]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - ginac/idx.cpp
- revamped indexed objects
[ginac.git] / ginac / idx.cpp
index 0b2c61cbfca0f2c4fc5474a8e8fa8a11cdd27d6d..89373cc465ad4a770607cc98de49f55d95c563b5 100644 (file)
 #include <stdexcept>
 
 #include "idx.h"
-#include "ex.h"
+#include "symbol.h"
 #include "lst.h"
-#include "relational.h"
 #include "archive.h"
 #include "utils.h"
 #include "debugmsg.h"
 
-#ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
 namespace GiNaC {
-#endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
 
 GINAC_IMPLEMENT_REGISTERED_CLASS(idx, basic)
+GINAC_IMPLEMENT_REGISTERED_CLASS(varidx, idx)
 
 //////////
 // default constructor, destructor, copy constructor assignment operator and helpers
 //////////
 
-// public
-
-idx::idx() : inherited(TINFO_idx), symbolic(true), covariant(false)
+idx::idx() : inherited(TINFO_idx)
 {
-       debugmsg("idx default constructor",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
-       serial=next_serial++;
-       name=autoname_prefix()+ToString(serial);
+       debugmsg("idx default constructor", LOGLEVEL_CONSTRUCT);
 }
 
-idx::~idx() 
+varidx::varidx() : covariant(false)
 {
-       debugmsg("idx destructor",LOGLEVEL_DESTRUCT);
-       destroy(false);
+       debugmsg("varidx default constructor", LOGLEVEL_CONSTRUCT);
+       tinfo_key = TINFO_varidx;
 }
 
-idx::idx(const idx & other)
+void idx::copy(const idx & other)
 {
-       debugmsg("idx copy constructor",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
-       copy(other);
+       inherited::copy(other);
+       value = other.value;
+       dim = other.dim;
 }
 
-const idx & idx::operator=(const idx & other)
+void varidx::copy(const varidx & other)
 {
-       debugmsg("idx operator=",LOGLEVEL_ASSIGNMENT);
-       if (this != &other) {
-               destroy(true);
-               copy(other);
-       }
-       return *this;
+       inherited::copy(other);
+       covariant = other.covariant;
 }
 
-// protected
-
-void idx::copy(const idx & other)
+void idx::destroy(bool call_parent)
 {
-       inherited::copy(other);
-       serial=other.serial;
-       symbolic=other.symbolic;
-       name=other.name;
-       value=other.value;
-       covariant=other.covariant;
+       if (call_parent)
+               inherited::destroy(call_parent);
 }
 
-void idx::destroy(bool call_parent)
+void varidx::destroy(bool call_parent)
 {
-       if (call_parent) inherited::destroy(call_parent);
+       if (call_parent)
+               inherited::destroy(call_parent);
 }
 
 //////////
 // other constructors
 //////////
 
-// public
-
-/** Construct symbolic index, using an automatically generated unique name.
- *
- *  @param cov Index is covariant (contravariant otherwise)
- *  @return newly constructed index */
-idx::idx(bool cov) : inherited(TINFO_idx), symbolic(true), covariant(cov)
-{
-       debugmsg("idx constructor from bool",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
-       serial = next_serial++;
-       name = autoname_prefix()+ToString(serial);
-}
-
-/** Construct symbolic index with specified name.
- *
- *  @param n Symbolic index name
- *  @param cov Index is covariant (contravariant otherwise)
- *  @return newly constructed index */
-idx::idx(const std::string & n, bool cov) : inherited(TINFO_idx),  
-       symbolic(true), name(n), covariant(cov)
+idx::idx(const ex & v, const ex & d) : inherited(TINFO_idx), value(v), dim(d)
 {
-       debugmsg("idx constructor from string,bool",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
-       serial = next_serial++;
+       debugmsg("idx constructor from ex,ex", LOGLEVEL_CONSTRUCT);
+       if (is_dim_numeric())
+               if (!dim.info(info_flags::posint))
+                       throw(std::invalid_argument("dimension of space must be a positive integer"));
 }
 
-/** Construct symbolic index with specified name.
- *
- *  @param n Symbolic index name
- *  @param cov Index is covariant (contravariant otherwise)
- *  @return newly constructed index */
-idx::idx(const char * n, bool cov) : inherited(TINFO_idx), symbolic(true), name(n), covariant(cov)
+varidx::varidx(const ex & v, const ex & d, bool cov) : inherited(v, d), covariant(cov)
 {
-       debugmsg("idx constructor from char*,bool",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
-       serial = next_serial++;
-}
-
-/** Construct numeric index with specified value.
- *
- *  @param v Numeric index value
- *  @param cov Index is covariant (contravariant otherwise)
- *  @return newly constructed index */
-idx::idx(unsigned v, bool cov) : inherited(TINFO_idx), symbolic(false), value(v), covariant(cov)
-{
-       debugmsg("idx constructor from unsigned,bool",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
-       serial = 0;
+       debugmsg("varidx constructor from ex,ex,bool", LOGLEVEL_CONSTRUCT);
+       tinfo_key = TINFO_varidx;
 }
 
 //////////
 // archiving
 //////////
 
-/** Construct object from archive_node. */
 idx::idx(const archive_node &n, const lst &sym_lst) : inherited(n, sym_lst)
 {
        debugmsg("idx constructor from archive_node", LOGLEVEL_CONSTRUCT);
-       n.find_bool("symbolic", symbolic);
+       n.find_ex("value", value, sym_lst);
+       n.find_ex("dim", dim, sym_lst);
+}
+
+varidx::varidx(const archive_node &n, const lst &sym_lst) : inherited(n, sym_lst)
+{
+       debugmsg("varidx constructor from archive_node", LOGLEVEL_CONSTRUCT);
        n.find_bool("covariant", covariant);
-       if (symbolic) {
-               serial = next_serial++;
-               if (!(n.find_string("name", name)))
-                       name = autoname_prefix() + ToString(serial);
-       } else {
-               serial = 0;
-               n.find_unsigned("value", value);
-       }
 }
 
-/** Unarchive the object. */
 ex idx::unarchive(const archive_node &n, const lst &sym_lst)
 {
-       ex s = (new idx(n, sym_lst))->setflag(status_flags::dynallocated);
+       return (new idx(n, sym_lst))->setflag(status_flags::dynallocated);
+}
 
-       if (ex_to_idx(s).symbolic) {
-               // If idx is in sym_lst, return the existing idx
-               for (unsigned i=0; i<sym_lst.nops(); i++) {
-                       if (is_ex_of_type(sym_lst.op(i), idx) && (ex_to_idx(sym_lst.op(i)).name == ex_to_idx(s).name))
-                               return sym_lst.op(i);
-               }
-       }
-       return s;
+ex varidx::unarchive(const archive_node &n, const lst &sym_lst)
+{
+       return (new varidx(n, sym_lst))->setflag(status_flags::dynallocated);
 }
 
-/** Archive the object. */
 void idx::archive(archive_node &n) const
 {
        inherited::archive(n);
-       n.add_bool("symbolic", symbolic);
+       n.add_ex("value", value);
+       n.add_ex("dim", dim);
+}
+
+void varidx::archive(archive_node &n) const
+{
+       inherited::archive(n);
        n.add_bool("covariant", covariant);
-       if (symbolic)
-               n.add_string("name", name);
-       else
-               n.add_unsigned("value", value);
 }
 
 //////////
 // functions overriding virtual functions from bases classes
 //////////
 
-// public
-
-basic * idx::duplicate() const
-{
-       debugmsg("idx duplicate",LOGLEVEL_DUPLICATE);
-       return new idx(*this);
-}
-
 void idx::printraw(std::ostream & os) const
 {
-       debugmsg("idx printraw",LOGLEVEL_PRINT);
+       debugmsg("idx printraw", LOGLEVEL_PRINT);
 
-       os << "idx(";
-
-       if (symbolic) {
-               os << "symbolic,name=" << name;
-       } else {
-               os << "non symbolic,value=" << value;
-       }
-
-       if (covariant) {
-               os << ",covariant";
-       } else {
-               os << ",contravariant";
-       }
-
-       os << ",serial=" << serial;
+       os << class_name() << "(";
+       value.printraw(os);
+       os << ",dim=";
+       dim.printraw(os);
        os << ",hash=" << hashvalue << ",flags=" << flags;
        os << ")";
 }
@@ -225,343 +152,173 @@ void idx::printtree(std::ostream & os, unsigned indent) const
 {
        debugmsg("idx printtree",LOGLEVEL_PRINT);
 
-       os << std::string(indent,' ') << "idx: ";
-
-       if (symbolic) {
-               os << "symbolic,name=" << name;
-       } else {
-               os << "non symbolic,value=" << value;
-       }
-
-       if (covariant) {
-               os << ",covariant";
-       } else {
-               os << ",contravariant";
-       }
-
-       os << ", serial=" << serial
-          << ", hash=" << hashvalue
+       os << std::string(indent, ' ') << "type=" << class_name();
+       value.printtree(os, indent + delta_indent);
+       os << std::string(indent, ' ');
+       os << ", hash=" << hashvalue
           << " (0x" << std::hex << hashvalue << std::dec << ")"
           << ", flags=" << flags << std::endl;
 }
 
 void idx::print(std::ostream & os, unsigned upper_precedence) const
 {
-       debugmsg("idx print",LOGLEVEL_PRINT);
+       debugmsg("idx print", LOGLEVEL_PRINT);
 
-       if (covariant) {
-               os << "_";
-       } else {
+       os << ".";
+
+       bool need_parens = !(is_ex_exactly_of_type(value, numeric) || is_ex_of_type(value, symbol));
+       if (need_parens)
+               os << "(";
+       os << value;
+       if (need_parens)
+               os << ")";
+}
+
+void varidx::print(std::ostream & os, unsigned upper_precedence) const
+{
+       debugmsg("varidx print", LOGLEVEL_PRINT);
+
+       if (covariant)
+               os << ".";
+       else
                os << "~";
-       }
-       if (symbolic) {
-               os << name;
-       } else {
-               os << value;
-       }
+
+       bool need_parens = !(is_ex_exactly_of_type(value, numeric) || is_ex_of_type(value, symbol));
+       if (need_parens)
+               os << "(";
+       os << value;
+       if (need_parens)
+               os << ")";
 }
 
 bool idx::info(unsigned inf) const
 {
-       if (inf==info_flags::idx) return true;
+       if (inf == info_flags::idx)
+               return true;
        return inherited::info(inf);
 }
 
-ex idx::subs(const lst & ls, const lst & lr) const
+/** Returns order relation between two indices of the same type. The order
+ *  must be such that dummy indices lie next to each other. */
+int idx::compare_same_type(const basic & other) const
 {
-       GINAC_ASSERT(ls.nops()==lr.nops());
-#ifdef DO_GINAC_ASSERT
-       for (unsigned i=0; i<ls.nops(); i++) {
-               GINAC_ASSERT(is_ex_exactly_of_type(ls.op(i),symbol)||
-                          is_ex_of_type(ls.op(i),idx));
-       }
-#endif // def DO_GINAC_ASSERT
+       GINAC_ASSERT(is_of_type(other, idx));
+       const idx &o = static_cast<const idx &>(other);
 
-       for (unsigned i=0; i<ls.nops(); i++) {
-               if (is_equal(*(ls.op(i)).bp)) {
-                       return lr.op(i);
-               }
-       }
-       return *this;
+       int cmpval = value.compare(o.value);
+       if (cmpval)
+               return cmpval;
+       return dim.compare(o.dim);
 }
 
-// protected
-
-int idx::compare_same_type(const basic & other) const
+int varidx::compare_same_type(const basic & other) const
 {
-       GINAC_ASSERT(is_of_type(other,idx));
-       const idx &o = static_cast<const idx &>(&other);
+       GINAC_ASSERT(is_of_type(other, varidx));
+       const varidx &o = static_cast<const varidx &>(other);
 
-       if (covariant!=o.covariant) {
-               // different co/contravariant
-               return covariant ? -1 : 1;
-       }
+       int cmpval = inherited::compare_same_type(other);
+       if (cmpval)
+               return cmpval;
 
-       if ((!symbolic) && (!o.symbolic)) {
-               // non-symbolic, of equal type: compare values
-               if (value==o.value) {
-                       return 0;
-               }
-               return value<o.value ? -1 : 1;
-       }
-
-       if (symbolic && o.symbolic) {
-               // both symbolic: compare serials
-               if (serial==o.serial) {
-                       return 0;
-               }
-               return serial<o.serial ? -1 : 1;
-       }
-
-       // one symbolic, one value: value is sorted first
-       return o.symbolic ? -1 : 1;
+       // Check variance last so dummy indices will end up next to each other
+       if (covariant != o.covariant)
+               return covariant ? -1 : 1;
+       return 0;
 }
 
-bool idx::is_equal_same_type(const basic & other) const
+ex idx::subs(const lst & ls, const lst & lr) const
 {
-       GINAC_ASSERT(is_of_type(other,idx));
-       const idx &o = static_cast<const idx &>(other);
+       GINAC_ASSERT(ls.nops() == lr.nops());
 
-       if (covariant != o.covariant) return false;
-       if (symbolic != o.symbolic) return false;
-       if (symbolic && o.symbolic) return serial==o.serial;
-       return value==o.value;
-}    
+       // First look for index substitutions
+       for (unsigned i=0; i<ls.nops(); i++) {
+               if (is_equal(*(ls.op(i)).bp)) {
 
-unsigned idx::calchash(void) const
-{
-       hashvalue=golden_ratio_hash(golden_ratio_hash(tinfo_key ^ serial));
-       setflag(status_flags::hash_calculated);
-       return hashvalue;
-}
+                       // Substitution index->index
+                       if (is_ex_of_type(lr.op(i), idx))
+                               return lr.op(i);
 
-//////////
-// new virtual functions which can be overridden by derived classes
-//////////
+                       // Otherwise substitute value
+                       idx *i_copy = static_cast<idx *>(duplicate());
+                       i_copy->value = lr.op(i);
+                       return i_copy->setflag(status_flags::dynallocated);
+               }
+       }
 
-// public
+       // None, substitute objects in value (not in dimension)
+       const ex &subsed_value = value.subs(ls, lr);
+       if (are_ex_trivially_equal(value, subsed_value))
+               return *this;
 
-/** Check whether the index forms a co-/contravariant pair with another
- *  index (i.e. same name/value but opposite co-/contravariance). */
-bool idx::is_co_contra_pair(const basic & other) const
-{
-       // like is_equal_same_type(), but tests for different covariant status
-       GINAC_ASSERT(is_of_type(other,idx));
-       const idx & o=static_cast<const idx &>(const_cast<basic &>(other));
-
-       if (covariant==o.covariant) return false;
-       if (symbolic!=o.symbolic) return false;
-       if (symbolic && o.symbolic) return serial==o.serial;
-       return value==o.value;
-}    
-
-/** Toggle co-/contravariance of index. */
-ex idx::toggle_covariant(void) const
-{
-       idx * i_copy=static_cast<idx *>(duplicate());
-       i_copy->covariant = !i_copy->covariant;
-       i_copy->clearflag(status_flags::hash_calculated);
+       idx *i_copy = static_cast<idx *>(duplicate());
+       i_copy->value = subsed_value;
        return i_copy->setflag(status_flags::dynallocated);
 }
 
 //////////
-// non-virtual functions in this class
+// new virtual functions
 //////////
 
-// private
-
-std::string & idx::autoname_prefix(void)
+bool idx::is_dummy_pair_same_type(const basic & other) const
 {
-       static std::string * s = new std::string("index");
-       return *s;
-}
+       const idx &o = static_cast<const idx &>(other);
 
-//////////
-// static member variables
-//////////
+       // Only pure symbols form dummy pairs, "2n+1" doesn't
+       if (!is_ex_of_type(value, symbol))
+               return false;
 
-// protected
+       // Value must be equal, of course
+       if (!value.is_equal(o.value))
+               return false;
 
-unsigned idx::next_serial=0;
+       // Also the dimension
+       return dim.is_equal(o.dim);
+}
 
-//////////
-// global constants
-//////////
+bool varidx::is_dummy_pair_same_type(const basic & other) const
+{
+       const varidx &o = static_cast<const varidx &>(other);
+
+       // Variance must be opposite
+       if (covariant == o.covariant)
+               return false;
 
-const idx some_idx;
-const std::type_info & typeid_idx = typeid(some_idx);
+       return inherited::is_dummy_pair_same_type(other);
+}
 
 //////////
-// other functions
+// non-virtual functions
 //////////
 
-/** Bring a vector of indices into a canonic order. This operation only makes
- *  sense if the object carrying these indices is either symmetric or totally
- *  antisymmetric with respect to the indices.
- *
- *  @param iv Index vector
- *  @param antisymmetric Whether the object carrying the indices is antisymmetric (symmetric otherwise)
- *  @return the sign introduced by the reordering of the indices. For symmetric
- *          objects this is always +1. For antisymmetric objects this is either
- *          +1 or -1 or 0 (if two equal indices were encountered). If the index
- *          vector was unchanged this function returns INT_MAX. */
-int canonicalize_indices(exvector & iv, bool antisymmetric)
+ex varidx::toggle_variance(void) const
 {
-       if (iv.size()<2) {
-               // nothing do to for 0 or 1 indices
-               return INT_MAX;
-       }
-
-       bool something_changed=false;
-       int sig=1;
-
-       // simple bubble sort algorithm should be sufficient for the small number of indices needed
-       exvector::const_iterator last_idx=iv.end();
-       exvector::const_iterator next_to_last_idx=iv.end()-1;
-       for (exvector::iterator it1=iv.begin(); it1!=next_to_last_idx; ++it1) {
-               for (exvector::iterator it2=it1+1; it2!=last_idx; ++it2) {
-                       int cmpval=(*it1).compare(*it2);
-                       if (cmpval==1) {
-                               iter_swap(it1,it2);
-                               something_changed=true;
-                               if (antisymmetric) sig=-sig;
-                       } else if ((cmpval==0) && antisymmetric) {
-                               something_changed=true;
-                               sig=0;
-                       }
-               }
-       }
-
-       return something_changed ? sig : INT_MAX;
+       varidx *i_copy = static_cast<varidx *>(duplicate());
+       i_copy->covariant = !i_copy->covariant;
+       i_copy->clearflag(status_flags::hash_calculated);
+       return i_copy->setflag(status_flags::dynallocated);
 }
 
-/** Build a vector of indices as the set intersection of two other index
- *  vectors (i.e. the returned vector contains the indices which appear in
- *  both source vectors). */
-exvector idx_intersect(const exvector & iv1, const exvector & iv2)
-{
-       // Create union vector
-       exvector iv_union;
-       iv_union.reserve(iv1.size() + iv2.size());
-       iv_union.insert(iv_union.end(), iv1.begin(), iv1.end());
-       iv_union.insert(iv_union.end(), iv2.begin(), iv2.end());
-
-       // Sort it
-       canonicalize_indices(iv_union);
-
-       // Look for duplicates
-       exvector iv_intersect;
-       exvector::const_iterator cit = iv_union.begin(), citend = iv_union.end();
-       ex e;
-       if (cit != citend)
-               e = *cit++;
-       while (cit != citend) {
-               if (e.is_equal(*cit)) {
-                       iv_intersect.push_back(e);
-                       do {
-                               cit++;
-                       } while (cit != citend && e.is_equal(*cit));
-                       if (cit == citend)
-                               break;
-               }
-               e = *cit++;
-       }
-       return iv_intersect;
-}
+//////////
+// global functions
+//////////
 
-/** Given a vector iv3 of three indices and a vector iv2 of two indices
- *  where iv2 is a subset of iv3, return the (free) index that is in iv3
- *  but not in iv2 and the sign introduced by permuting that index to the
- *  front.
- *
- *  @param iv3 Vector of 3 indices
- *  @param iv2 Vector of 2 indices, must be a subset of iv3
- *  @param sig Returns the sign introduced by permuting the free index to the
- *             front if the object carrying the indices was antisymmetric (if
- *             it's symmetric, you can just ignore the returned value).
- *  @return the free index (the one that is in iv3 but not in iv2) */
-ex permute_free_index_to_front(const exvector & iv3, const exvector & iv2, int * sig)
+bool is_dummy_pair(const idx & i1, const idx & i2)
 {
-       // match (return value,iv2) to iv3 by permuting indices
-       // iv3 is always cyclic
-
-       GINAC_ASSERT(iv3.size()==3);
-       GINAC_ASSERT(iv2.size()==2);
-
-       *sig=1;
+       // The indices must be of exactly the same type
+       if (i1.tinfo() != i2.tinfo())
+               return false;
 
-#define TEST_PERMUTATION(A,B,C,P) \
-       if ((iv3[B].is_equal(iv2[0]))&&(iv3[C].is_equal(iv2[1]))) { \
-               *sig=P; \
-               return iv3[A]; \
-       }
-       
-       TEST_PERMUTATION(0,1,2,  1);
-       TEST_PERMUTATION(0,2,1, -1);
-       TEST_PERMUTATION(1,0,2, -1);
-       TEST_PERMUTATION(1,2,0,  1);
-       TEST_PERMUTATION(2,0,1,  1);
-       TEST_PERMUTATION(2,1,0, -1);
-       throw(std::logic_error("permute_free_index_to_front(): no valid permutation found"));
-}
-       
-/** Substitute one index in a vector of expressions.
- *
- *  @param v Vector to substitute in (will be modified)
- *  @param is Index being substituted
- *  @param ir Index to replace by
- *  @return number of performed substitutions */
-unsigned subs_index_in_exvector(exvector & v, const ex & is, const ex & ir)
-{
-       exvector::iterator it;
-       unsigned replacements=0;
-       unsigned current_replacements;
-
-       GINAC_ASSERT(is_ex_of_type(is,idx));
-       GINAC_ASSERT(is_ex_of_type(ir,idx));
-   
-       for (it=v.begin(); it!=v.end(); ++it) {
-               current_replacements=count_index(*it,is);
-               if (current_replacements>0) {
-                       (*it)=(*it).subs(is==ir);
-               }
-               replacements += current_replacements;
-       }
-       return replacements;
+       // Same type, let the indices decide whether they are paired
+       return i1.is_dummy_pair_same_type(i2);
 }
 
-/** Count number of times a given index appears in the index vector of an
- *  indexed object.
- *
- *  @param e Indexed object
- *  @param i Index to look for
- *  @return number of times the index was found */
-unsigned count_index(const ex & e, const ex & i)
+bool is_dummy_pair(const ex & e1, const ex & e2)
 {
-       exvector idxv=e.get_indices();
-       unsigned count=0;
-       for (exvector::const_iterator cit=idxv.begin(); cit!=idxv.end(); ++cit) {
-               if ((*cit).is_equal(i)) count++;
-       }
-       return count;
-}
+       // The expressions must be indices
+       if (!is_ex_of_type(e1, idx) || !is_ex_of_type(e2, idx))
+               return false;
 
-/** Substitute multiple indices in an expression.
- *
- *  @param e Expression to substitute in
- *  @param idxv_subs Vector of indices being substituted
- *  @param idxv_repl Vector of indices to replace by (1:1 correspondence to idxv_subs)
- *  @return expression with substituted indices */
-ex subs_indices(const ex & e, const exvector & idxv_subs, const exvector & idxv_repl)
-{
-       GINAC_ASSERT(idxv_subs.size()==idxv_repl.size());
-       ex res=e;
-       for (unsigned i=0; i<idxv_subs.size(); ++i) {
-               res=res.subs(idxv_subs[i]==idxv_repl[i]);
-       }
-       return res;
+       return is_dummy_pair(ex_to_idx(e1), ex_to_idx(e2));
 }
 
-#ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
 } // namespace GiNaC
-#endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC