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         // other constructors
  98 protected:
  99         color(color_types const t, unsigned rl=0);
 100         color(color_types const t, const ex & i1, unsigned rl=0);
 101         color(color_types const t, const ex & i1, const ex & i2, unsigned rl=0);
 102         color(color_types const t, const ex & i1, const ex & i2, const ex & i3,
 103               unsigned rl=0);
 104         color(color_types const t, const exvector & iv, unsigned rl=0);
 105         color(color_types const t, exvector * ivp, unsigned rl=0);
 106
 107         // functions overriding virtual functions from base classes
 108 public:
 109         void printraw(std::ostream & os) const;
 110         void printtree(std::ostream & os, unsigned indent) const;
 111         void print(std::ostream & os, unsigned upper_precedence=0) const;
 112         bool info(unsigned inf) const;
 113         ex eval(int level=0) const;
 114 protected:
 115         bool is_equal_same_type(const basic & other) const;
 116         ex simplify_ncmul(const exvector & v) const;
 117         ex thisexprseq(const exvector & v) const;
 118         ex thisexprseq(exvector * vp) const;
 119
 120         // new virtual functions which can be overridden by derived classes
 121         // none
 122
 123         // non-virtual functions in this class
 124 protected:
 125         bool all_of_type_coloridx(void) const;
 126
 127 // member variables
 128
 129 protected:
 130         color_types type; /**< Type of object (generator, structure constant etc.) */
 131         unsigned representation_label; /**< Representation label to distiguish independent color matrices coming from separated fermion lines */
 132 };
 133
 134 // global functions
 135 inline const color &ex_to_color(const ex &e)
 136 {
 137         return static_cast<const color &>(*e.bp);
 138 }
 139
 140 inline color &ex_to_nonconst_color(const ex &e)
 141 {
 142         return static_cast<color &>(*e.bp);
 143 }
 144
 145 color color_ONE(unsigned rl=0);
 146 color color_T(const ex & a, unsigned rl=0);
 147 color color_f(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
 148 color color_d(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
 149 ex color_h(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
 150 color color_delta8(const ex & a, const ex & b);
 151 void split_color_string_in_parts(const exvector & v, exvector & delta8vec,
 152                                  exvector & fvec, exvector & dvec,
 153                                  exvectorvector & Tvecs,
 154                                  exvectorvector & ONEvecs,
 155                                  exvector & unknownvec);
 156 exvector recombine_color_string(exvector & delta8vec, exvector & fvec,
 157                                 exvector & dvec, exvectorvector & Tvecs,
 158                                 exvectorvector & ONEvecs, exvector & unknownvec);
 159 ex color_trace_of_one_representation_label(const exvector & v);
 160 ex color_trace(const exvector & v, unsigned rl=0);
 161 ex simplify_pure_color_string(const ex & e);
 162 ex simplify_color(const ex & e);
 163
 164 ex brute_force_sum_color_indices(const ex & e);
 165
 166 #ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
 167 } // namespace GiNaC
 168 #endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
 169
 170 #endif // ndef __GINAC_COLOR_H__