares the
+    same property.
 
-    EXAMPLES:
-
-    Z-transformations on the nonnegative orthant are just Z-matrices.
-    That is, matrices whose off-diagonal elements are nonnegative::
-
-        sage: K = Cone([(1,0),(0,1)])
-        sage: Z_transformations(K)
-        [
-        [ 0 -1]  [ 0  0]  [-1  0]  [1 0]  [ 0  0]  [0 0]
-        [ 0  0], [-1  0], [ 0  0], [0 0], [ 0 -1], [0 1]
-        ]
-        sage: K = Cone([(1,0,0,0),(0,1,0,0),(0,0,1,0),(0,0,0,1)])
-        sage: all([ z[i][j] <= 0 for z in Z_transformations(K)
-        ....:                    for i in range(z.nrows())
-        ....:                    for j in range(z.ncols())
-        ....:                    if i != j ])
-        True
+    .. SEEALSO::
 
-    The trivial cone in a trivial space has no Z-transformations::
-
-        sage: K = Cone([], ToricLattice(0))
-        sage: Z_transformations(K)
-        []
-
-    Z-transformations on a subspace are Lyapunov-like and vice-versa::
-
-        sage: K = Cone([(1,0),(-1,0),(0,1),(0,-1)])
-        sage: K.is_full_space()
-        True
-        sage: lls = span([ vector(l.list()) for l in K.lyapunov_like_basis() ])
-        sage: zs  = span([ vector(z.list()) for z in Z_transformations(K) ])
-        sage: zs == lls
-        True
+       :meth:`positive_operator_gens`, :meth:`cross_positive_operator_gens`,
 
     TESTS:
 
-    The Z-property is possessed by every Z-transformation::
+    The Z-property is possessed by every Z-operator::
 
         sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(max_ambient_dim = 6)
-        sage: Z_of_K = Z_transformations(K)
+        sage: K = random_cone(max_ambient_dim=4)
+        sage: Z_of_K = Z_operator_gens(K)
         sage: dcs = K.discrete_complementarity_set()
         sage: all([(z*x).inner_product(s) <= 0 for z in Z_of_K
         ....:                                  for (x,s) in dcs])
         True
-
-    The lineality space of Z is LL::
-
-        sage: set_random_seed()
-        sage: K = random_cone(min_ambient_dim = 1, max_ambient_dim = 6)
-        sage: lls = span([ vector(l.list()) for l in K.lyapunov_like_basis() ])
-        sage: z_cone  = Cone([ z.list() for z in Z_transformations(K) ])
-        sage: z_cone.linear_subspace() == lls
-        True
-
     """
-    # Sage doesn't think matrices are vectors, so we have to convert
-    # our matrices to vectors explicitly before we can figure out how
-    # many are linearly-indepenedent.
-    #
-    # The space W has the same base ring as V, but dimension
-    # dim(V)^2. So it has the same dimension as the space of linear
-    # transformations on V. In other words, it's just the right size
-    # to create an isomorphism between it and our matrices.
-    V = K.lattice().vector_space()
-    W = VectorSpace(V.base_ring(), V.dimension()**2)
-
-    C_of_K = K.discrete_complementarity_set()
-    tensor_products = [ s.tensor_product(x) for (x,s) in C_of_K ]
+    return [ -cp for cp in cross_positive_operator_gens(K) ]
 
-    # Turn our matrices into long vectors...
-    vectors = [ W(m.list()) for m in tensor_products ]
 
-    # Create the *dual* cone of the cross-positive operators,
-    # expressed as long vectors..
-    L = ToricLattice(W.dimension())
-    Sigma_dual = Cone(vectors, lattice=L)
+def LL_cone(K):
+    gens = K.lyapunov_like_basis()
+    L = ToricLattice(K.lattice_dim()**2)
+    return Cone([ g.list() for g in gens ], lattice=L, check=False)
 
-    # Now compute the desired cone from its dual...
-    Sigma_cone = Sigma_dual.dual()
+def Sigma_cone(K):
+    gens = cross_positive_operator_gens(K)
+    L = ToricLattice(K.lattice_dim()**2)
+    return Cone([ g.list() for g in gens ], lattice=L, check=False)
 
-    # And finally convert its rays back to matrix representations.
-    # But first, make them negative, so we get Z-transformations and
-    # not cross-positive ones.
-    M = MatrixSpace(V.base_ring(), V.dimension())
+def Z_cone(K):
+    gens = Z_operator_gens(K)
+    L = ToricLattice(K.lattice_dim()**2)
+    return Cone([ g.list() for g in gens ], lattice=L, check=False)
 
-    return [ -M(v.list()) for v in Sigma_cone.rays() ]
+def pi_cone(K):
+    gens = positive_operator_gens(K)
+    L = ToricLattice(K.lattice_dim()**2)
+    return Cone([ g.list() for g in gens ], lattice=L, check=False)