- simplify_indexed() simplifies c*(M).i.j -> (M').i.j (c: numeric, M: matrix)
[ginac.git] / ginac / matrix.h
1 /** @file matrix.h
2  *
3  *  Interface to symbolic matrices */
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_MATRIX_H__
24 #define __GINAC_MATRIX_H__
25
26 #include <vector>
27 #include "basic.h"
28 #include "ex.h"
29
30 namespace GiNaC {
31
32 /** Symbolic matrices. */
33 class matrix : public basic
34 {
35         GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(matrix, basic)
36         
37         // other ctors
38 public:
39         matrix(unsigned r, unsigned c);
40         matrix(unsigned r, unsigned c, const exvector & m2);
41         matrix(unsigned r, unsigned c, const lst & l);
42         
43         // functions overriding virtual functions from bases classes
44 public:
45         void print(std::ostream & os, unsigned upper_precedence=0) const;
46         void printraw(std::ostream & os) const;
47         unsigned nops() const;
48         ex op(int i) const;
49         ex & let_op(int i);
50         ex expand(unsigned options=0) const;
51         bool has(const ex & other) const;
52         ex eval(int level=0) const;
53         ex evalf(int level=0) const;
54         ex subs(const lst & ls, const lst & lr) const;
55         ex eval_indexed(const basic & i) const;
56         ex add_indexed(const ex & self, const ex & other) const;
57         ex scalar_mul_indexed(const ex & self, const numeric & other) const;
58         bool contract_with(exvector::iterator self, exvector::iterator other, exvector & v) const;
59 protected:
60         unsigned return_type(void) const { return return_types::noncommutative; };
61         // new virtual functions which can be overridden by derived classes
62         // (none)
63         
64         // non-virtual functions in this class
65 public:
66         unsigned rows(void) const        /// Get number of rows.
67                 { return row; }
68         unsigned cols(void) const        /// Get number of columns.
69                 { return col; }
70         matrix add(const matrix & other) const;
71         matrix sub(const matrix & other) const;
72         matrix mul(const matrix & other) const;
73         matrix mul(const numeric & other) const;
74         const ex & operator() (unsigned ro, unsigned co) const;
75         matrix & set(unsigned ro, unsigned co, ex value);
76         matrix transpose(void) const;
77         ex determinant(unsigned algo = determinant_algo::automatic) const;
78         ex trace(void) const;
79         ex charpoly(const symbol & lambda) const;
80         matrix inverse(void) const;
81         matrix solve(const matrix & vars, const matrix & rhs,
82                      unsigned algo = solve_algo::automatic) const;
83 protected:
84         ex determinant_minor(void) const;
85         int gauss_elimination(const bool det = false);
86         int division_free_elimination(const bool det = false);
87         int fraction_free_elimination(const bool det = false);
88         int pivot(unsigned ro, unsigned co, bool symbolic = true);
89         
90 // member variables
91 protected:
92         unsigned row;             ///< number of rows
93         unsigned col;             ///< number of columns
94         exvector m;               ///< representation (cols indexed first)
95         static unsigned precedence;
96 };
97
98
99 // wrapper functions around member functions
100
101 inline unsigned nops(const matrix & m)
102 { return m.nops(); }
103
104 inline ex expand(const matrix & m, unsigned options = 0)
105 { return m.expand(options); }
106
107 inline bool has(const matrix & m, const ex & other)
108 { return m.has(other); }
109
110 inline ex eval(const matrix & m, int level = 0)
111 { return m.eval(level); }
112
113 inline ex evalf(const matrix & m, int level = 0)
114 { return m.evalf(level); }
115
116 inline unsigned rows(const matrix & m)
117 { return m.rows(); }
118
119 inline unsigned cols(const matrix & m)
120 { return m.cols(); }
121
122 inline matrix transpose(const matrix & m)
123 { return m.transpose(); }
124
125 inline ex determinant(const matrix & m, unsigned options = determinant_algo::automatic)
126 { return m.determinant(options); }
127
128 inline ex trace(const matrix & m)
129 { return m.trace(); }
130
131 inline ex charpoly(const matrix & m, const symbol & lambda)
132 { return m.charpoly(lambda); }
133
134 inline matrix inverse(const matrix & m)
135 { return m.inverse(); }
136
137 // utility functions
138 inline const matrix &ex_to_matrix(const ex &e)
139 {
140         return static_cast<const matrix &>(*e.bp);
141 }
142
143 /** Convert list of lists to matrix. */
144 extern ex lst_to_matrix(const lst & l);
145
146 /** Convert list of diagonal elements to matrix. */
147 extern ex diag_matrix(const lst & l);
148
149 } // namespace GiNaC
150
151 #endif // ndef __GINAC_MATRIX_H__