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[ginac.git] / doc / tutorial / ginac.texi
index 45a14e614de271944b57d33948942e12707b6348..a628ff17a4c2cc9c6e420d039417863af5f8b614 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) 1999-2008 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+Copyright (C) 1999-2010 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{} 1999-2008 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+Copyright @copyright{} 1999-2010 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{} 1999-2008 Johannes Gutenberg
+language is Copyright @copyright{} 1999-2010 Johannes Gutenberg
 University Mainz, Germany.
 
 This program is free software; you can redistribute it and/or
@@ -1479,7 +1479,7 @@ evaluated immediately:
 @tab modulus in positive representation (in the range @code{[0, abs(b)-1]} with the sign of b, or zero)
 @cindex @code{mod()}
 @item @code{smod(a, b)}
-@tab modulus in symmetric representation (in the range @code{[-iquo(abs(b)-1, 2), iquo(abs(b), 2)]})
+@tab modulus in symmetric representation (in the range @code{[-iquo(abs(b), 2), iquo(abs(b), 2)]})
 @cindex @code{smod()}
 @item @code{irem(a, b)}
 @tab integer remainder (has the sign of @math{a}, or is zero)
@@ -3040,8 +3040,8 @@ Information about the commutativity of an object or expression can be
 obtained with the two member functions
 
 @example
-unsigned ex::return_type() const;
-unsigned ex::return_type_tinfo() const;
+unsigned      ex::return_type() const;
+return_type_t ex::return_type_tinfo() const;
 @end example
 
 The @code{return_type()} function returns one of three values (defined in
@@ -3062,31 +3062,27 @@ expressions in GiNaC:
   @code{noncommutative_composite} expressions.
 @end itemize
 
-The value returned by the @code{return_type_tinfo()} method is valid only
-when the return type of the expression is @code{noncommutative}. It is a
-value that is unique to the class of the object, but may vary every time a
-GiNaC program is being run (it is dynamically assigned on start-up).
+The @code{return_type_tinfo()} method returns an object of type
+@code{return_type_t} that contains information about the type of the expression
+and, if given, its representation label (see section on dirac gamma matrices for
+more details).  The objects of type @code{return_type_t} can be tested for
+equality to test whether two expressions belong to the same category and
+therefore may not commute.
 
 Here are a couple of examples:
 
 @cartouche
-@multitable @columnfractions 0.33 0.33 0.34
-@item @strong{Expression} @tab @strong{@code{return_type()}} @tab @strong{@code{return_type_tinfo()}}
-@item @code{42} @tab @code{commutative} @tab -
-@item @code{2*x-y} @tab @code{commutative} @tab -
-@item @code{dirac_ONE()} @tab @code{noncommutative} @tab @code{TINFO_clifford}
-@item @code{dirac_gamma(mu)*dirac_gamma(nu)} @tab @code{noncommutative} @tab @code{TINFO_clifford}
-@item @code{2*color_T(a)} @tab @code{noncommutative} @tab @code{TINFO_color}
-@item @code{dirac_ONE()*color_T(a)} @tab @code{noncommutative_composite} @tab -
+@multitable @columnfractions .6 .4
+@item @strong{Expression} @tab @strong{@code{return_type()}}
+@item @code{42} @tab @code{commutative}
+@item @code{2*x-y} @tab @code{commutative}
+@item @code{dirac_ONE()} @tab @code{noncommutative}
+@item @code{dirac_gamma(mu)*dirac_gamma(nu)} @tab @code{noncommutative}
+@item @code{2*color_T(a)} @tab @code{noncommutative}
+@item @code{dirac_ONE()*color_T(a)} @tab @code{noncommutative_composite}
 @end multitable
 @end cartouche
 
-Note: the @code{return_type_tinfo()} of Clifford objects is only equal to
-@code{TINFO_clifford} for objects with a representation label of zero.
-Other representation labels yield a different @code{return_type_tinfo()},
-but it's the same for any two objects with the same label. This is also true
-for color objects.
-
 A last note: With the exception of matrices, positive integer powers of
 non-commutative objects are automatically expanded in GiNaC. For example,
 @code{pow(a*b, 2)} becomes @samp{a*b*a*b} if @samp{a} and @samp{b} are
@@ -3870,7 +3866,7 @@ bool is_a<T>(const ex & e);
 bool is_exactly_a<T>(const ex & e);
 bool ex::info(unsigned flag);
 unsigned ex::return_type() const;
-unsigned ex::return_type_tinfo() const;
+return_type_t ex::return_type_tinfo() const;
 @end example
 
 When the test made by @code{is_a<T>()} returns true, it is safe to call
@@ -5354,13 +5350,7 @@ int main()
 @cindex factorization
 @cindex @code{sqrfree()}
 
-GiNaC still lacks proper factorization support.  Some form of
-factorization is, however, easily implemented by noting that factors
-appearing in a polynomial with power two or more also appear in the
-derivative and hence can easily be found by computing the GCD of the
-original polynomial and its derivatives.  Any decent system has an
-interface for this so called square-free factorization.  So we provide
-one, too:
+Square-free decomposition is available in GiNaC:
 @example
 ex sqrfree(const ex & a, const lst & l = lst());
 @end example
@@ -5385,6 +5375,57 @@ some care with subsequent processing of the result:
 Note also, how factors with the same exponents are not fully factorized
 with this method.
 
+@subsection Polynomial factorization
+@cindex factorization
+@cindex polynomial factorization
+@cindex @code{factor()}
+
+Polynomials can also be fully factored with a call to the function
+@example
+ex factor(const ex & a, unsigned int options = 0);
+@end example
+The factorization works for univariate and multivariate polynomials with
+rational coefficients. The following code snippet shows its capabilities:
+@example
+    ...
+    cout << factor(pow(x,2)-1) << endl;
+     // -> (1+x)*(-1+x)
+    cout << factor(expand((x-y*z)*(x-pow(y,2)-pow(z,3))*(x+y+z))) << endl;
+     // -> (y+z+x)*(y*z-x)*(y^2-x+z^3)
+    cout << factor(pow(x,2)-1+sin(pow(x,2)-1)) << endl;
+     // -> -1+sin(-1+x^2)+x^2
+    ...
+@end example
+The results are as expected except for the last one where no factorization
+seems to have been done. This is due to the default option
+@command{factor_options::polynomial} (equals zero) to @command{factor()}, which
+tells GiNaC to try a factorization only if the expression is a valid polynomial.
+In the shown example this is not the case, because one term is a function.
+
+There exists a second option @command{factor_options::all}, which tells GiNaC to
+ignore non-polynomial parts of an expression and also to look inside function
+arguments. With this option the example gives:
+@example
+    ...
+    cout << factor(pow(x,2)-1+sin(pow(x,2)-1), factor_options::all)
+         << endl;
+     // -> (-1+x)*(1+x)+sin((-1+x)*(1+x))
+    ...
+@end example
+GiNaC's factorization functions cannot handle algebraic extensions. Therefore
+the following example does not factor:
+@example
+    ...
+    cout << factor(pow(x,2)-2) << endl;
+     // -> -2+x^2  and not  (x-sqrt(2))*(x+sqrt(2))
+    ...
+@end example
+Factorization is useful in many applications. A lot of algorithms in computer
+algebra depend on the ability to factor a polynomial. Of course, factorization
+can also be used to simplify expressions, but it is costly and applying it to
+complicated expressions (high degrees or many terms) may consume far too much
+time. So usually, looking for a GCD at strategic points in a calculation is the
+cheaper and more appropriate alternative.
 
 @node Rational expressions, Symbolic differentiation, Polynomial arithmetic, Methods and functions
 @c    node-name, next, previous, up
@@ -6528,7 +6569,7 @@ pointer types at the moment:
 @cindex Monte Carlo integration
 @code{FUNCP_2P} allows for two variables in the expression. @code{FUNCP_CUBA} is
 the correct type to be used with the CUBA library
-(@uref{http://www.feynarts/cuba}) for numerical integrations. The details for the
+(@uref{http://www.feynarts.de/cuba}) for numerical integrations. The details for the
 parameters of @code{FUNCP_CUBA} are explained in the CUBA manual.
 
 @cindex compile_ex
@@ -7073,15 +7114,30 @@ This tells @code{evalf()} to not recursively evaluate the parameters of the
 function before calling the @code{evalf_func()}.
 
 @example
-set_return_type(unsigned return_type, unsigned return_type_tinfo)
+set_return_type(unsigned return_type, const return_type_t * return_type_tinfo)
 @end example
 
 This allows you to explicitly specify the commutation properties of the
 function (@xref{Non-commutative objects}, for an explanation of
-(non)commutativity in GiNaC). For example, you can use
-@code{set_return_type(return_types::noncommutative, TINFO_matrix)} to make
-GiNaC treat your function like a matrix. By default, functions inherit the
-commutation properties of their first argument.
+(non)commutativity in GiNaC). For example, with an object of type
+@code{return_type_t} created like
+
+@example
+return_type_t my_type = make_return_type_t<matrix>();
+@end example
+
+you can use @code{set_return_type(return_types::noncommutative, &my_type)} to
+make GiNaC treat your function like a matrix. By default, functions inherit the
+commutation properties of their first argument. The utilized template function
+@code{make_return_type_t<>()} 
+
+@example
+template<typename T> inline return_type_t make_return_type_t(const unsigned rl = 0)
+@end example
+
+can also be called with an argument specifying the representation label of the
+non-commutative function (see section on dirac gamma matrices for more
+details).
 
 @example
 set_symmetry(const symmetry & s)
@@ -8335,7 +8391,7 @@ Of course it also has some disadvantages:
 advanced features: GiNaC cannot compete with a program like
 @emph{Reduce} which exists for more than 30 years now or @emph{Maple}
 which grows since 1981 by the work of dozens of programmers, with
-respect to mathematical features.  Integration, factorization,
+respect to mathematical features.  Integration, 
 non-trivial simplifications, limits etc. are missing in GiNaC (and are
 not planned for the near future).