]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - doc/tutorial/ginac.texi
[C++17] Remove inheritance from std::binary_function, std::unary_function.
[ginac.git] / doc / tutorial / ginac.texi
index dbbf2359e76764aad30e1615fb08a66d38d2b782..9af3d527096f4f0bdd4c8188fc4e2ab868b19fff 100644 (file)
@@ -24,7 +24,7 @@
 This is a tutorial that documents GiNaC @value{VERSION}, an open
 framework for symbolic computation within the C++ programming language.
 
-Copyright (C) 1999-2015 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+Copyright (C) 1999-2016 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
 
 Permission is granted to make and distribute verbatim copies of
 this manual provided the copyright notice and this permission notice
@@ -52,7 +52,7 @@ notice identical to this one.
 
 @page
 @vskip 0pt plus 1filll
-Copyright @copyright{} 1999-2015 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+Copyright @copyright{} 1999-2016 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
 @sp 2
 Permission is granted to make and distribute verbatim copies of
 this manual provided the copyright notice and this permission notice
@@ -135,7 +135,7 @@ the near future.
 
 @section License
 The GiNaC framework for symbolic computation within the C++ programming
-language is Copyright @copyright{} 1999-2015 Johannes Gutenberg
+language is Copyright @copyright{} 1999-2016 Johannes Gutenberg
 University Mainz, Germany.
 
 This program is free software; you can redistribute it and/or
@@ -484,10 +484,10 @@ required for the configuration, it can be downloaded from
 @uref{http://pkg-config.freedesktop.org}.
 Last but not least, the CLN library
 is used extensively and needs to be installed on your system.
-Please get it from @uref{ftp://ftpthep.physik.uni-mainz.de/pub/gnu/}
-(it is covered by GPL) and install it prior to trying to install
-GiNaC.  The configure script checks if it can find it and if it cannot
-it will refuse to continue.
+Please get it from @uref{http://www.ginac.de/CLN/} (it is licensed under
+the GPL) and install it prior to trying to install GiNaC.  The configure
+script checks if it can find it and if it cannot, it will refuse to
+continue.
 
 
 @node Configuration, Building GiNaC, Prerequisites, Installation
@@ -838,8 +838,8 @@ some immediate simplifications.
 Internally, the anonymous evaluator in GiNaC is implemented by the methods
 
 @example
-ex ex::eval(int level = 0) const;
-ex basic::eval(int level = 0) const;
+ex ex::eval() const;
+ex basic::eval() const;
 @end example
 
 but unless you are extending GiNaC with your own classes or functions, there
@@ -1647,30 +1647,18 @@ packages, but are sometimes used to supply a variable number of arguments of
 the same type to GiNaC methods such as @code{subs()} and some @code{matrix}
 constructors, so you should have a basic understanding of them.
 
-Lists can be constructed by assigning a comma-separated sequence of
-expressions:
+Lists can be constructed from an initializer list of expressions:
 
 @example
 @{
     symbol x("x"), y("y");
     lst l;
-    l = x, 2, y, x+y;
+    l = @{x, 2, y, x+y@};
     // now, l is a list holding the expressions 'x', '2', 'y', and 'x+y',
     // in that order
     ...
 @end example
 
-There are also constructors that allow direct creation of lists of up to
-16 expressions, which is often more convenient but slightly less efficient:
-
-@example
-    ...
-    // This produces the same list 'l' as above:
-    // lst l(x, 2, y, x+y);
-    // lst l = lst(x, 2, y, x+y);
-    ...
-@end example
-
 Use the @code{nops()} method to determine the size (number of expressions) of
 a list and the @code{op()} method or the @code{[]} operator to access
 individual elements:
@@ -1952,9 +1940,17 @@ matrix::matrix(unsigned r, unsigned c);
 creates a matrix with @samp{r} rows and @samp{c} columns with all elements
 set to zero.
 
-The fastest way to create a matrix with preinitialized elements is to assign
-a list of comma-separated expressions to an empty matrix (see below for an
-example). But you can also specify the elements as a (flat) list with
+The easiest way to create a matrix is using an initializer list of
+initializer lists, all of the same size:
+
+@example
+@{
+    matrix m = @{@{1, -a@},
+                @{a,  1@}@};
+@}
+@end example
+
+You can also specify the elements as a (flat) list with
 
 @example
 matrix::matrix(unsigned r, unsigned c, const lst & l);
@@ -1977,6 +1973,7 @@ matrices:
 @cindex @code{symbolic_matrix()}
 @example
 ex diag_matrix(const lst & l);
+ex diag_matrix(initializer_list<ex> l);
 ex unit_matrix(unsigned x);
 ex unit_matrix(unsigned r, unsigned c);
 ex symbolic_matrix(unsigned r, unsigned c, const string & base_name);
@@ -1984,7 +1981,7 @@ ex symbolic_matrix(unsigned r, unsigned c, const string & base_name,
                    const string & tex_base_name);
 @end example
 
-@code{diag_matrix()} constructs a diagonal matrix given the list of diagonal
+@code{diag_matrix()} constructs a square diagonal matrix given the diagonal
 elements. @code{unit_matrix()} creates an @samp{x} by @samp{x} (or @samp{r}
 by @samp{c}) unit matrix. And finally, @code{symbolic_matrix} constructs a
 matrix filled with newly generated symbols made of the specified base name
@@ -2011,10 +2008,9 @@ that specify which row and column to remove:
 
 @example
 @{
-    matrix m(3,3);
-    m = 11, 12, 13,
-        21, 22, 23,
-        31, 32, 33;
+    matrix m = @{@{11, 12, 13@},
+                @{21, 22, 23@},
+                @{31, 32, 33@}@};
     cout << reduced_matrix(m, 1, 1) << endl;
     // -> [[11,13],[31,33]]
     cout << sub_matrix(m, 1, 2, 1, 2) << endl;
@@ -2040,9 +2036,8 @@ Here are a couple of examples for constructing matrices:
 @{
     symbol a("a"), b("b");
 
-    matrix M(2, 2);
-    M = a, 0,
-        0, b;
+    matrix M = @{@{a, 0@},
+                @{0, b@}@};
     cout << M << endl;
      // -> [[a,0],[0,b]]
 
@@ -2052,13 +2047,13 @@ Here are a couple of examples for constructing matrices:
     cout << M2 << endl;
      // -> [[a,0],[0,b]]
 
-    cout << matrix(2, 2, lst(a, 0, 0, b)) << endl;
+    cout << matrix(2, 2, lst@{a, 0, 0, b@}) << endl;
      // -> [[a,0],[0,b]]
 
-    cout << lst_to_matrix(lst(lst(a, 0), lst(0, b))) << endl;
+    cout << lst_to_matrix(lst@{lst@{a, 0@}, lst@{0, b@}@}) << endl;
      // -> [[a,0],[0,b]]
 
-    cout << diag_matrix(lst(a, b)) << endl;
+    cout << diag_matrix(lst@{a, b@}) << endl;
      // -> [[a,0],[0,b]]
 
     cout << unit_matrix(3) << endl;
@@ -2094,13 +2089,12 @@ and @math{C}:
 
 @example
 @{
-    matrix A(2, 2), B(2, 2), C(2, 2);
-    A =  1, 2,
-         3, 4;
-    B = -1, 0,
-         2, 1;
-    C =  8, 4,
-         2, 1;
+    matrix A = @{@{ 1, 2@},
+                @{ 3, 4@}@};
+    matrix B = @{@{-1, 0@},
+                @{ 2, 1@}@};
+    matrix C = @{@{ 8, 4@},
+                @{ 2, 1@}@};
 
     matrix result = A.mul(B).sub(C.mul_scalar(2));
     cout << result << endl;
@@ -2940,10 +2934,9 @@ and scalar products):
     symbol x("x"), y("y");
 
     // A is a 2x2 matrix, X is a 2x1 vector
-    matrix A(2, 2), X(2, 1);
-    A = 1, 2,
-        3, 4;
-    X = x, y;
+    matrix A = @{@{1, 2@},
+                @{3, 4@}@};
+    matrix X = @{@{x, y@}@};
 
     cout << indexed(A, i, i) << endl;
      // -> 5
@@ -3033,6 +3026,8 @@ canonicalize themselves according to rules specified in the implementation
 of the non-commutative classes. The drawback is that to work with other than
 the built-in algebras you have to implement new classes yourself. Both
 symbols and user-defined functions can be specified as being non-commutative.
+For symbols, this is done by subclassing class symbol; for functions,
+by explicitly setting the return type (@pxref{Symbolic functions}).
 
 @cindex @code{return_type()}
 @cindex @code{return_type_tinfo()}
@@ -3265,7 +3260,7 @@ QED:
            dirac_gamma(mu.toggle_variance()) *
            (dirac_slash(l, D) + m * dirac_ONE());   
     e = dirac_trace(e).simplify_indexed(sp);
-    e = e.collect(lst(l, ldotq, m));
+    e = e.collect(lst@{l, ldotq, m@});
     cout << e << endl;
      // -> (8-4*D)*l^2+(8-4*D)*ldotq+4*D*m^2
 @}
@@ -3335,6 +3330,15 @@ Note that the call @code{clifford_unit(mu, minkmetric())} creates
 something very close to @code{dirac_gamma(mu)}, although
 @code{dirac_gamma} have more efficient simplification mechanism. 
 @cindex @code{get_metric()}
+Also, the object created by @code{clifford_unit(mu, minkmetric())} is
+not aware about the symmetry of its metric, see the start of the pevious
+paragraph. A more accurate analog of 'dirac_gamma(mu)' should be
+specifies as follows:
+
+@example
+    clifford_unit(mu, indexed(minkmetric(),sy_symm(),varidx(symbol("i"),4),varidx(symbol("j"),4)));
+@end example
+
 The method @code{clifford::get_metric()} returns a metric defining this
 Clifford number.
 
@@ -3357,7 +3361,7 @@ ways. For example
     ... 
     idx i(symbol("i"), 4);
     realsymbol s("s");
-    ex M = diag_matrix(lst(1, -1, 0, s));
+    ex M = diag_matrix(lst@{1, -1, 0, s@});
     ex e = clifford_unit(i, M);
     ex e0 = e.subs(i == 0);
     ex e1 = e.subs(i == 1);
@@ -3423,11 +3427,11 @@ The previous code may be rewritten with the help of @code{lst_to_clifford()} as
     ...
     idx i(symbol("i"), 4);
     realsymbol s("s");
-    ex M = diag_matrix(lst(1, -1, 0, s));
-    ex e0 = lst_to_clifford(lst(1, 0, 0, 0), i, M);
-    ex e1 = lst_to_clifford(lst(0, 1, 0, 0), i, M);
-    ex e2 = lst_to_clifford(lst(0, 0, 1, 0), i, M);
-    ex e3 = lst_to_clifford(lst(0, 0, 0, 1), i, M);
+    ex M = diag_matrix(@{1, -1, 0, s@});
+    ex e0 = lst_to_clifford(lst@{1, 0, 0, 0@}, i, M);
+    ex e1 = lst_to_clifford(lst@{0, 1, 0, 0@}, i, M);
+    ex e2 = lst_to_clifford(lst@{0, 0, 1, 0@}, i, M);
+    ex e3 = lst_to_clifford(lst@{0, 0, 0, 1@}, i, M);
   ...
 @}
 @end example
@@ -3974,8 +3978,6 @@ table:
 @tab @dots{}a polynomial with (possibly complex) rational coefficients (such as @math{2/3+7/2*I})
 @item @code{rational_function}
 @tab @dots{}a rational function (@math{x+y}, @math{z/(x+y)})
-@item @code{algebraic}
-@tab @dots{}an algebraic object (@math{sqrt(2)}, @math{sqrt(x)-1})
 @end multitable
 @end cartouche
 
@@ -4068,7 +4070,7 @@ The following example illustrates the differences between
 @example
 @{
     symbol A("A"), B("B"), C("C");
-    ex e = lst(lst(A, B), C);
+    ex e = lst@{lst@{A, B@}, C@};
 
     std::copy(e.begin(), e.end(),
               std::ostream_iterator<ex>(cout, "\n"));
@@ -4155,12 +4157,12 @@ provides two functors that can be supplied as proper binary comparison
 predicates to the STL:
 
 @example
-class ex_is_less : public std::binary_function<ex, ex, bool> @{
+class ex_is_less @{
 public:
     bool operator()(const ex &lh, const ex &rh) const;
 @};
 
-class ex_is_equal : public std::binary_function<ex, ex, bool> @{
+class ex_is_equal @{
 public:
     bool operator()(const ex &lh, const ex &rh) const;
 @};
@@ -4188,7 +4190,7 @@ std::sort(v.begin(), v.end(), ex_is_less());
 
 // count the number of expressions equal to '1'
 unsigned num_ones = std::count_if(v.begin(), v.end(),
-                                  std::bind2nd(ex_is_equal(), 1));
+                                  [](const ex& e) @{ return ex_is_equal()(e, 1); @});
 @end example
 
 The implementation of @code{ex_is_less} uses the member function
@@ -4211,7 +4213,7 @@ GiNaC keeps algebraic expressions, numbers and constants in their exact form.
 To evaluate them using floating-point arithmetic you need to call
 
 @example
-ex ex::evalf(int level = 0) const;
+ex ex::evalf() const;
 @end example
 
 @cindex @code{Digits}
@@ -4268,13 +4270,13 @@ In the first form, @code{subs()} accepts a relational of the form
      // -> 73
 
     ex e2 = x*y + x;
-    cout << "e2(-2, 4) = " << e2.subs(lst(x == -2, y == 4)) << endl;
+    cout << "e2(-2, 4) = " << e2.subs(lst@{x == -2, y == 4@}) << endl;
      // -> -10
 @}
 @end example
 
 If you specify multiple substitutions, they are performed in parallel, so e.g.
-@code{subs(lst(x == y, y == x))} exchanges @samp{x} and @samp{y}.
+@code{subs(lst@{x == y, y == x@})} exchanges @samp{x} and @samp{y}.
 
 The second form of @code{subs()} takes an @code{exmap} object which is a
 pair associative container that maps expressions to expressions (currently
@@ -4305,7 +4307,7 @@ contain the same number of elements). Using this form, you would write
     symbol x("x"), y("y");
     ex e2 = x*y + x;
 
-    cout << "e2(-2, 4) = " << e2.subs(lst(x, y), lst(-2, 4)) << endl;
+    cout << "e2(-2, 4) = " << e2.subs(lst@{x, y@}, lst@{-2, 4@}) << endl;
 @}
 @end example
 
@@ -5025,7 +5027,7 @@ one variable, the variables are given as a list.
 
 @example
 (x*y*sin(y)).is_polynomial(x)         // Returns true.
-(x*y*sin(y)).is_polynomial(lst(x,y))  // Returns false.
+(x*y*sin(y)).is_polynomial(lst@{x,y@})  // Returns false.
 @end example
 
 @subsection Expanding and collecting
@@ -5352,7 +5354,7 @@ int main()
 
 Square-free decomposition is available in GiNaC:
 @example
-ex sqrfree(const ex & a, const lst & l = lst());
+ex sqrfree(const ex & a, const lst & l = lst@{@});
 @end example
 Here is an example that by the way illustrates how the exact form of the
 result may slightly depend on the order of differentiation, calling for
@@ -5362,10 +5364,10 @@ some care with subsequent processing of the result:
     symbol x("x"), y("y");
     ex BiVarPol = expand(pow(2-2*y,3) * pow(1+x*y,2) * pow(x-2*y,2) * (x+y));
 
-    cout << sqrfree(BiVarPol, lst(x,y)) << endl;
+    cout << sqrfree(BiVarPol, lst@{x,y@}) << endl;
      // -> 8*(1-y)^3*(y*x^2-2*y+x*(1-2*y^2))^2*(y+x)
 
-    cout << sqrfree(BiVarPol, lst(y,x)) << endl;
+    cout << sqrfree(BiVarPol, lst@{y,x@}) << endl;
      // -> 8*(1-y)^3*(-y*x^2+2*y+x*(-1+2*y^2))^2*(y+x)
 
     cout << sqrfree(BiVarPol) << endl;
@@ -5774,9 +5776,9 @@ almost any kind of object (anything that is @code{subs()}able):
                                            
     cout << ex(indexed(A, i, j)).symmetrize() << endl;
      // -> 1/2*A.j.i+1/2*A.i.j
-    cout << ex(indexed(A, i, j, k)).antisymmetrize(lst(i, j)) << endl;
+    cout << ex(indexed(A, i, j, k)).antisymmetrize(lst@{i, j@}) << endl;
      // -> -1/2*A.j.i.k+1/2*A.i.j.k
-    cout << ex(lst(a, b, c)).symmetrize_cyclic(lst(a, b, c)) << endl;
+    cout << ex(lst@{a, b, c@}).symmetrize_cyclic(lst@{a, b, c@}) << endl;
      // -> 1/3*@{a,b,c@}+1/3*@{b,c,a@}+1/3*@{c,a,b@}
 @}
 @end example
@@ -6079,7 +6081,7 @@ The functions only evaluate if the indices are integers greater than zero, excep
 will be interpreted as the sequence of signs for the corresponding indices
 @code{m} or the sign of the imaginary part for the
 corresponding arguments @code{a}, it must contain 1 or -1, e.g.
-@code{zeta(lst(3,4), lst(-1,1))} means
+@code{zeta(lst@{3,4@}, lst@{-1,1@})} means
 @tex
 $\zeta(\overline{3},4)$
 @end tex
@@ -6087,7 +6089,7 @@ $\zeta(\overline{3},4)$
 @command{zeta(\overline@{3@},4)}
 @end ifnottex
 and
-@code{G(lst(a,b), lst(-1,1), c)} means
+@code{G(lst@{a,b@}, lst@{-1,1@}, c)} means
 @tex
 $G(a-0\epsilon,b+0\epsilon;c)$.
 @end tex
@@ -6096,7 +6098,7 @@ $G(a-0\epsilon,b+0\epsilon;c)$.
 @end ifnottex
 The definition of @code{H} allows indices to be 0, 1 or -1 (in expanded notation) or equally to
 be any integer (in compact notation). With GiNaC expanded and compact notation can be mixed,
-e.g. @code{lst(0,0,-1,0,1,0,0)}, @code{lst(0,0,-1,2,0,0)} and @code{lst(-3,2,0,0)} are equivalent as
+e.g. @code{lst@{0,0,-1,0,1,0,0@}}, @code{lst@{0,0,-1,2,0,0@}} and @code{lst@{-3,2,0,0@}} are equivalent as
 indices. The anonymous evaluator @code{eval()} tries to reduce the functions, if possible, to
 the least-generic multiple polylogarithm. If all arguments are unit, it returns @code{zeta}.
 Arguments equal to zero get considered, too. Riemann's zeta function @code{zeta} (with depth one)
@@ -8246,11 +8248,11 @@ class mystring : public basic
 @{
     ...
 public:
-    ex eval(int level = 0) const;
+    ex eval() const override;
     ...
 @};
 
-ex mystring::eval(int level) const
+ex mystring::eval() const
 @{
     string new_str;
     for (size_t i=0; i<str.length(); i++) @{
@@ -8263,19 +8265,19 @@ ex mystring::eval(int level) const
 
     if (new_str.length() == 0)
         return 0;
-    else
-        return mystring(new_str).hold();
+
+    return mystring(new_str).hold();
 @}
 @end example
 
-The @code{level} argument is used to limit the recursion depth of the
-evaluation.  We don't have any subexpressions in the @code{mystring}
-class so we are not concerned with this.  If we had, we would call the
-@code{eval()} functions of the subexpressions with @code{level - 1} as
-the argument if @code{level != 1}.  The @code{hold()} member function
-sets a flag in the object that prevents further evaluation.  Otherwise
-we might end up in an endless loop.  When you want to return the object
-unmodified, use @code{return this->hold();}.
+The @code{hold()} member function sets a flag in the object that prevents
+further evaluation.  Otherwise we might end up in an endless loop.  When you
+want to return the object unmodified, use @code{return this->hold();}.
+
+If our class had subobjects, we would have to evaluate them first (unless
+they are all of type @code{ex}, which are automatically evaluated). We don't
+have any subexpressions in the @code{mystring} class, so we are not concerned
+with this.
 
 Let's confirm that it works:
 
@@ -8298,8 +8300,8 @@ required but will make operations with objects of the class more efficient:
 @cindex @code{calchash()}
 @cindex @code{is_equal_same_type()}
 @example
-unsigned calchash() const;
-bool is_equal_same_type(const basic & other) const;
+unsigned calchash() const override;
+bool is_equal_same_type(const basic & other) const override;
 @end example
 
 The @code{calchash()} method returns an @code{unsigned} hash value for the
@@ -8320,10 +8322,10 @@ For a real algebraic class, there are probably some more functions that you
 might want to provide:
 
 @example
-bool info(unsigned inf) const;
-ex evalf(int level = 0) const;
-ex series(const relational & r, int order, unsigned options = 0) const;
-ex derivative(const symbol & s) const;
+bool info(unsigned inf) const override;
+ex evalf() const override;
+ex series(const relational & r, int order, unsigned options = 0) const override;
+ex derivative(const symbol & s) const override;
 @end example
 
 If your class stores sub-expressions (see the scalar product example in the
@@ -8331,11 +8333,11 @@ previous section) you will probably want to override
 
 @cindex @code{let_op()}
 @example
-size_t nops() cont;
-ex op(size_t i) const;
-ex & let_op(size_t i);
-ex subs(const lst & ls, const lst & lr, unsigned options = 0) const;
-ex map(map_function & f) const;
+size_t nops() const override;
+ex op(size_t i) const override;
+ex & let_op(size_t i) override;
+ex subs(const lst & ls, const lst & lr, unsigned options = 0) const override;
+ex map(map_function & f) const override;
 @end example
 
 @code{let_op()} is a variant of @code{op()} that allows write access. The