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This patch fixes a bug on machines where char is unsigned by default, by
[ginac.git] / ginac / clifford.h
index d3109a0cba61cbb7c3211775bd90ef5d08d76cd5..81e49b017f253c007869fd5e7b84175baa56407c 100644 (file)
@@ -3,7 +3,7 @@
  *  Interface to GiNaC's clifford algebra (Dirac gamma) objects. */
 
 /*
- *  GiNaC Copyright (C) 1999-2004 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+ *  GiNaC Copyright (C) 1999-2011 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
  *
  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
  *
  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
  *  along with this program; if not, write to the Free Software
- *  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
+ *  Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
  */
 
-#ifndef __GINAC_CLIFFORD_H__
-#define __GINAC_CLIFFORD_H__
+#ifndef GINAC_CLIFFORD_H
+#define GINAC_CLIFFORD_H
 
 #include "indexed.h"
 #include "tensor.h"
 #include "symbol.h"
 #include "idx.h"
 
-namespace GiNaC {
+#include <set>
 
+namespace GiNaC {
 
 /** This class holds an object representing an element of the Clifford
  *  algebra (the Dirac gamma matrices). These objects only carry Lorentz
  *  indices. Spinor indices are hidden. A representation label (an unsigned
  *  8-bit integer) is used to distinguish elements from different Clifford
- *  algebras (objects with different labels commute). */
+ *  algebras (objects with different labels commutate). */
 class clifford : public indexed
 {
        GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(clifford, indexed)
-
        // other constructors
 public:
        clifford(const ex & b, unsigned char rl = 0);
-       clifford(const ex & b, const ex & mu,  const ex & metr, unsigned char rl = 0);
+       clifford(const ex & b, const ex & mu,  const ex & metr, unsigned char rl = 0, int comm_sign = -1);
 
        // internal constructors
-       clifford(unsigned char rl, const ex & metr, const exvector & v, bool discardable = false);
-       clifford(unsigned char rl, const ex & metr, std::auto_ptr<exvector> vp);
+       clifford(unsigned char rl, const ex & metr, int comm_sign, const exvector & v, bool discardable = false);
+       clifford(unsigned char rl, const ex & metr, int comm_sign, std::auto_ptr<exvector> vp);
 
        // functions overriding virtual functions from base classes
+public:
+       unsigned precedence() const { return 65; }
+       void archive(archive_node& n) const;
+       void read_archive(const archive_node& n, lst& sym_lst);
 protected:
        ex eval_ncmul(const exvector & v) const;
        bool match_same_type(const basic & other) const;
        ex thiscontainer(const exvector & v) const;
        ex thiscontainer(std::auto_ptr<exvector> vp) const;
        unsigned return_type() const { return return_types::noncommutative; }
-       unsigned return_type_tinfo() const { return TINFO_clifford + representation_label; }
-
+       return_type_t return_type_tinfo() const;
        // non-virtual functions in this class
 public:
        unsigned char get_representation_label() const { return representation_label; }
        ex get_metric() const { return metric; }
-       ex get_metric(const ex & i, const ex & j) const;
+       virtual ex get_metric(const ex & i, const ex & j, bool symmetrised = false) const;
        bool same_metric(const ex & other) const;
+       int get_commutator_sign() const { return commutator_sign; } //**< See the member variable commutator_sign */
+
+       inline size_t nops() const {return inherited::nops() + 1; }
+       ex op(size_t i) const;
+       ex & let_op(size_t i);
+       ex subs(const exmap & m, unsigned options = 0) const;
 
 protected:
        void do_print_dflt(const print_dflt & c, unsigned level) const;
        void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
 
        // member variables
-private:
+protected:
        unsigned char representation_label; /**< Representation label to distinguish independent spin lines */
-       ex metric;
+       ex metric; /**< Metric of the space, all constructors make it an indexed object */
+       int commutator_sign; /**< It is the sign in the definition e~i e~j +/- e~j e~i = B(i, j) + B(j, i)*/
 };
-
+GINAC_DECLARE_UNARCHIVER(clifford); 
 
 /** This class represents the Clifford algebra unity element. */
 class diracone : public tensor
@@ -86,6 +96,7 @@ protected:
        void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
        void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
 };
+GINAC_DECLARE_UNARCHIVER(diracone);
 
 
 /** This class represents the Clifford algebra generators (units). */
@@ -93,10 +104,6 @@ class cliffordunit : public tensor
 {
        GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(cliffordunit, tensor)
 
-       // other constructors
-protected:
-       cliffordunit(unsigned ti) : inherited(ti) {}
-                                                                                                    
        // functions overriding virtual functions from base classes
 public:
        bool contract_with(exvector::iterator self, exvector::iterator other, exvector & v) const;
@@ -122,9 +129,10 @@ protected:
        void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
        void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
 };
+GINAC_DECLARE_UNARCHIVER(diracgamma);
 
 
-/** This class represents the Dirac gamma5 object which anticommutes with
+/** This class represents the Dirac gamma5 object which anticommutates with
  *  all other gammas. */
 class diracgamma5 : public tensor
 {
@@ -138,6 +146,7 @@ protected:
        void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
        void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
 };
+GINAC_DECLARE_UNARCHIVER(diracgamma5);
 
 
 /** This class represents the Dirac gammaL object which behaves like
@@ -154,6 +163,7 @@ protected:
        void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
        void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
 };
+GINAC_DECLARE_UNARCHIVER(diracgammaL);
 
 
 /** This class represents the Dirac gammaL object which behaves like
@@ -170,14 +180,18 @@ protected:
        void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
        void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
 };
+GINAC_DECLARE_UNARCHIVER(diracgammaR);
 
 
 // global functions
 
-/** Specialization of is_exactly_a<clifford>(obj) for clifford objects. */
-template<> inline bool is_exactly_a<clifford>(const basic & obj)
+/** Check whether a given return_type_t object (as returned by return_type_tinfo()
+  * is that of a clifford object (with an arbitrary representation label).
+  *
+  * @param ti tinfo key */
+inline bool is_clifford_tinfo(const return_type_t& ti)
 {
-       return obj.tinfo()==TINFO_clifford;
+       return *(ti.tinfo) == typeid(clifford);
 }
 
 /** Create a Clifford unity object.
@@ -189,7 +203,7 @@ ex dirac_ONE(unsigned char rl = 0);
 /** Create a Clifford unit object.
  *
  *  @param mu Index (must be of class varidx or a derived class)
- *  @param metr Metric (must be of class tensor or a derived class)
+ *  @param metr Metric (should be indexed, tensmetric or a derived class, or a matrix)
  *  @param rl Representation label
  *  @return newly constructed Clifford unit object */
 ex clifford_unit(const ex & mu, const ex & metr, unsigned char rl = 0);
@@ -226,6 +240,26 @@ ex dirac_gammaR(unsigned char rl = 0);
  *  @param rl Representation label */
 ex dirac_slash(const ex & e, const ex & dim, unsigned char rl = 0);
 
+/** Calculate dirac traces over the specified set of representation labels.
+ *  The computed trace is a linear functional that is equal to the usual
+ *  trace only in D = 4 dimensions. In particular, the functional is not
+ *  always cyclic in D != 4 dimensions when gamma5 is involved.
+ *
+ *  @param e Expression to take the trace of
+ *  @param rls Set of representation labels
+ *  @param trONE Expression to be returned as the trace of the unit matrix */
+ex dirac_trace(const ex & e, const std::set<unsigned char> & rls, const ex & trONE = 4);
+
+/** Calculate dirac traces over the specified list of representation labels.
+ *  The computed trace is a linear functional that is equal to the usual
+ *  trace only in D = 4 dimensions. In particular, the functional is not
+ *  always cyclic in D != 4 dimensions when gamma5 is involved.
+ *
+ *  @param e Expression to take the trace of
+ *  @param rll List of representation labels
+ *  @param trONE Expression to be returned as the trace of the unit matrix */
+ex dirac_trace(const ex & e, const lst & rll, const ex & trONE = 4);
+
 /** Calculate the trace of an expression containing gamma objects with
  *  a specified representation label. The computed trace is a linear
  *  functional that is equal to the usual trace only in D = 4 dimensions.
@@ -253,7 +287,21 @@ inline ex clifford_bar(const ex & e) { return clifford_prime(e.conjugate()); }
 /** Reversion of the Clifford algebra, coincides with the conjugate(). */
 inline ex clifford_star(const ex & e) { return e.conjugate(); }
 
-ex delete_ONE(const ex &e);
+/** Replaces dirac_ONE's (with a representation_label no less than rl) in e with 1.
+ *  For the default value rl = 0 remove all of them. Aborts if e contains any 
+ *  clifford_unit with representation_label to be removed.
+ *
+ *  @param e Expression to be processed
+ *  @param rl Value of representation label 
+ *  @param options Defines some internal use */
+ex remove_dirac_ONE(const ex & e, unsigned char rl = 0, unsigned options = 0);
+
+/** Returns the maximal representation label of a clifford object 
+ *  if e contains at least one, otherwise returns -1 
+ *
+ *  @param e Expression to be processed
+ *  @ignore_ONE defines if clifford_ONE should be ignored in the search*/
+int clifford_max_label(const ex & e, bool ignore_ONE = false);
 
 /** Calculation of the norm in the Clifford algebra. */
 ex clifford_norm(const ex & e);
@@ -265,11 +313,51 @@ ex clifford_inverse(const ex & e);
  *
  *  @param v List or vector of coordinates
  *  @param mu Index (must be of class varidx or a derived class)
- *  @param metr Metric (must be of class tensor or a derived class)
+ *  @param metr Metric (should be indexed, tensmetric or a derived class, or a matrix)
  *  @param rl Representation label
+ *  @param e Clifford unit object
  *  @return Clifford vector with given components */
 ex lst_to_clifford(const ex & v, const ex & mu,  const ex & metr, unsigned char rl = 0);
+ex lst_to_clifford(const ex & v, const ex & e);
+
+/** An inverse function to lst_to_clifford(). For given Clifford vector extracts
+ *  its components with respect to given Clifford unit. Obtained components may 
+ *  contain Clifford units with a different metric. Extraction is based on 
+ *  the algebraic formula (e * c.i + c.i * e)/ pow(e.i, 2) for non-degenerate cases
+ *  (i.e. neither pow(e.i, 2) = 0).
+ *  
+ *  @param e Clifford expression to be decomposed into components
+ *  @param c Clifford unit defining the metric for splitting (should have numeric dimension of indices)
+ *  @param algebraic Use algebraic or symbolic algorithm for extractions 
+ *  @return List of components of a Clifford vector*/
+lst clifford_to_lst(const ex & e, const ex & c, bool algebraic=true);
+
+/** Calculations of Moebius transformations (conformal map) defined by a 2x2 Clifford matrix
+ *  (a b\\c d) in linear spaces with arbitrary signature. The expression is 
+ *  (a * x + b)/(c * x + d), where x is a vector build from list v with metric G.
+ *  (see Jan Cnops. An introduction to {D}irac operators on manifolds, v.24 of
+ *  Progress in Mathematical Physics. Birkhauser Boston Inc., Boston, MA, 2002.)
+ * 
+ *  @param a (1,1) entry of the defining matrix
+ *  @param b (1,2) entry of the defining matrix
+ *  @param c (2,1) entry of the defining matrix
+ *  @param d (2,2) entry of the defining matrix
+ *  @param v Vector to be transformed
+ *  @param G Metric of the surrounding space, may be a Clifford unit then the next parameter is ignored
+ *  @param rl Representation label 
+ *  @return List of components of the transformed vector*/
+ex clifford_moebius_map(const ex & a, const ex & b, const ex & c, const ex & d, const ex & v, const ex & G, unsigned char rl = 0);
+
+/** The second form of Moebius transformations defined by a 2x2 Clifford matrix M
+ *  This function takes the transformation matrix M as a single entity.
+ * 
+ *  @param M the defining matrix
+ *  @param v Vector to be transformed
+ *  @param G Metric of the surrounding space, may be a Clifford unit then the next parameter is ignored
+ *  @param rl Representation label 
+ *  @return List of components of the transformed vector*/
+ex clifford_moebius_map(const ex & M, const ex & v, const ex & G, unsigned char rl = 0);
 
 } // namespace GiNaC
 
-#endif // ndef __GINAC_CLIFFORD_H__
+#endif // ndef GINAC_CLIFFORD_H