]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - ginac/factor.cpp
Changed naming convention for the library. Now, it is only libginac.so
[ginac.git] / ginac / factor.cpp
index ecf537b010968166d75f5f0488816bbb5caa6251..2f98f9db5d0ee442ad54ad03fe6b8b18bf503bd6 100644 (file)
@@ -1,16 +1,39 @@
 /** @file factor.cpp
  *
- *  Polynomial factorization code (implementation).
+ *  Polynomial factorization (implementation).
+ *
+ *  The interface function factor() at the end of this file is defined in the
+ *  GiNaC namespace. All other utility functions and classes are defined in an
+ *  additional anonymous namespace.
+ *
+ *  Factorization starts by doing a square free factorization and making the
+ *  coefficients integer. Then, depending on the number of free variables it
+ *  proceeds either in dedicated univariate or multivariate factorization code.
+ *
+ *  Univariate factorization does a modular factorization via Berlekamp's
+ *  algorithm and distinct degree factorization. Hensel lifting is used at the
+ *  end.
+ *  
+ *  Multivariate factorization uses the univariate factorization (applying a
+ *  evaluation homomorphism first) and Hensel lifting raises the answer to the
+ *  multivariate domain. The Hensel lifting code is completely distinct from the
+ *  code used by the univariate factorization.
  *
  *  Algorithms used can be found in
- *    [W1]  An Improved Multivariate Polynomial Factoring Algorithm,
- *          P.S.Wang, Mathematics of Computation, Vol. 32, No. 144 (1978) 1215--1231.
+ *    [Wan] An Improved Multivariate Polynomial Factoring Algorithm,
+ *          P.S.Wang,
+ *          Mathematics of Computation, Vol. 32, No. 144 (1978) 1215--1231.
  *    [GCL] Algorithms for Computer Algebra,
- *          K.O.Geddes, S.R.Czapor, G.Labahn, Springer Verlag, 1992.
+ *          K.O.Geddes, S.R.Czapor, G.Labahn,
+ *          Springer Verlag, 1992.
+ *    [Mig] Some Useful Bounds,
+ *          M.Mignotte, 
+ *          In "Computer Algebra, Symbolic and Algebraic Computation" (B.Buchberger et al., eds.),
+ *          pp. 259-263, Springer-Verlag, New York, 1982.
  */
 
 /*
- *  GiNaC Copyright (C) 1999-2008 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
@@ -61,17 +84,6 @@ namespace GiNaC {
 #define DCOUT(str) cout << #str << endl
 #define DCOUTVAR(var) cout << #var << ": " << var << endl
 #define DCOUT2(str,var) cout << #str << ": " << var << endl
-#else
-#define DCOUT(str)
-#define DCOUTVAR(var)
-#define DCOUT2(str,var)
-#endif
-
-// anonymous namespace to hide all utility functions
-namespace {
-
-typedef vector<cl_MI> mvec;
-#ifdef DEBUGFACTOR
 ostream& operator<<(ostream& o, const vector<int>& v)
 {
        vector<int>::const_iterator i = v.begin(), end = v.end();
@@ -80,7 +92,7 @@ ostream& operator<<(ostream& o, const vector<int>& v)
        }
        return o;
 }
-ostream& operator<<(ostream& o, const vector<cl_I>& v)
+static ostream& operator<<(ostream& o, const vector<cl_I>& v)
 {
        vector<cl_I>::const_iterator i = v.begin(), end = v.end();
        while ( i != end ) {
@@ -89,7 +101,7 @@ ostream& operator<<(ostream& o, const vector<cl_I>& v)
        }
        return o;
 }
-ostream& operator<<(ostream& o, const vector<cl_MI>& v)
+static ostream& operator<<(ostream& o, const vector<cl_MI>& v)
 {
        vector<cl_MI>::const_iterator i = v.begin(), end = v.end();
        while ( i != end ) {
@@ -98,6 +110,13 @@ ostream& operator<<(ostream& o, const vector<cl_MI>& v)
        }
        return o;
 }
+ostream& operator<<(ostream& o, const vector<numeric>& v)
+{
+       for ( size_t i=0; i<v.size(); ++i ) {
+               o << v[i] << " ";
+       }
+       return o;
+}
 ostream& operator<<(ostream& o, const vector< vector<cl_MI> >& v)
 {
        vector< vector<cl_MI> >::const_iterator i = v.begin(), end = v.end();
@@ -107,7 +126,14 @@ ostream& operator<<(ostream& o, const vector< vector<cl_MI> >& v)
        }
        return o;
 }
-#endif
+#else
+#define DCOUT(str)
+#define DCOUTVAR(var)
+#define DCOUT2(str,var)
+#endif // def DEBUGFACTOR
+
+// anonymous namespace to hide all utility functions
+namespace {
 
 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 // modular univariate polynomial code
@@ -192,8 +218,32 @@ static void expt_pos(umodpoly& a, unsigned int q)
        }
 }
 
+template<bool COND, typename T = void> struct enable_if
+{
+       typedef T type;
+};
+
+template<typename T> struct enable_if<false, T> { /* empty */ };
+
+template<typename T> struct uvar_poly_p
+{
+       static const bool value = false;
+};
+
+template<> struct uvar_poly_p<upoly>
+{
+       static const bool value = true;
+};
+
+template<> struct uvar_poly_p<umodpoly>
+{
+       static const bool value = true;
+};
+
 template<typename T>
-static T operator+(const T& a, const T& b)
+// Don't define this for anything but univariate polynomials.
+static typename enable_if<uvar_poly_p<T>::value, T>::type
+operator+(const T& a, const T& b)
 {
        int sa = a.size();
        int sb = b.size();
@@ -224,7 +274,11 @@ static T operator+(const T& a, const T& b)
 }
 
 template<typename T>
-static T operator-(const T& a, const T& b)
+// Don't define this for anything but univariate polynomials. Otherwise
+// overload resolution might fail (this actually happens when compiling
+// GiNaC with g++ 3.4).
+static typename enable_if<uvar_poly_p<T>::value, T>::type
+operator-(const T& a, const T& b)
 {
        int sa = a.size();
        int sb = b.size();
@@ -365,10 +419,12 @@ static void umodpoly_from_ex(umodpoly& ump, const ex& e, const ex& x, const cl_m
        canonicalize(ump);
 }
 
+#ifdef DEBUGFACTOR
 static void umodpoly_from_ex(umodpoly& ump, const ex& e, const ex& x, const cl_I& modulus)
 {
        umodpoly_from_ex(ump, e, x, find_modint_ring(modulus));
 }
+#endif
 
 static ex upoly_to_ex(const upoly& a, const ex& x)
 {
@@ -619,6 +675,8 @@ static bool squarefree(const umodpoly& a)
 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 // modular matrix
 
+typedef vector<cl_MI> mvec;
+
 class modular_matrix
 {
        friend ostream& operator<<(ostream& o, const modular_matrix& m);
@@ -633,90 +691,76 @@ public:
        cl_MI operator()(size_t row, size_t col) const { return m[row*c + col]; }
        void mul_col(size_t col, const cl_MI x)
        {
-               mvec::iterator i = m.begin() + col;
                for ( size_t rc=0; rc<r; ++rc ) {
-                       *i = *i * x;
-                       i += c;
+                       std::size_t i = c*rc + col;
+                       m[i] = m[i] * x;
                }
        }
        void sub_col(size_t col1, size_t col2, const cl_MI fac)
        {
-               mvec::iterator i1 = m.begin() + col1;
-               mvec::iterator i2 = m.begin() + col2;
                for ( size_t rc=0; rc<r; ++rc ) {
-                       *i1 = *i1 - *i2 * fac;
-                       i1 += c;
-                       i2 += c;
+                       std::size_t i1 = col1 + c*rc;
+                       std::size_t i2 = col2 + c*rc;
+                       m[i1] = m[i1] - m[i2]*fac;
                }
        }
        void switch_col(size_t col1, size_t col2)
        {
-               cl_MI buf;
-               mvec::iterator i1 = m.begin() + col1;
-               mvec::iterator i2 = m.begin() + col2;
                for ( size_t rc=0; rc<r; ++rc ) {
-                       buf = *i1; *i1 = *i2; *i2 = buf;
-                       i1 += c;
-                       i2 += c;
+                       std::size_t i1 = col1 + rc*c;
+                       std::size_t i2 = col2 + rc*c;
+                       std::swap(m[i1], m[i2]);
                }
        }
        void mul_row(size_t row, const cl_MI x)
        {
-               vector<cl_MI>::iterator i = m.begin() + row*c;
                for ( size_t cc=0; cc<c; ++cc ) {
-                       *i = *i * x;
-                       ++i;
+                       std::size_t i = row*c + cc; 
+                       m[i] = m[i] * x;
                }
        }
        void sub_row(size_t row1, size_t row2, const cl_MI fac)
        {
-               vector<cl_MI>::iterator i1 = m.begin() + row1*c;
-               vector<cl_MI>::iterator i2 = m.begin() + row2*c;
                for ( size_t cc=0; cc<c; ++cc ) {
-                       *i1 = *i1 - *i2 * fac;
-                       ++i1;
-                       ++i2;
+                       std::size_t i1 = row1*c + cc;
+                       std::size_t i2 = row2*c + cc;
+                       m[i1] = m[i1] - m[i2]*fac;
                }
        }
        void switch_row(size_t row1, size_t row2)
        {
-               cl_MI buf;
-               vector<cl_MI>::iterator i1 = m.begin() + row1*c;
-               vector<cl_MI>::iterator i2 = m.begin() + row2*c;
                for ( size_t cc=0; cc<c; ++cc ) {
-                       buf = *i1; *i1 = *i2; *i2 = buf;
-                       ++i1;
-                       ++i2;
+                       std::size_t i1 = row1*c + cc;
+                       std::size_t i2 = row2*c + cc;
+                       std::swap(m[i1], m[i2]);
                }
        }
        bool is_col_zero(size_t col) const
        {
                mvec::const_iterator i = m.begin() + col;
                for ( size_t rr=0; rr<r; ++rr ) {
-                       if ( !zerop(*i) ) {
+                       std::size_t i = col + rr*c;
+                       if ( !zerop(m[i]) ) {
                                return false;
                        }
-                       i += c;
                }
                return true;
        }
        bool is_row_zero(size_t row) const
        {
-               mvec::const_iterator i = m.begin() + row*c;
                for ( size_t cc=0; cc<c; ++cc ) {
-                       if ( !zerop(*i) ) {
+                       std::size_t i = row*c + cc;
+                       if ( !zerop(m[i]) ) {
                                return false;
                        }
-                       ++i;
                }
                return true;
        }
        void set_row(size_t row, const vector<cl_MI>& newrow)
        {
-               mvec::iterator i1 = m.begin() + row*c;
-               mvec::const_iterator i2 = newrow.begin(), end = newrow.end();
-               for ( ; i2 != end; ++i1, ++i2 ) {
-                       *i1 = *i2;
+               for (std::size_t i2 = 0; i2 < newrow.size(); ++i2) {
+                       std::size_t i1 = row*c + i2;
+                       m[i1] = newrow[i2];
                }
        }
        mvec::const_iterator row_begin(size_t row) const { return m.begin()+row*c; }
@@ -768,6 +812,11 @@ ostream& operator<<(ostream& o, const modular_matrix& m)
 // END modular matrix
 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
+/** Calculates the Q matrix for a polynomial. Used by Berlekamp's algorithm.
+ *
+ *  @param[in]  a_  modular polynomial
+ *  @param[out] Q   Q matrix
+ */
 static void q_matrix(const umodpoly& a_, modular_matrix& Q)
 {
        umodpoly a = a_;
@@ -791,6 +840,11 @@ static void q_matrix(const umodpoly& a_, modular_matrix& Q)
        }
 }
 
+/** Determine the nullspace of a matrix M-1.
+ *
+ *  @param[in,out] M      matrix, will be modified
+ *  @param[out]    basis  calculated nullspace of M-1
+ */
 static void nullspace(modular_matrix& M, vector<mvec>& basis)
 {
        const size_t n = M.rowsize();
@@ -835,11 +889,20 @@ static void nullspace(modular_matrix& M, vector<mvec>& basis)
        }
 }
 
+/** Berlekamp's modular factorization.
+ *  
+ *  The implementation follows the algorithm in chapter 8 of [GCL].
+ *
+ *  @param[in]  a    modular polynomial
+ *  @param[out] upv  vector containing modular factors. if upv was not empty the
+ *                   new elements are added at the end
+ */
 static void berlekamp(const umodpoly& a, upvec& upv)
 {
        cl_modint_ring R = a[0].ring();
        umodpoly one(1, R->one());
 
+       // find nullspace of Q matrix
        modular_matrix Q(degree(a), degree(a), R->zero());
        q_matrix(a, Q);
        vector<mvec> nu;
@@ -847,6 +910,7 @@ static void berlekamp(const umodpoly& a, upvec& upv)
 
        const unsigned int k = nu.size();
        if ( k == 1 ) {
+               // irreducible
                return;
        }
 
@@ -858,6 +922,7 @@ static void berlekamp(const umodpoly& a, upvec& upv)
 
        list<umodpoly>::iterator u = factors.begin();
 
+       // calculate all gcd's
        while ( true ) {
                for ( unsigned int s=0; s<q; ++s ) {
                        umodpoly nur = nu[r];
@@ -897,6 +962,16 @@ static void berlekamp(const umodpoly& a, upvec& upv)
        }
 }
 
+// modular square free factorization is not used at the moment so we deactivate
+// the code
+#if 0
+
+/** Calculates a^(1/prime).
+ *  
+ *  @param[in] a      polynomial
+ *  @param[in] prime  prime number -> exponent 1/prime
+ *  @param[in] ap     resulting polynomial
+ */
 static void expt_1_over_p(const umodpoly& a, unsigned int prime, umodpoly& ap)
 {
        size_t newdeg = degree(a)/prime;
@@ -907,6 +982,12 @@ static void expt_1_over_p(const umodpoly& a, unsigned int prime, umodpoly& ap)
        }
 }
 
+/** Modular square free factorization.
+ *
+ *  @param[in]  a        polynomial
+ *  @param[out] factors  modular factors
+ *  @param[out] mult     corresponding multiplicities (exponents)
+ */
 static void modsqrfree(const umodpoly& a, upvec& factors, vector<int>& mult)
 {
        const unsigned int prime = cl_I_to_uint(a[0].ring()->modulus);
@@ -952,6 +1033,18 @@ static void modsqrfree(const umodpoly& a, upvec& factors, vector<int>& mult)
        }
 }
 
+#endif // deactivation of square free factorization
+
+/** Distinct degree factorization (DDF).
+ *  
+ *  The implementation follows the algorithm in chapter 8 of [GCL].
+ *
+ *  @param[in]  a_         modular polynomial
+ *  @param[out] degrees    vector containing the degrees of the factors of the
+ *                         corresponding polynomials in ddfactors.
+ *  @param[out] ddfactors  vector containing polynomials which factors have the
+ *                         degree given in degrees.
+ */
 static void distinct_degree_factor(const umodpoly& a_, vector<int>& degrees, upvec& ddfactors)
 {
        umodpoly a = a_;
@@ -993,6 +1086,16 @@ static void distinct_degree_factor(const umodpoly& a_, vector<int>& degrees, upv
        }
 }
 
+/** Modular same degree factorization.
+ *  Same degree factorization is a kind of misnomer. It performs distinct degree
+ *  factorization, but instead of using the Cantor-Zassenhaus algorithm it
+ *  (sub-optimally) uses Berlekamp's algorithm for the factors of the same
+ *  degree.
+ *
+ *  @param[in]  a    modular polynomial
+ *  @param[out] upv  vector containing modular factors. if upv was not empty the
+ *                   new elements are added at the end
+ */
 static void same_degree_factor(const umodpoly& a, upvec& upv)
 {
        cl_modint_ring R = a[0].ring();
@@ -1011,8 +1114,19 @@ static void same_degree_factor(const umodpoly& a, upvec& upv)
        }
 }
 
+// Yes, we can (choose).
 #define USE_SAME_DEGREE_FACTOR
 
+/** Modular univariate factorization.
+ *
+ *  In principle, we have two algorithms at our disposal: Berlekamp's algorithm
+ *  and same degree factorization (SDF). SDF seems to be slightly faster in
+ *  almost all cases so it is activated as default.
+ *
+ *  @param[in]  p    modular polynomial
+ *  @param[out] upv  vector containing modular factors. if upv was not empty the
+ *                   new elements are added at the end
+ */
 static void factor_modular(const umodpoly& p, upvec& upv)
 {
 #ifdef USE_SAME_DEGREE_FACTOR
@@ -1022,7 +1136,7 @@ static void factor_modular(const umodpoly& p, upvec& upv)
 #endif
 }
 
-/** Calculates polynomials s and t such that a*s+b*t==1.
+/** Calculates modular polynomials s and t such that a*s+b*t==1.
  *  Assertion: a and b are relatively prime and not zero.
  *
  *  @param[in]  a  polynomial
@@ -1072,6 +1186,12 @@ static void exteuclid(const umodpoly& a, const umodpoly& b, umodpoly& s, umodpol
        canonicalize(t);
 }
 
+/** Replaces the leading coefficient in a polynomial by a given number.
+ *
+ *  @param[in] poly  polynomial to change
+ *  @param[in] lc    new leading coefficient
+ *  @return          changed polynomial
+ */
 static upoly replace_lc(const upoly& poly, const cl_I& lc)
 {
        if ( poly.empty() ) return poly;
@@ -1080,6 +1200,9 @@ static upoly replace_lc(const upoly& poly, const cl_I& lc)
        return r;
 }
 
+/** Calculates the bound for the modulus.
+ *  See [Mig].
+ */
 static inline cl_I calc_bound(const ex& a, const ex& x, int maxdeg)
 {
        cl_I maxcoeff = 0;
@@ -1094,6 +1217,9 @@ static inline cl_I calc_bound(const ex& a, const ex& x, int maxdeg)
        return ( B > maxcoeff ) ? B : maxcoeff;
 }
 
+/** Calculates the bound for the modulus.
+ *  See [Mig].
+ */
 static inline cl_I calc_bound(const upoly& a, int maxdeg)
 {
        cl_I maxcoeff = 0;
@@ -1108,6 +1234,18 @@ static inline cl_I calc_bound(const upoly& a, int maxdeg)
        return ( B > maxcoeff ) ? B : maxcoeff;
 }
 
+/** Hensel lifting as used by factor_univariate().
+ *
+ *  The implementation follows the algorithm in chapter 6 of [GCL].
+ *
+ *  @param[in]  a_   primitive univariate polynomials
+ *  @param[in]  p    prime number that does not divide lcoeff(a)
+ *  @param[in]  u1_  modular factor of a (mod p)
+ *  @param[in]  w1_  modular factor of a (mod p), relatively prime to u1_,
+ *                   fulfilling  u1_*w1_ == a mod p
+ *  @param[out] u    lifted factor
+ *  @param[out] w    lifted factor, u*w = a
+ */
 static void hensel_univar(const upoly& a_, unsigned int p, const umodpoly& u1_, const umodpoly& w1_, upoly& u, upoly& w)
 {
        upoly a = a_;
@@ -1184,6 +1322,11 @@ static void hensel_univar(const upoly& a_, unsigned int p, const umodpoly& u1_,
        }
 }
 
+/** Returns a new prime number.
+ *
+ *  @param[in] p  prime number
+ *  @return       next prime number after p
+ */
 static unsigned int next_prime(unsigned int p)
 {
        static vector<unsigned int> primes;
@@ -1214,9 +1357,12 @@ static unsigned int next_prime(unsigned int p)
        throw logic_error("next_prime: should not reach this point!");
 }
 
+/** Manages the splitting a vector of of modular factors into two partitions.
+ */
 class factor_partition
 {
 public:
+       /** Takes the vector of modular factors and initializes the first partition */
        factor_partition(const upvec& factors_) : factors(factors_)
        {
                n = factors.size();
@@ -1232,9 +1378,8 @@ public:
        size_t size() const { return n; }
        size_t size_left() const { return n-len; }
        size_t size_right() const { return len; }
-#ifdef DEBUGFACTOR
-       void get() const { DCOUTVAR(k); }
-#endif
+       /** Initializes the next partition.
+           Returns true, if there is one, false otherwise. */
        bool next()
        {
                if ( last == n-1 ) {
@@ -1272,7 +1417,9 @@ public:
                split();
                return true;
        }
+       /** Get first partition */
        umodpoly& left() { return lr[0]; }
+       /** Get second partition */
        umodpoly& right() { return lr[1]; }
 private:
        void split_cached()
@@ -1331,13 +1478,26 @@ private:
        vector<int> k;
 };
 
+/** Contains a pair of univariate polynomial and its modular factors.
+ *  Used by factor_univariate().
+ */
 struct ModFactors
 {
        upoly poly;
        upvec factors;
 };
 
-static ex factor_univariate(const ex& poly, const ex& x)
+/** Univariate polynomial factorization.
+ *
+ *  Modular factorization is tried for several primes to minimize the number of
+ *  modular factors. Then, Hensel lifting is performed.
+ *
+ *  @param[in]     poly   expanded square free univariate polynomial
+ *  @param[in]     x      symbol
+ *  @param[in,out] prime  prime number to start trying modular factorization with,
+ *                        output value is the prime number actually used
+ */
+static ex factor_univariate(const ex& poly, const ex& x, unsigned int& prime)
 {
        ex unit, cont, prim_ex;
        poly.unitcontprim(x, unit, cont, prim_ex);
@@ -1345,18 +1505,19 @@ static ex factor_univariate(const ex& poly, const ex& x)
        upoly_from_ex(prim, prim_ex, x);
 
        // determine proper prime and minimize number of modular factors
-       unsigned int p = 3, lastp = 3;
+       prime = 3;
+       unsigned int lastp = prime;
        cl_modint_ring R;
        unsigned int trials = 0;
        unsigned int minfactors = 0;
-       cl_I lc = lcoeff(prim);
+       cl_I lc = lcoeff(prim) * the<cl_I>(ex_to<numeric>(cont).to_cl_N());
        upvec factors;
        while ( trials < 2 ) {
                umodpoly modpoly;
                while ( true ) {
-                       p = next_prime(p);
-                       if ( !zerop(rem(lc, p)) ) {
-                               R = find_modint_ring(p);
+                       prime = next_prime(prime);
+                       if ( !zerop(rem(lc, prime)) ) {
+                               R = find_modint_ring(prime);
                                umodpoly_from_upoly(modpoly, prim, R);
                                if ( squarefree(modpoly) ) break;
                        }
@@ -1373,15 +1534,15 @@ static ex factor_univariate(const ex& poly, const ex& x)
                if ( minfactors == 0 || trialfactors.size() < minfactors ) {
                        factors = trialfactors;
                        minfactors = trialfactors.size();
-                       lastp = p;
+                       lastp = prime;
                        trials = 1;
                }
                else {
                        ++trials;
                }
        }
-       p = lastp;
-       R = find_modint_ring(p);
+       prime = lastp;
+       R = find_modint_ring(prime);
 
        // lift all factor combinations
        stack<ModFactors> tocheck;
@@ -1395,8 +1556,10 @@ static ex factor_univariate(const ex& poly, const ex& x)
                const size_t n = tocheck.top().factors.size();
                factor_partition part(tocheck.top().factors);
                while ( true ) {
-                       hensel_univar(tocheck.top().poly, p, part.left(), part.right(), f1, f2);
+                       // call Hensel lifting
+                       hensel_univar(tocheck.top().poly, prime, part.left(), part.right(), f1, f2);
                        if ( !f1.empty() ) {
+                               // successful, update the stack and the result
                                if ( part.size_left() == 1 ) {
                                        if ( part.size_right() == 1 ) {
                                                result *= upoly_to_ex(f1, x) * upoly_to_ex(f2, x);
@@ -1450,7 +1613,10 @@ static ex factor_univariate(const ex& poly, const ex& x)
                                }
                        }
                        else {
+                               // not successful
                                if ( !part.next() ) {
+                                       // if no more combinations left, return polynomial as
+                                       // irreducible
                                        result *= upoly_to_ex(tocheck.top().poly, x);
                                        tocheck.pop();
                                        break;
@@ -1462,16 +1628,52 @@ static ex factor_univariate(const ex& poly, const ex& x)
        return unit * cont * result;
 }
 
+/** Second interface to factor_univariate() to be used if the information about
+ *  the prime is not needed.
+ */
+static inline ex factor_univariate(const ex& poly, const ex& x)
+{
+       unsigned int prime;
+       return factor_univariate(poly, x, prime);
+}
+
+/** Represents an evaluation point (<symbol>==<integer>).
+ */
 struct EvalPoint
 {
        ex x;
        int evalpoint;
 };
 
+#ifdef DEBUGFACTOR
+ostream& operator<<(ostream& o, const vector<EvalPoint>& v)
+{
+       for ( size_t i=0; i<v.size(); ++i ) {
+               o << "(" << v[i].x << "==" << v[i].evalpoint << ") ";
+       }
+       return o;
+}
+#endif // def DEBUGFACTOR
+
 // forward declaration
-vector<ex> multivar_diophant(const vector<ex>& a_, const ex& x, const ex& c, const vector<EvalPoint>& I, unsigned int d, unsigned int p, unsigned int k);
+static vector<ex> multivar_diophant(const vector<ex>& a_, const ex& x, const ex& c, const vector<EvalPoint>& I, unsigned int d, unsigned int p, unsigned int k);
 
-upvec multiterm_eea_lift(const upvec& a, const ex& x, unsigned int p, unsigned int k)
+/** Utility function for multivariate Hensel lifting.
+ *
+ *  Solves the equation
+ *    s_1*b_1 + ... + s_r*b_r == 1 mod p^k
+ *  with deg(s_i) < deg(a_i)
+ *  and with given b_1 = a_1 * ... * a_{i-1} * a_{i+1} * ... * a_r
+ *
+ *  The implementation follows the algorithm in chapter 6 of [GCL].
+ *
+ *  @param[in]  a   vector of modular univariate polynomials
+ *  @param[in]  x   symbol
+ *  @param[in]  p   prime number
+ *  @param[in]  k   p^k is modulus
+ *  @return         vector of polynomials (s_i)
+ */
+static upvec multiterm_eea_lift(const upvec& a, const ex& x, unsigned int p, unsigned int k)
 {
        const size_t r = a.size();
        cl_modint_ring R = find_modint_ring(expt_pos(cl_I(p),k));
@@ -1499,10 +1701,12 @@ upvec multiterm_eea_lift(const upvec& a, const ex& x, unsigned int p, unsigned i
        return s;
 }
 
-/**
- *  Assert: a not empty.
+/** Changes the modulus of a modular polynomial. Used by eea_lift().
+ *
+ *  @param[in]     R  new modular ring
+ *  @param[in,out] a  polynomial to change (in situ)
  */
-void change_modulus(const cl_modint_ring& R, umodpoly& a)
+static void change_modulus(const cl_modint_ring& R, umodpoly& a)
 {
        if ( a.empty() ) return;
        cl_modint_ring oldR = a[0].ring();
@@ -1513,7 +1717,21 @@ void change_modulus(const cl_modint_ring& R, umodpoly& a)
        canonicalize(a);
 }
 
-void eea_lift(const umodpoly& a, const umodpoly& b, const ex& x, unsigned int p, unsigned int k, umodpoly& s_, umodpoly& t_)
+/** Utility function for multivariate Hensel lifting.
+ *
+ *  Solves  s*a + t*b == 1 mod p^k  given a,b.
+ *
+ *  The implementation follows the algorithm in chapter 6 of [GCL].
+ *
+ *  @param[in]  a   polynomial
+ *  @param[in]  b   polynomial
+ *  @param[in]  x   symbol
+ *  @param[in]  p   prime number
+ *  @param[in]  k   p^k is modulus
+ *  @param[out] s_  output polynomial
+ *  @param[out] t_  output polynomial
+ */
+static void eea_lift(const umodpoly& a, const umodpoly& b, const ex& x, unsigned int p, unsigned int k, umodpoly& s_, umodpoly& t_)
 {
        cl_modint_ring R = find_modint_ring(p);
        umodpoly amod = a;
@@ -1556,7 +1774,22 @@ void eea_lift(const umodpoly& a, const umodpoly& b, const ex& x, unsigned int p,
        s_ = s; t_ = t;
 }
 
-upvec univar_diophant(const upvec& a, const ex& x, unsigned int m, unsigned int p, unsigned int k)
+/** Utility function for multivariate Hensel lifting.
+ *
+ *  Solves the equation
+ *    s_1*b_1 + ... + s_r*b_r == x^m mod p^k
+ *  with given b_1 = a_1 * ... * a_{i-1} * a_{i+1} * ... * a_r
+ *
+ *  The implementation follows the algorithm in chapter 6 of [GCL].
+ *
+ *  @param a  vector with univariate polynomials mod p^k
+ *  @param x  symbol
+ *  @param m  exponent of x^m in the equation to solve
+ *  @param p  prime number
+ *  @param k  p^k is modulus
+ *  @return   vector of polynomials (s_i)
+ */
+static upvec univar_diophant(const upvec& a, const ex& x, unsigned int m, unsigned int p, unsigned int k)
 {
        cl_modint_ring R = find_modint_ring(expt_pos(cl_I(p),k));
 
@@ -1586,6 +1819,10 @@ upvec univar_diophant(const upvec& a, const ex& x, unsigned int m, unsigned int
        return result;
 }
 
+/** Map used by function make_modular().
+ *  Finds every coefficient in a polynomial and replaces it by is value in the
+ *  given modular ring R (symmetric representation).
+ */
 struct make_modular_map : public map_function {
        cl_modint_ring R;
        make_modular_map(const cl_modint_ring& R_) : R(R_) { }
@@ -1610,13 +1847,38 @@ struct make_modular_map : public map_function {
        }
 };
 
+/** Helps mimicking modular multivariate polynomial arithmetic.
+ *
+ *  @param e  expression of which to make the coefficients equal to their value
+ *            in the modular ring R (symmetric representation)
+ *  @param R  modular ring
+ *  @return   resulting expression
+ */
 static ex make_modular(const ex& e, const cl_modint_ring& R)
 {
        make_modular_map map(R);
        return map(e.expand());
 }
 
-vector<ex> multivar_diophant(const vector<ex>& a_, const ex& x, const ex& c, const vector<EvalPoint>& I, unsigned int d, unsigned int p, unsigned int k)
+/** Utility function for multivariate Hensel lifting.
+ *
+ *  Returns the polynomials s_i that fulfill
+ *    s_1*b_1 + ... + s_r*b_r == c mod <I^(d+1),p^k>
+ *  with given b_1 = a_1 * ... * a_{i-1} * a_{i+1} * ... * a_r
+ *
+ *  The implementation follows the algorithm in chapter 6 of [GCL].
+ *
+ *  @param a_  vector of multivariate factors mod p^k
+ *  @param x   symbol (equiv. x_1 in [GCL])
+ *  @param c   polynomial mod p^k
+ *  @param I   vector of evaluation points
+ *  @param d   maximum total degree of result
+ *  @param p   prime number
+ *  @param k   p^k is modulus
+ *  @return    vector of polynomials (s_i)
+ */
+static vector<ex> multivar_diophant(const vector<ex>& a_, const ex& x, const ex& c, const vector<EvalPoint>& I,
+                                    unsigned int d, unsigned int p, unsigned int k)
 {
        vector<ex> a = a_;
 
@@ -1717,17 +1979,24 @@ vector<ex> multivar_diophant(const vector<ex>& a_, const ex& x, const ex& c, con
        return sigma;
 }
 
-#ifdef DEBUGFACTOR
-ostream& operator<<(ostream& o, const vector<EvalPoint>& v)
-{
-       for ( size_t i=0; i<v.size(); ++i ) {
-               o << "(" << v[i].x << "==" << v[i].evalpoint << ") ";
-       }
-       return o;
-}
-#endif // def DEBUGFACTOR
-
-ex hensel_multivar(const ex& a, const ex& x, const vector<EvalPoint>& I, unsigned int p, const cl_I& l, const upvec& u, const vector<ex>& lcU)
+/** Multivariate Hensel lifting.
+ *  The implementation follows the algorithm in chapter 6 of [GCL].
+ *  Since we don't have a data type for modular multivariate polynomials, the
+ *  respective operations are done in a GiNaC::ex and the function
+ *  make_modular() is then called to make the coefficient modular p^l.
+ *
+ *  @param a    multivariate polynomial primitive in x
+ *  @param x    symbol (equiv. x_1 in [GCL])
+ *  @param I    vector of evaluation points (x_2==a_2,x_3==a_3,...)
+ *  @param p    prime number (should not divide lcoeff(a mod I))
+ *  @param l    p^l is the modulus of the lifted univariate field
+ *  @param u    vector of modular (mod p^l) factors of a mod I
+ *  @param lcU  correct leading coefficient of the univariate factors of a mod I
+ *  @return     list GiNaC::lst with lifted factors (multivariate factors of a),
+ *              empty if Hensel lifting did not succeed
+ */
+static ex hensel_multivar(const ex& a, const ex& x, const vector<EvalPoint>& I,
+                          unsigned int p, const cl_I& l, const upvec& u, const vector<ex>& lcU)
 {
        const size_t nu = I.size() + 1;
        const cl_modint_ring R = find_modint_ring(expt_pos(cl_I(p),l));
@@ -1823,10 +2092,13 @@ ex hensel_multivar(const ex& a, const ex& x, const vector<EvalPoint>& I, unsigne
        }
 }
 
+/** Takes a factorized expression and puts the factors in a lst. The exponents
+ *  of the factors are discarded, e.g. 7*x^2*(y+1)^4 --> {7,x,y+1}. The first
+ *  element of the list is always the numeric coefficient.
+ */
 static ex put_factors_into_lst(const ex& e)
 {
        lst result;
-
        if ( is_a<numeric>(e) ) {
                result.append(e);
                return result;
@@ -1834,13 +2106,11 @@ static ex put_factors_into_lst(const ex& e)
        if ( is_a<power>(e) ) {
                result.append(1);
                result.append(e.op(0));
-               result.append(e.op(1));
                return result;
        }
        if ( is_a<symbol>(e) || is_a<add>(e) ) {
                result.append(1);
                result.append(e);
-               result.append(1);
                return result;
        }
        if ( is_a<mul>(e) ) {
@@ -1852,11 +2122,9 @@ static ex put_factors_into_lst(const ex& e)
                        }
                        if ( is_a<power>(op) ) {
                                result.append(op.op(0));
-                               result.append(op.op(1));
                        }
                        if ( is_a<symbol>(op) || is_a<add>(op) ) {
                                result.append(op);
-                               result.append(1);
                        }
                }
                result.prepend(nfac);
@@ -1865,25 +2133,19 @@ static ex put_factors_into_lst(const ex& e)
        throw runtime_error("put_factors_into_lst: bad term.");
 }
 
-#ifdef DEBUGFACTOR
-ostream& operator<<(ostream& o, const vector<numeric>& v)
-{
-       for ( size_t i=0; i<v.size(); ++i ) {
-               o << v[i] << " ";
-       }
-       return o;
-}
-#endif // def DEBUGFACTOR
-
-static bool checkdivisors(const lst& f, vector<numeric>& d)
+/** Checks a set of numbers for whether each number has a unique prime factor.
+ *
+ *  @param[in]  f  list of numbers to check
+ *  @return        true: if number set is bad, false: if set is okay (has unique
+ *                 prime factors)
+ */
+static bool checkdivisors(const lst& f)
 {
-       const int k = f.nops()-2;
+       const int k = f.nops();
        numeric q, r;
-       d[0] = ex_to<numeric>(f.op(0) * f.op(f.nops()-1));
-       if ( d[0] == 1 && k == 1 && abs(f.op(1)) != 1 ) {
-               return false;
-       }
-       for ( int i=1; i<=k; ++i ) {
+       vector<numeric> d(k);
+       d[0] = ex_to<numeric>(abs(f.op(0)));
+       for ( int i=1; i<k; ++i ) {
                q = ex_to<numeric>(abs(f.op(i)));
                for ( int j=i-1; j>=0; --j ) {
                        r = d[j];
@@ -1900,13 +2162,30 @@ static bool checkdivisors(const lst& f, vector<numeric>& d)
        return false;
 }
 
-static bool generate_set(const ex& u, const ex& vn, const exset& syms, const ex& f, const numeric& modulus, vector<numeric>& a, vector<numeric>& d)
+/** Generates a set of evaluation points for a multivariate polynomial.
+ *  The set fulfills the following conditions:
+ *  1. lcoeff(evaluated_polynomial) does not vanish
+ *  2. factors of lcoeff(evaluated_polynomial) have each a unique prime factor
+ *  3. evaluated_polynomial is square free
+ *  See [Wan] for more details.
+ *
+ *  @param[in]     u        multivariate polynomial to be factored
+ *  @param[in]     vn       leading coefficient of u in x (x==first symbol in syms)
+ *  @param[in]     syms     set of symbols that appear in u
+ *  @param[in]     f        lst containing the factors of the leading coefficient vn
+ *  @param[in,out] modulus  integer modulus for random number generation (i.e. |a_i| < modulus)
+ *  @param[out]    u0       returns the evaluated (univariate) polynomial
+ *  @param[out]    a        returns the valid evaluation points. must have initial size equal
+ *                          number of symbols-1 before calling generate_set
+ */
+static void generate_set(const ex& u, const ex& vn, const exset& syms, const lst& f,
+                         numeric& modulus, ex& u0, vector<numeric>& a)
 {
-       // computation of d is actually not necessary
        const ex& x = *syms.begin();
-       bool trying = true;
-       do {
-               ex u0 = u;
+       while ( true ) {
+               ++modulus;
+               // generate a set of integers ...
+               u0 = u;
                ex vna = vn;
                ex vnatry;
                exset::const_iterator s = syms.begin();
@@ -1915,71 +2194,71 @@ static bool generate_set(const ex& u, const ex& vn, const exset& syms, const ex&
                        do {
                                a[i] = mod(numeric(rand()), 2*modulus) - modulus;
                                vnatry = vna.subs(*s == a[i]);
+                               // ... for which the leading coefficient doesn't vanish ...
                        } while ( vnatry == 0 );
                        vna = vnatry;
                        u0 = u0.subs(*s == a[i]);
                        ++s;
                }
-               if ( gcd(u0,u0.diff(ex_to<symbol>(x))) != 1 ) {
+               // ... for which u0 is square free ...
+               ex g = gcd(u0, u0.diff(ex_to<symbol>(x)));
+               if ( !is_a<numeric>(g) ) {
                        continue;
                }
-               if ( is_a<numeric>(vn) ) {
-                       trying = false;
-               }
-               else {
-                       lst fnum;
-                       lst::const_iterator i = ex_to<lst>(f).begin();
-                       fnum.append(*i++);
-                       bool problem = false;
-                       while ( i!=ex_to<lst>(f).end() ) {
-                               ex fs = *i;
-                               if ( !is_a<numeric>(fs) ) {
+               if ( !is_a<numeric>(vn) ) {
+                       // ... and for which the evaluated factors have each an unique prime factor
+                       lst fnum = f;
+                       fnum.let_op(0) = fnum.op(0) * u0.content(x);
+                       for ( size_t i=1; i<fnum.nops(); ++i ) {
+                               if ( !is_a<numeric>(fnum.op(i)) ) {
                                        s = syms.begin();
                                        ++s;
-                                       for ( size_t j=0; j<a.size(); ++j ) {
-                                               fs = fs.subs(*s == a[j]);
-                                               ++s;
-                                       }
-                                       if ( abs(fs) == 1 ) {
-                                               problem = true;
-                                               break;
+                                       for ( size_t j=0; j<a.size(); ++j, ++s ) {
+                                               fnum.let_op(i) = fnum.op(i).subs(*s == a[j]);
                                        }
                                }
-                               fnum.append(fs);
-                               ++i; ++i;
                        }
-                       if ( problem ) {
-                               return true;
+                       if ( checkdivisors(fnum) ) {
+                               continue;
                        }
-                       ex con = u0.content(x);
-                       fnum.append(con);
-                       trying = checkdivisors(fnum, d);
                }
-       } while ( trying );
-       return false;
+               // ok, we have a valid set now
+               return;
+       }
 }
 
+// forward declaration
+static ex factor_sqrfree(const ex& poly);
+
+/** Multivariate factorization.
+ *  
+ *  The implementation is based on the algorithm described in [Wan].
+ *  An evaluation homomorphism (a set of integers) is determined that fulfills
+ *  certain criteria. The evaluated polynomial is univariate and is factorized
+ *  by factor_univariate(). The main work then is to find the correct leading
+ *  coefficients of the univariate factors. They have to correspond to the
+ *  factors of the (multivariate) leading coefficient of the input polynomial
+ *  (as defined for a specific variable x). After that the Hensel lifting can be
+ *  performed.
+ *
+ *  @param[in] poly  expanded, square free polynomial
+ *  @param[in] syms  contains the symbols in the polynomial
+ *  @return          factorized polynomial
+ */
 static ex factor_multivariate(const ex& poly, const exset& syms)
 {
        exset::const_iterator s;
        const ex& x = *syms.begin();
 
-       /* make polynomial primitive */
-       ex p = poly.expand().collect(x);
-       ex cont = p.lcoeff(x);
-       for ( numeric i=p.degree(x)-1; i>=p.ldegree(x); --i ) {
-               cont = gcd(cont, p.coeff(x,ex_to<numeric>(i).to_int()));
-               if ( cont == 1 ) break;
-       }
-       ex pp = expand(normal(p / cont));
+       // make polynomial primitive
+       ex unit, cont, pp;
+       poly.unitcontprim(x, unit, cont, pp);
        if ( !is_a<numeric>(cont) ) {
-               return factor(cont) * factor(pp);
+               return factor_sqrfree(cont) * factor_sqrfree(pp);
        }
 
-       /* factor leading coefficient */
-       pp = pp.collect(x);
-       ex vn = pp.lcoeff(x);
-       pp = pp.expand();
+       // factor leading coefficient
+       ex vn = pp.collect(x).lcoeff(x);
        ex vnlst;
        if ( is_a<numeric>(vn) ) {
                vnlst = lst(vn);
@@ -1989,200 +2268,139 @@ static ex factor_multivariate(const ex& poly, const exset& syms)
                vnlst = put_factors_into_lst(vnfactors);
        }
 
-       const numeric maxtrials = 3;
-       numeric modulus = (vnlst.nops()-1 > 3) ? vnlst.nops()-1 : 3;
-       numeric minimalr = -1;
+       const unsigned int maxtrials = 3;
+       numeric modulus = (vnlst.nops() > 3) ? vnlst.nops() : 3;
        vector<numeric> a(syms.size()-1, 0);
-       vector<numeric> d((vnlst.nops()-1)/2+1, 0);
 
+       // try now to factorize until we are successful
        while ( true ) {
-               numeric trialcount = 0;
+
+               unsigned int trialcount = 0;
+               unsigned int prime;
+               int factor_count = 0;
+               int min_factor_count = -1;
                ex u, delta;
-               unsigned int prime = 3;
-               size_t factor_count = 0;
-               ex ufac;
-               ex ufaclst;
+               ex ufac, ufaclst;
+
+               // try several evaluation points to reduce the number of factors
                while ( trialcount < maxtrials ) {
-                       bool problem = generate_set(pp, vn, syms, vnlst, modulus, a, d);
-                       if ( problem ) {
-                               ++modulus;
-                               continue;
-                       }
-                       u = pp;
-                       s = syms.begin();
-                       ++s;
-                       for ( size_t i=0; i<a.size(); ++i ) {
-                               u = u.subs(*s == a[i]);
-                               ++s;
-                       }
-                       delta = u.content(x);
-
-                       // determine proper prime
-                       prime = 3;
-                       cl_modint_ring R = find_modint_ring(prime);
-                       while ( true ) {
-                               if ( irem(ex_to<numeric>(u.lcoeff(x)), prime) != 0 ) {
-                                       umodpoly modpoly;
-                                       umodpoly_from_ex(modpoly, u, x, R);
-                                       if ( squarefree(modpoly) ) break;
-                               }
-                               prime = next_prime(prime);
-                               R = find_modint_ring(prime);
-                       }
 
-                       ufac = factor(u);
+                       // generate a set of valid evaluation points
+                       generate_set(pp, vn, syms, ex_to<lst>(vnlst), modulus, u, a);
+
+                       ufac = factor_univariate(u, x, prime);
                        ufaclst = put_factors_into_lst(ufac);
-                       factor_count = (ufaclst.nops()-1)/2;
-
-                       // veto factorization for which gcd(u_i, u_j) != 1 for all i,j
-                       upvec tryu;
-                       for ( size_t i=0; i<(ufaclst.nops()-1)/2; ++i ) {
-                               umodpoly newu;
-                               umodpoly_from_ex(newu, ufaclst.op(i*2+1), x, R);
-                               tryu.push_back(newu);
-                       }
-                       bool veto = false;
-                       for ( size_t i=0; i<tryu.size()-1; ++i ) {
-                               for ( size_t j=i+1; j<tryu.size(); ++j ) {
-                                       umodpoly tryg;
-                                       gcd(tryu[i], tryu[j], tryg);
-                                       if ( unequal_one(tryg) ) {
-                                               veto = true;
-                                               goto escape_quickly;
-                                       }
-                               }
-                       }
-                       escape_quickly: ;
-                       if ( veto ) {
-                               continue;
-                       }
+                       factor_count = ufaclst.nops()-1;
+                       delta = ufaclst.op(0);
 
                        if ( factor_count <= 1 ) {
+                               // irreducible
                                return poly;
                        }
-
-                       if ( minimalr < 0 ) {
-                               minimalr = factor_count;
+                       if ( min_factor_count < 0 ) {
+                               // first time here
+                               min_factor_count = factor_count;
                        }
-                       else if ( minimalr == factor_count ) {
+                       else if ( min_factor_count == factor_count ) {
+                               // one less to try
                                ++trialcount;
-                               ++modulus;
                        }
-                       else if ( minimalr > factor_count ) {
-                               minimalr = factor_count;
+                       else if ( min_factor_count > factor_count ) {
+                               // new minimum, reset trial counter
+                               min_factor_count = factor_count;
                                trialcount = 0;
                        }
-                       if ( minimalr <= 1 ) {
-                               return poly;
-                       }
-               }
-
-               vector<numeric> ftilde((vnlst.nops()-1)/2+1);
-               ftilde[0] = ex_to<numeric>(vnlst.op(0));
-               for ( size_t i=1; i<ftilde.size(); ++i ) {
-                       ex ft = vnlst.op((i-1)*2+1);
-                       s = syms.begin();
-                       ++s;
-                       for ( size_t j=0; j<a.size(); ++j ) {
-                               ft = ft.subs(*s == a[j]);
-                               ++s;
-                       }
-                       ftilde[i] = ex_to<numeric>(ft);
-               }
-
-               vector<bool> used_flag((vnlst.nops()-1)/2+1, false);
-               vector<ex> D(factor_count, 1);
-               for ( size_t i=0; i<=factor_count; ++i ) {
-                       numeric prefac;
-                       if ( i == 0 ) {
-                               prefac = ex_to<numeric>(ufaclst.op(0));
-                               ftilde[0] = ftilde[0] / prefac;
-                               vnlst.let_op(0) = vnlst.op(0) / prefac;
-                               continue;
-                       }
-                       else {
-                               prefac = ex_to<numeric>(ufaclst.op(2*(i-1)+1).lcoeff(x));
-                       }
-                       for ( size_t j=(vnlst.nops()-1)/2+1; j>0; --j ) {
-                               if ( abs(ftilde[j-1]) == 1 ) {
-                                       used_flag[j-1] = true;
-                                       continue;
-                               }
-                               numeric g = gcd(prefac, ftilde[j-1]);
-                               if ( g != 1 ) {
-                                       prefac = prefac / g;
-                                       numeric count = abs(iquo(g, ftilde[j-1]));
-                                       used_flag[j-1] = true;
-                                       if ( i > 0 ) {
-                                               if ( j == 1 ) {
-                                                       D[i-1] = D[i-1] * pow(vnlst.op(0), count);
-                                               }
-                                               else {
-                                                       D[i-1] = D[i-1] * pow(vnlst.op(2*(j-2)+1), count);
-                                               }
-                                       }
-                                       else {
-                                               ftilde[j-1] = ftilde[j-1] / prefac;
-                                               break;
-                                       }
-                                       ++j;
-                               }
-                       }
-               }
-
-               bool some_factor_unused = false;
-               for ( size_t i=0; i<used_flag.size(); ++i ) {
-                       if ( !used_flag[i] ) {
-                               some_factor_unused = true;
-                               break;
-                       }
-               }
-               if ( some_factor_unused ) {
-                       continue;
                }
 
+               // determine true leading coefficients for the Hensel lifting
                vector<ex> C(factor_count);
-               if ( delta == 1 ) {
-                       for ( size_t i=0; i<D.size(); ++i ) {
-                               ex Dtilde = D[i];
-                               s = syms.begin();
-                               ++s;
-                               for ( size_t j=0; j<a.size(); ++j ) {
-                                       Dtilde = Dtilde.subs(*s == a[j]);
-                                       ++s;
-                               }
-                               C[i] = D[i] * (ufaclst.op(2*i+1).lcoeff(x) / Dtilde);
+               if ( is_a<numeric>(vn) ) {
+                       // easy case
+                       for ( size_t i=1; i<ufaclst.nops(); ++i ) {
+                               C[i-1] = ufaclst.op(i).lcoeff(x);
                        }
                }
                else {
-                       for ( size_t i=0; i<D.size(); ++i ) {
-                               ex Dtilde = D[i];
+                       // difficult case.
+                       // we use the property of the ftilde having a unique prime factor.
+                       // details can be found in [Wan].
+                       // calculate ftilde
+                       vector<numeric> ftilde(vnlst.nops()-1);
+                       for ( size_t i=0; i<ftilde.size(); ++i ) {
+                               ex ft = vnlst.op(i+1);
                                s = syms.begin();
                                ++s;
                                for ( size_t j=0; j<a.size(); ++j ) {
-                                       Dtilde = Dtilde.subs(*s == a[j]);
+                                       ft = ft.subs(*s == a[j]);
                                        ++s;
                                }
-                               ex ui;
-                               if ( i == 0 ) {
-                                       ui = ufaclst.op(0);
+                               ftilde[i] = ex_to<numeric>(ft);
+                       }
+                       // calculate D and C
+                       vector<bool> used_flag(ftilde.size(), false);
+                       vector<ex> D(factor_count, 1);
+                       if ( delta == 1 ) {
+                               for ( int i=0; i<factor_count; ++i ) {
+                                       numeric prefac = ex_to<numeric>(ufaclst.op(i+1).lcoeff(x));
+                                       for ( int j=ftilde.size()-1; j>=0; --j ) {
+                                               int count = 0;
+                                               while ( irem(prefac, ftilde[j]) == 0 ) {
+                                                       prefac = iquo(prefac, ftilde[j]);
+                                                       ++count;
+                                               }
+                                               if ( count ) {
+                                                       used_flag[j] = true;
+                                                       D[i] = D[i] * pow(vnlst.op(j+1), count);
+                                               }
+                                       }
+                                       C[i] = D[i] * prefac;
                                }
-                               else {
-                                       ui = ufaclst.op(2*(i-1)+1);
+                       }
+                       else {
+                               for ( int i=0; i<factor_count; ++i ) {
+                                       numeric prefac = ex_to<numeric>(ufaclst.op(i+1).lcoeff(x));
+                                       for ( int j=ftilde.size()-1; j>=0; --j ) {
+                                               int count = 0;
+                                               while ( irem(prefac, ftilde[j]) == 0 ) {
+                                                       prefac = iquo(prefac, ftilde[j]);
+                                                       ++count;
+                                               }
+                                               while ( irem(ex_to<numeric>(delta)*prefac, ftilde[j]) == 0 ) {
+                                                       numeric g = gcd(prefac, ex_to<numeric>(ftilde[j]));
+                                                       prefac = iquo(prefac, g);
+                                                       delta = delta / (ftilde[j]/g);
+                                                       ufaclst.let_op(i+1) = ufaclst.op(i+1) * (ftilde[j]/g);
+                                                       ++count;
+                                               }
+                                               if ( count ) {
+                                                       used_flag[j] = true;
+                                                       D[i] = D[i] * pow(vnlst.op(j+1), count);
+                                               }
+                                       }
+                                       C[i] = D[i] * prefac;
                                }
-                               while ( true ) {
-                                       ex d = gcd(ui.lcoeff(x), Dtilde);
-                                       C[i] = D[i] * ( ui.lcoeff(x) / d );
-                                       ui = ui * ( Dtilde[i] / d );
-                                       delta = delta / ( Dtilde[i] / d );
-                                       if ( delta == 1 ) break;
-                                       ui = delta * ui;
-                                       C[i] = delta * C[i];
-                                       pp = pp * pow(delta, D.size()-1);
+                       }
+                       // check if something went wrong
+                       bool some_factor_unused = false;
+                       for ( size_t i=0; i<used_flag.size(); ++i ) {
+                               if ( !used_flag[i] ) {
+                                       some_factor_unused = true;
+                                       break;
                                }
                        }
+                       if ( some_factor_unused ) {
+                               continue;
+                       }
+               }
+               
+               // multiply the remaining content of the univariate polynomial into the
+               // first factor
+               if ( delta != 1 ) {
+                       C[0] = C[0] * delta;
+                       ufaclst.let_op(1) = ufaclst.op(1) * delta;
                }
 
+               // set up evaluation points
                EvalPoint ep;
                vector<EvalPoint> epv;
                s = syms.begin();
@@ -2195,9 +2413,9 @@ static ex factor_multivariate(const ex& poly, const exset& syms)
 
                // calc bound p^l
                int maxdeg = 0;
-               for ( size_t i=0; i<factor_count; ++i ) {
-                       if ( ufaclst[2*i+1].degree(x) > maxdeg ) {
-                               maxdeg = ufaclst[2*i+1].degree(x);
+               for ( int i=1; i<=factor_count; ++i ) {
+                       if ( ufaclst.op(i).degree(x) > maxdeg ) {
+                               maxdeg = ufaclst[i].degree(x);
                        }
                }
                cl_I B = 2*calc_bound(u, x, maxdeg);
@@ -2207,18 +2425,18 @@ static ex factor_multivariate(const ex& poly, const exset& syms)
                        l = l + 1;
                        pl = pl * prime;
                }
-
-               upvec uvec;
+               
+               // set up modular factors (mod p^l)
                cl_modint_ring R = find_modint_ring(expt_pos(cl_I(prime),l));
-               for ( size_t i=0; i<(ufaclst.nops()-1)/2; ++i ) {
-                       umodpoly newu;
-                       umodpoly_from_ex(newu, ufaclst.op(i*2+1), x, R);
-                       uvec.push_back(newu);
+               upvec modfactors(ufaclst.nops()-1);
+               for ( size_t i=1; i<ufaclst.nops(); ++i ) {
+                       umodpoly_from_ex(modfactors[i-1], ufaclst.op(i), x, R);
                }
 
-               ex res = hensel_multivar(ufaclst.op(0)*pp, x, epv, prime, l, uvec, C);
+               // try Hensel lifting
+               ex res = hensel_multivar(pp, x, epv, prime, l, modfactors, C);
                if ( res != lst() ) {
-                       ex result = cont * ufaclst.op(0);
+                       ex result = cont * unit;
                        for ( size_t i=0; i<res.nops(); ++i ) {
                                result *= res.op(i).content(x) * res.op(i).unit(x);
                                result *= res.op(i).primpart(x);
@@ -2228,6 +2446,8 @@ static ex factor_multivariate(const ex& poly, const exset& syms)
        }
 }
 
+/** Finds all symbols in an expression. Used by factor_sqrfree() and factor().
+ */
 struct find_symbols_map : public map_function {
        exset syms;
        ex operator()(const ex& e)
@@ -2240,6 +2460,9 @@ struct find_symbols_map : public map_function {
        }
 };
 
+/** Factorizes a polynomial that is square free. It calls either the univariate
+ *  or the multivariate factorization functions.
+ */
 static ex factor_sqrfree(const ex& poly)
 {
        // determine all symbols in poly
@@ -2253,6 +2476,7 @@ static ex factor_sqrfree(const ex& poly)
                // univariate case
                const ex& x = *(findsymbols.syms.begin());
                if ( poly.ldegree(x) > 0 ) {
+                       // pull out direct factors
                        int ld = poly.ldegree(x);
                        ex res = factor_univariate(expand(poly/pow(x, ld)), x);
                        return res * pow(x,ld);
@@ -2268,6 +2492,9 @@ static ex factor_sqrfree(const ex& poly)
        return res;
 }
 
+/** Map used by factor() when factor_options::all is given to access all
+ *  subexpressions and to call factor() on them.
+ */
 struct apply_factor_map : public map_function {
        unsigned options;
        apply_factor_map(unsigned options_) : options(options_) { }
@@ -2296,6 +2523,10 @@ struct apply_factor_map : public map_function {
 
 } // anonymous namespace
 
+/** Interface function to the outside world. It checks the arguments, tries a
+ *  square free factorization, and then calls factor_sqrfree to do the hard
+ *  work.
+ */
 ex factor(const ex& poly, unsigned options)
 {
        // check arguments
@@ -2321,7 +2552,7 @@ ex factor(const ex& poly, unsigned options)
        }
 
        // make poly square free
-       ex sfpoly = sqrfree(poly, syms);
+       ex sfpoly = sqrfree(poly.expand(), syms);
 
        // factorize the square free components
        if ( is_a<power>(sfpoly) ) {