- Added a little test for Riemmann's Zeta function
[ginac.git] / check / matrix_checks.cpp
1 /** @file matrix_checks.cpp
2  *
3  *  Here we test manipulations on GiNaC's symbolic matrices. */
4
5 /*
6  *  GiNaC Copyright (C) 1999 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
7  *
8  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
10  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
11  *  (at your option) any later version.
12  *
13  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
14  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16  *  GNU General Public License for more details.
17  *
18  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
19  *  along with this program; if not, write to the Free Software
20  *  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
21  */
22
23 #include <stdexcept>
24 #include <ginac/ginac.h>
25 using namespace GiNaC;
26
27 static unsigned matrix_determinants(void)
28 {
29     unsigned result = 0;
30     ex det;
31     matrix m1(1,1), m2(2,2), m3(3,3);
32     symbol a("a"), b("b"), c("c");
33     symbol d("d"), e("e"), f("f");
34     symbol g("g"), h("h"), i("i");
35     
36     // check symbolic trivial matrix determinant
37     m1.set(0,0,a);
38     det = m1.determinant();
39     if (det != a) {
40         clog << "determinant of 1x1 matrix " << m1
41              << " erroneously returned " << det << endl;
42         ++result;
43     }
44     
45     // check generic dense symbolic 2x2 matrix determinant
46     m2.set(0,0,a).set(0,1,b);
47     m2.set(1,0,c).set(1,1,d);
48     det = m2.determinant();
49     if (det != (a*d-b*c)) {
50         clog << "determinant of 2x2 matrix " << m2
51              << " erroneously returned " << det << endl;
52         ++result;
53     }
54     
55     // check generic dense symbolic 3x3 matrix determinant
56     m3.set(0,0,a).set(0,1,b).set(0,2,c);
57     m3.set(1,0,d).set(1,1,e).set(1,2,f);
58     m3.set(2,0,g).set(2,1,h).set(2,2,i);
59     det = m3.determinant().expand();
60     if (det != (a*e*i - a*f*h - d*b*i + d*c*h + g*b*f - g*c*e)) {
61         clog << "determinant of 3x3 matrix " << m3
62              << " erroneously returned " << det << endl;
63         ++result;
64     }
65     
66     // check dense numeric 3x3 matrix determinant
67     m3.set(0,0,numeric(0)).set(0,1,numeric(-1)).set(0,2,numeric(3));
68     m3.set(1,0,numeric(3)).set(1,1,numeric(-2)).set(1,2,numeric(2));
69     m3.set(2,0,numeric(3)).set(2,1,numeric(4)).set(2,2,numeric(-2));
70     det = m3.determinant();
71     if (det != 42) {
72         clog << "determinant of 3x3 matrix " << m3
73              << " erroneously returned " << det << endl;
74         ++result;
75     }
76     
77     // check dense symbolic 2x2 matrix determinant
78     m2.set(0,0,a/(a-b)).set(0,1,numeric(1));
79     m2.set(1,0,b/(a-b)).set(1,1,numeric(1));
80     det = m2.determinant(true);
81     if (det != 1) {
82         clog << "determinant of 2x2 matrix " << m2
83              << " erroneously returned " << det << endl;
84         ++result;
85     }
86
87     // check characteristic polynomial
88     m3.set(0,0,a).set(0,1,-2).set(0,2,2);
89     m3.set(1,0,3).set(1,1,a-1).set(1,2,2);
90     m3.set(2,0,3).set(2,1,4).set(2,2,a-3);
91     ex p = m3.charpoly(a);
92     if (p != 0) {
93         clog << "charpoly of 3x3 matrix " << m3
94              << " erroneously returned " << p << endl;
95         ++result;
96     }
97     
98     return result;
99 }
100
101 static unsigned matrix_invert1(void)
102 {
103     matrix m(1,1);
104     symbol a("a");
105
106     m.set(0,0,a);
107     matrix m_i = m.inverse();
108     
109     if (m_i(0,0) != pow(a,-1)) {
110         clog << "inversion of 1x1 matrix " << m
111              << " erroneously returned " << m_i << endl;
112         return 1;
113     }
114     return 0;
115 }
116
117 static unsigned matrix_invert2(void)
118 {
119     matrix m(2,2);
120     symbol a("a"), b("b"), c("c"), d("d");
121     m.set(0,0,a).set(0,1,b);
122     m.set(1,0,c).set(1,1,d);
123     matrix m_i = m.inverse();
124     ex det = m.determinant().expand();
125     
126     if ( (normal(m_i(0,0)*det) != d) ||
127          (normal(m_i(0,1)*det) != -b) ||
128          (normal(m_i(1,0)*det) != -c) ||
129          (normal(m_i(1,1)*det) != a) ) {
130         clog << "inversion of 2x2 matrix " << m
131              << " erroneously returned " << m_i << endl;
132         return 1;
133     }
134     return 0;
135 }
136
137 static unsigned matrix_invert3(void)
138 {
139     matrix m(3,3);
140     symbol a("a"), b("b"), c("c");
141     symbol d("d"), e("e"), f("f");
142     symbol g("g"), h("h"), i("i");
143     m.set(0,0,a).set(0,1,b).set(0,2,c);
144     m.set(1,0,d).set(1,1,e).set(1,2,f);
145     m.set(2,0,g).set(2,1,h).set(2,2,i);
146     matrix m_i = m.inverse();
147     ex det = m.determinant().normal().expand();
148     
149     if ( (normal(m_i(0,0)*det) != (e*i-f*h)) ||
150          (normal(m_i(0,1)*det) != (c*h-b*i)) ||
151          (normal(m_i(0,2)*det) != (b*f-c*e)) ||
152          (normal(m_i(1,0)*det) != (f*g-d*i)) ||
153          (normal(m_i(1,1)*det) != (a*i-c*g)) ||
154          (normal(m_i(1,2)*det) != (c*d-a*f)) ||
155          (normal(m_i(2,0)*det) != (d*h-e*g)) ||
156          (normal(m_i(2,1)*det) != (b*g-a*h)) ||
157          (normal(m_i(2,2)*det) != (a*e-b*d)) ) {
158         clog << "inversion of 3x3 matrix " << m
159              << " erroneously returned " << m_i << endl;
160         return 1;
161     }
162     return 0;
163 }
164
165 static unsigned matrix_misc(void)
166 {
167     unsigned result = 0;
168     matrix m1(2,2);
169     symbol a("a"), b("b"), c("c"), d("d"), e("e"), f("f");
170     m1.set(0,0,a).set(0,1,b);
171     m1.set(1,0,c).set(1,1,d);
172     ex tr = trace(m1);
173     
174     // check a simple trace
175     if (tr.compare(a+d)) {
176         clog << "trace of 2x2 matrix " << m1
177              << " erroneously returned " << tr << endl;
178         ++result;
179     }
180     
181     // and two simple transpositions
182     matrix m2 = transpose(m1);
183     if (m2(0,0) != a || m2(0,1) != c || m2(1,0) != b || m2(1,1) != d) {
184         clog << "transpose of 2x2 matrix " << m1
185              << " erroneously returned " << m2 << endl;
186         ++result;
187     }
188     matrix m3(3,2);
189     m3.set(0,0,a).set(0,1,b);
190     m3.set(1,0,c).set(1,1,d);
191     m3.set(2,0,e).set(2,1,f);
192     if (transpose(transpose(m3)) != m3) {
193         clog << "transposing 3x2 matrix " << m3 << " twice"
194              << " erroneously returned " << transpose(transpose(m3)) << endl;
195         ++result;
196     }
197     
198     // produce a runtime-error by inverting a singular matrix and catch it
199     matrix m4(2,2);
200     matrix m5;
201     bool caught=false;
202     try {
203         m5 = inverse(m4);
204     }
205     catch (std::runtime_error err) {
206         caught=true;
207     }
208     if (!caught) {
209         cerr << "singular 2x2 matrix " << m4
210              << " erroneously inverted to " << m5 << endl;
211         ++result;
212     }
213     
214     return result;
215 }
216
217 unsigned matrix_checks(void)
218 {
219     unsigned result = 0;
220     
221     cout << "checking symbolic matrix manipulations..." << flush;
222     clog << "---------symbolic matrix manipulations:" << endl;
223     
224     result += matrix_determinants();
225     result += matrix_invert1();
226     result += matrix_invert2();
227     result += matrix_invert3();
228     result += matrix_misc();
229     
230     if (! result) {
231         cout << " passed ";
232         clog << "(no output)" << endl;
233     } else {
234         cout << " failed ";
235     }
236     
237     return result;
238 }