ginac/color.h

   1 /** @file color.h
   2  *
   3  *  Interface to GiNaC's color objects. */
   4
   5 /*
   6  *  GiNaC Copyright (C) 1999-2001 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 #ifndef __GINAC_COLOR_H__
  24 #define __GINAC_COLOR_H__
  25
  26 #include <string>
  27 #include <vector>
  28 #include "indexed.h"
  29 #include "ex.h"
  30
  31 #ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
  32 namespace GiNaC {
  33 #endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
  34
  35 const unsigned MAX_REPRESENTATION_LABELS = 4;
  36 const unsigned COLOR_EIGHT = 8; // N*N-1
  37 const unsigned COLOR_THREE = 3; // N
  38
  39 // Cint doesn't like vector<..,default_alloc> but malloc_alloc is
  40 // unstandardized and not supported by newer GCCs.
  41 #if defined(__GNUC__) && ((__GNUC__ == 2) && (__GNUC_MINOR__ < 97))
  42 typedef std::vector<exvector,malloc_alloc> exvectorvector;
  43 #else
  44 typedef std::vector<exvector> exvectorvector;
  45 #endif
  46
  47
  48 /** This class holds an object carrying color indices (of class coloridx).
  49  *  It can represent the generators T_a and structure constants f_abc/d_abc
  50  *  of SU(3), the unity element ONE of the Lie algebra of SU(3), or the
  51  *  unity matrix delta8. Together, these objects are used to implement the
  52  *  Lie algebra su(3), as required for calculations in quantum
  53  *  chromodynamics. A representation label (an unsigned integer) is used to
  54  *  distinguish elements from different Lie algebras (only objects with the
  55  *  same representation label "interact" with each other). */
  56 class color : public indexed
  57 {
  58         GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(color, indexed)
  59
  60 // friends
  61
  62         friend color color_ONE(unsigned rl);
  63         friend color color_T(const ex & a, unsigned rl);
  64         friend color color_f(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
  65         friend color color_d(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
  66         friend ex color_h(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
  67         friend color color_delta8(const ex & a, const ex & b);
  68         friend unsigned subs_index_in_exvector(exvector & v, const ex & is, const ex & ir);
  69         friend void split_color_string_in_parts(const exvector & v, exvector & delta8vec,
  70                                                 exvector & fvec, exvector & dvec,
  71                                                 exvectorvector & Tvecs,
  72                                                 exvectorvector & ONEvecs,
  73                                                 exvector & unknownvec);
  74         friend exvector recombine_color_string(exvector & delta8vec, exvector & fvec,
  75                                                exvector & dvec, exvectorvector & Tvecs,
  76                                                exvectorvector & ONEvecs, exvector & unknownvec);
  77         friend ex color_trace_of_one_representation_label(const exvector & v);
  78         friend ex color_trace(const exvector & v, unsigned rl);
  79         friend ex simplify_pure_color_string(const ex & e);
  80         friend ex simplify_color(const ex & e);
  81
  82 // types
  83
  84 public:
  85         /** Type of object */
  86         typedef enum {
  87                 invalid,      /**< not properly constructed */
  88                 color_T,      /**< one of the generators T_a of SU(3) (these are non-commutative) */
  89                 color_f,      /**< one of the antisymmetric structure constants f_abc of SU(3) */
  90                 color_d,      /**< one of the symmetric structure constants d_abc of SU(3) */
  91                 color_delta8, /**< the unity matrix */
  92                 color_ONE     /**< the unity element of su(3) */
  93         } color_types;
  94
  95 // member functions
  96
  97         // default constructor, destructor, copy constructor assignment operator and helpers
  98 public:
  99         color();
 100         ~color();
 101         color(const color & other);
 102         const color & operator=(const color & other);
 103 protected:
 104         void copy(const color & other);
 105         void destroy(bool call_parent);
 106
 107         // other constructors
 108 protected:
 109         color(color_types const t, unsigned rl=0);
 110         color(color_types const t, const ex & i1, unsigned rl=0);
 111         color(color_types const t, const ex & i1, const ex & i2, unsigned rl=0);
 112         color(color_types const t, const ex & i1, const ex & i2, const ex & i3,
 113               unsigned rl=0);
 114         color(color_types const t, const exvector & iv, unsigned rl=0);
 115         color(color_types const t, exvector * ivp, unsigned rl=0);
 116
 117         // functions overriding virtual functions from base classes
 118 public:
 119         basic * duplicate() const;
 120         void printraw(std::ostream & os) const;
 121         void printtree(std::ostream & os, unsigned indent) const;
 122         void print(std::ostream & os, unsigned upper_precedence=0) const;
 123         bool info(unsigned inf) const;
 124         ex eval(int level=0) const;
 125 protected:
 126         int compare_same_type(const basic & other) const;
 127         bool is_equal_same_type(const basic & other) const;
 128         ex simplify_ncmul(const exvector & v) const;
 129         ex thisexprseq(const exvector & v) const;
 130         ex thisexprseq(exvector * vp) const;
 131
 132         // new virtual functions which can be overridden by derived classes
 133         // none
 134
 135         // non-virtual functions in this class
 136 protected:
 137         bool all_of_type_coloridx(void) const;
 138
 139 // member variables
 140
 141 protected:
 142         color_types type; /**< Type of object (generator, structure constant etc.) */
 143         unsigned representation_label; /**< Representation label to distiguish independent color matrices coming from separated fermion lines */
 144 };
 145
 146 // global constants
 147
 148 extern const color some_color;
 149 extern const std::type_info & typeid_color;
 150
 151 // global functions
 152 inline const color &ex_to_color(const ex &e)
 153 {
 154         return static_cast<const color &>(*e.bp);
 155 }
 156
 157 inline color &ex_to_nonconst_color(const ex &e)
 158 {
 159         return static_cast<color &>(*e.bp);
 160 }
 161
 162 color color_ONE(unsigned rl=0);
 163 color color_T(const ex & a, unsigned rl=0);
 164 color color_f(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
 165 color color_d(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
 166 ex color_h(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
 167 color color_delta8(const ex & a, const ex & b);
 168 void split_color_string_in_parts(const exvector & v, exvector & delta8vec,
 169                                  exvector & fvec, exvector & dvec,
 170                                  exvectorvector & Tvecs,
 171                                  exvectorvector & ONEvecs,
 172                                  exvector & unknownvec);
 173 exvector recombine_color_string(exvector & delta8vec, exvector & fvec,
 174                                 exvector & dvec, exvectorvector & Tvecs,
 175                                 exvectorvector & ONEvecs, exvector & unknownvec);
 176 ex color_trace_of_one_representation_label(const exvector & v);
 177 ex color_trace(const exvector & v, unsigned rl=0);
 178 ex simplify_pure_color_string(const ex & e);
 179 ex simplify_color(const ex & e);
 180
 181 ex brute_force_sum_color_indices(const ex & e);
 182
 183 #ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
 184 } // namespace GiNaC
 185 #endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
 186
 187 #endif // ndef __GINAC_COLOR_H__