]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - ginac/normal.cpp
epsilon tensor contractions evaluate to metric tensors instead of deltas,
[ginac.git] / ginac / normal.cpp
index 619a2325c03b95543a0c1391f7131c5453fa4ce6..379d1230b1b685808f4a331d2a6d6bb3e1cf1829 100644 (file)
@@ -155,11 +155,11 @@ typedef std::vector<sym_desc> sym_desc_vec;
 // Add symbol the sym_desc_vec (used internally by get_symbol_stats())
 static void add_symbol(const symbol *s, sym_desc_vec &v)
 {
-       sym_desc_vec::iterator it = v.begin(), itend = v.end();
+       sym_desc_vec::const_iterator it = v.begin(), itend = v.end();
        while (it != itend) {
                if (it->sym->compare(*s) == 0)  // If it's already in there, don't add it a second time
                        return;
-               it++;
+               ++it;
        }
        sym_desc d;
        d.sym = s;
@@ -205,7 +205,7 @@ static void get_symbol_stats(const ex &a, const ex &b, sym_desc_vec &v)
                it->max_lcnops = std::max(a.lcoeff(*(it->sym)).nops(), b.lcoeff(*(it->sym)).nops());
                it->ldeg_a = a.ldegree(*(it->sym));
                it->ldeg_b = b.ldegree(*(it->sym));
-               it++;
+               ++it;
        }
        sort(v.begin(), v.end());
 #if 0
@@ -214,7 +214,7 @@ static void get_symbol_stats(const ex &a, const ex &b, sym_desc_vec &v)
        while (it != itend) {
                std::clog << " " << *it->sym << ": deg_a=" << it->deg_a << ", deg_b=" << it->deg_b << ", ldeg_a=" << it->ldeg_a << ", ldeg_b=" << it->ldeg_b << ", max_deg=" << it->max_deg << ", max_lcnops=" << it->max_lcnops << endl;
                std::clog << "  lcoeff_a=" << a.lcoeff(*(it->sym)) << ", lcoeff_b=" << b.lcoeff(*(it->sym)) << endl;
-               it++;
+               ++it;
        }
 #endif
 }
@@ -269,20 +269,22 @@ static numeric lcm_of_coefficients_denominators(const ex &e)
 static ex multiply_lcm(const ex &e, const numeric &lcm)
 {
        if (is_ex_exactly_of_type(e, mul)) {
-               ex c = _ex1();
+               unsigned num = e.nops();
+               exvector v; v.reserve(num + 1);
                numeric lcm_accum = _num1();
                for (unsigned i=0; i<e.nops(); i++) {
                        numeric op_lcm = lcmcoeff(e.op(i), _num1());
-                       c *= multiply_lcm(e.op(i), op_lcm);
+                       v.push_back(multiply_lcm(e.op(i), op_lcm));
                        lcm_accum *= op_lcm;
                }
-               c *= lcm / lcm_accum;
-               return c;
+               v.push_back(lcm / lcm_accum);
+               return (new mul(v))->setflag(status_flags::dynallocated);
        } else if (is_ex_exactly_of_type(e, add)) {
-               ex c = _ex0();
-               for (unsigned i=0; i<e.nops(); i++)
-                       c += multiply_lcm(e.op(i), lcm);
-               return c;
+               unsigned num = e.nops();
+               exvector v; v.reserve(num);
+               for (unsigned i=0; i<num; i++)
+                       v.push_back(multiply_lcm(e.op(i), lcm));
+               return (new add(v))->setflag(status_flags::dynallocated);
        } else if (is_ex_exactly_of_type(e, power)) {
                if (is_ex_exactly_of_type(e.op(0), symbol))
                        return e * lcm;
@@ -372,7 +374,6 @@ ex quo(const ex &a, const ex &b, const symbol &x, bool check_args)
                throw(std::invalid_argument("quo: arguments must be polynomials over the rationals"));
 
        // Polynomial long division
-       ex q = _ex0();
        ex r = a.expand();
        if (r.is_zero())
                return r;
@@ -380,6 +381,7 @@ ex quo(const ex &a, const ex &b, const symbol &x, bool check_args)
        int rdeg = r.degree(x);
        ex blcoeff = b.expand().coeff(x, bdeg);
        bool blcoeff_is_numeric = is_ex_exactly_of_type(blcoeff, numeric);
+       exvector v; v.reserve(rdeg - bdeg + 1);
        while (rdeg >= bdeg) {
                ex term, rcoeff = r.coeff(x, rdeg);
                if (blcoeff_is_numeric)
@@ -389,13 +391,13 @@ ex quo(const ex &a, const ex &b, const symbol &x, bool check_args)
                                return (new fail())->setflag(status_flags::dynallocated);
                }
                term *= power(x, rdeg - bdeg);
-               q += term;
+               v.push_back(term);
                r -= (term * b).expand();
                if (r.is_zero())
                        break;
                rdeg = r.degree(x);
        }
-       return q;
+       return (new add(v))->setflag(status_flags::dynallocated);
 }
 
 
@@ -529,7 +531,6 @@ ex prem(const ex &a, const ex &b, const symbol &x, bool check_args)
  *  @param check_args  check whether a and b are polynomials with rational
  *         coefficients (defaults to "true")
  *  @return sparse pseudo-remainder of a(x) and b(x) in Z[x] */
-
 ex sprem(const ex &a, const ex &b, const symbol &x, bool check_args)
 {
        if (b.is_zero())
@@ -616,6 +617,7 @@ bool divide(const ex &a, const ex &b, ex &q, bool check_args)
        int rdeg = r.degree(*x);
        ex blcoeff = b.expand().coeff(*x, bdeg);
        bool blcoeff_is_numeric = is_ex_exactly_of_type(blcoeff, numeric);
+       exvector v; v.reserve(rdeg - bdeg + 1);
        while (rdeg >= bdeg) {
                ex term, rcoeff = r.coeff(*x, rdeg);
                if (blcoeff_is_numeric)
@@ -624,10 +626,12 @@ bool divide(const ex &a, const ex &b, ex &q, bool check_args)
                        if (!divide(rcoeff, blcoeff, term, false))
                                return false;
                term *= power(*x, rdeg - bdeg);
-               q += term;
+               v.push_back(term);
                r -= (term * b).expand();
-               if (r.is_zero())
+               if (r.is_zero()) {
+                       q = (new add(v))->setflag(status_flags::dynallocated);
                        return true;
+               }
                rdeg = r.degree(*x);
        }
        return false;
@@ -774,14 +778,16 @@ static bool divide_in_z(const ex &a, const ex &b, ex &q, sym_desc_vec::const_ite
        int rdeg = adeg;
        ex eb = b.expand();
        ex blcoeff = eb.coeff(*x, bdeg);
+       exvector v; v.reserve(rdeg - bdeg + 1);
        while (rdeg >= bdeg) {
                ex term, rcoeff = r.coeff(*x, rdeg);
                if (!divide_in_z(rcoeff, blcoeff, term, var+1))
                        break;
                term = (term * power(*x, rdeg - bdeg)).expand();
-               q += term;
+               v.push_back(term);
                r -= (term * eb).expand();
                if (r.is_zero()) {
+                       q = (new add(v))->setflag(status_flags::dynallocated);
 #if USE_REMEMBER
                        dr_remember[ex2(a, b)] = exbool(q, true);
 #endif
@@ -1311,17 +1317,17 @@ ex mul::smod(const numeric &xi) const
 
 
 /** xi-adic polynomial interpolation */
-static ex interpolate(const ex &gamma, const numeric &xi, const symbol &x)
+static ex interpolate(const ex &gamma, const numeric &xi, const symbol &x, int degree_hint = 1)
 {
-       ex g = _ex0();
+       exvector g; g.reserve(degree_hint);
        ex e = gamma;
        numeric rxi = xi.inverse();
        for (int i=0; !e.is_zero(); i++) {
                ex gi = e.smod(xi);
-               g += gi * power(x, i);
+               g.push_back(gi * power(x, i));
                e = (e - gi) * rxi;
        }
-       return g;
+       return (new add(g))->setflag(status_flags::dynallocated);
 }
 
 /** Exception thrown by heur_gcd() to signal failure. */
@@ -1349,7 +1355,7 @@ static ex heur_gcd(const ex &a, const ex &b, ex *ca, ex *cb, sym_desc_vec::const
        heur_gcd_called++;
 #endif
 
-       // Algorithms only works for non-vanishing input polynomials
+       // Algorithm only works for non-vanishing input polynomials
        if (a.is_zero() || b.is_zero())
                return (new fail())->setflag(status_flags::dynallocated);
 
@@ -1371,7 +1377,7 @@ static ex heur_gcd(const ex &a, const ex &b, ex *ca, ex *cb, sym_desc_vec::const
        numeric rgc = gc.inverse();
        ex p = a * rgc;
        ex q = b * rgc;
-       int maxdeg =  std::max(p.degree(x),q.degree(x));
+       int maxdeg =  std::max(p.degree(x), q.degree(x));
        
        // Find evaluation point
        numeric mp = p.max_coefficient();
@@ -1395,7 +1401,7 @@ static ex heur_gcd(const ex &a, const ex &b, ex *ca, ex *cb, sym_desc_vec::const
                if (!is_ex_exactly_of_type(gamma, fail)) {
 
                        // Reconstruct polynomial from GCD of mapped polynomials
-                       ex g = interpolate(gamma, xi, x);
+                       ex g = interpolate(gamma, xi, x, maxdeg);
 
                        // Remove integer content
                        g /= g.integer_content();
@@ -1491,38 +1497,40 @@ ex gcd(const ex &a, const ex &b, ex *ca, ex *cb, bool check_args)
                if (is_ex_exactly_of_type(b, mul) && b.nops() > a.nops())
                        goto factored_b;
 factored_a:
-               ex g = _ex1();
-               ex acc_ca = _ex1();
+               unsigned num = a.nops();
+               exvector g; g.reserve(num);
+               exvector acc_ca; acc_ca.reserve(num);
                ex part_b = b;
-               for (unsigned i=0; i<a.nops(); i++) {
+               for (unsigned i=0; i<num; i++) {
                        ex part_ca, part_cb;
-                       g *= gcd(a.op(i), part_b, &part_ca, &part_cb, check_args);
-                       acc_ca *= part_ca;
+                       g.push_back(gcd(a.op(i), part_b, &part_ca, &part_cb, check_args));
+                       acc_ca.push_back(part_ca);
                        part_b = part_cb;
                }
                if (ca)
-                       *ca = acc_ca;
+                       *ca = (new mul(acc_ca))->setflag(status_flags::dynallocated);
                if (cb)
                        *cb = part_b;
-               return g;
+               return (new mul(g))->setflag(status_flags::dynallocated);
        } else if (is_ex_exactly_of_type(b, mul)) {
                if (is_ex_exactly_of_type(a, mul) && a.nops() > b.nops())
                        goto factored_a;
 factored_b:
-               ex g = _ex1();
-               ex acc_cb = _ex1();
+               unsigned num = b.nops();
+               exvector g; g.reserve(num);
+               exvector acc_cb; acc_cb.reserve(num);
                ex part_a = a;
-               for (unsigned i=0; i<b.nops(); i++) {
+               for (unsigned i=0; i<num; i++) {
                        ex part_ca, part_cb;
-                       g *= gcd(part_a, b.op(i), &part_ca, &part_cb, check_args);
-                       acc_cb *= part_cb;
+                       g.push_back(gcd(part_a, b.op(i), &part_ca, &part_cb, check_args));
+                       acc_cb.push_back(part_cb);
                        part_a = part_ca;
                }
                if (ca)
                        *ca = part_a;
                if (cb)
-                       *cb = acc_cb;
-               return g;
+                       *cb = (new mul(acc_cb))->setflag(status_flags::dynallocated);
+               return (new mul(g))->setflag(status_flags::dynallocated);
        }
 
 #if FAST_COMPARE
@@ -1747,6 +1755,7 @@ ex sqrfree(const ex &a, const lst &l)
        if (is_ex_of_type(a,numeric) ||     // algorithm does not trap a==0
            is_ex_of_type(a,symbol))        // shortcut
                return a;
+
        // If no lst of variables to factorize in was specified we have to
        // invent one now.  Maybe one can optimize here by reversing the order
        // or so, I don't know.
@@ -1754,34 +1763,46 @@ ex sqrfree(const ex &a, const lst &l)
        if (l.nops()==0) {
                sym_desc_vec sdv;
                get_symbol_stats(a, _ex0(), sdv);
-               for (sym_desc_vec::iterator it=sdv.begin(); it!=sdv.end(); ++it)
+               sym_desc_vec::const_iterator it = sdv.begin(), itend = sdv.end();
+               while (it != itend) {
                        args.append(*it->sym);
+                       ++it;
+               }
        } else {
                args = l;
        }
+
        // Find the symbol to factor in at this stage
        if (!is_ex_of_type(args.op(0), symbol))
                throw (std::runtime_error("sqrfree(): invalid factorization variable"));
        const symbol x = ex_to<symbol>(args.op(0));
+
        // convert the argument from something in Q[X] to something in Z[X]
        numeric lcm = lcm_of_coefficients_denominators(a);
        ex tmp = multiply_lcm(a,lcm);
+
        // find the factors
        exvector factors = sqrfree_yun(tmp,x);
+
        // construct the next list of symbols with the first element popped
-       lst newargs;
-       for (int i=1; i<args.nops(); ++i)
-               newargs.append(args.op(i));
+       lst newargs = args;
+       newargs.remove_first();
+
        // recurse down the factors in remaining vars
        if (newargs.nops()>0) {
-               for (exvector::iterator i=factors.begin(); i!=factors.end(); ++i)
+               exvector::iterator i = factors.begin(), end = factors.end();
+               while (i != end) {
                        *i = sqrfree(*i, newargs);
+                       ++i;
+               }
        }
+
        // Done with recursion, now construct the final result
        ex result = _ex1();
-       exvector::iterator it = factors.begin();
-       for (int p = 1; it!=factors.end(); ++it, ++p)
+       exvector::const_iterator it = factors.begin(), itend = factors.end();
+       for (int p = 1; it!=itend; ++it, ++p)
                result *= power(*it, p);
+
        // Yun's algorithm does not account for constant factors.  (For
        // univariate polynomials it works only in the monic case.)  We can
        // correct this by inserting what has been lost back into the result:
@@ -1810,14 +1831,14 @@ ex sqrfree_parfrac(const ex & a, const symbol & x)
        // Factorize denominator and compute cofactors
        exvector yun = sqrfree_yun(denom, x);
 //clog << "yun factors: " << exprseq(yun) << endl;
-       int num_yun = yun.size();
+       unsigned num_yun = yun.size();
        exvector factor; factor.reserve(num_yun);
        exvector cofac; cofac.reserve(num_yun);
        for (unsigned i=0; i<num_yun; i++) {
                if (!yun[i].is_equal(_ex1())) {
                        for (unsigned j=0; j<=i; j++) {
                                factor.push_back(pow(yun[i], j+1));
-                               ex prod = 1;
+                               ex prod = _ex1();
                                for (unsigned k=0; k<num_yun; k++) {
                                        if (k == i)
                                                prod *= pow(yun[k], i-j);
@@ -1828,7 +1849,7 @@ ex sqrfree_parfrac(const ex & a, const symbol & x)
                        }
                }
        }
-       int num_factors = factor.size();
+       unsigned num_factors = factor.size();
 //clog << "factors  : " << exprseq(factor) << endl;
 //clog << "cofactors: " << exprseq(cofac) << endl;
 
@@ -1836,7 +1857,7 @@ ex sqrfree_parfrac(const ex & a, const symbol & x)
        int max_denom_deg = denom.degree(x);
        matrix sys(max_denom_deg + 1, num_factors);
        matrix rhs(max_denom_deg + 1, 1);
-       for (unsigned i=0; i<=max_denom_deg; i++) {
+       for (int i=0; i<=max_denom_deg; i++) {
                for (unsigned j=0; j<num_factors; j++)
                        sys(i, j) = cofac[j].coeff(x, i);
                rhs(i, 0) = red_numer.coeff(x, i);
@@ -2099,22 +2120,23 @@ ex mul::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
                throw(std::runtime_error("max recursion level reached"));
 
        // Normalize children, separate into numerator and denominator
-       ex num = _ex1();
-       ex den = _ex1(); 
+       exvector num; num.reserve(seq.size());
+       exvector den; den.reserve(seq.size());
        ex n;
        epvector::const_iterator it = seq.begin(), itend = seq.end();
        while (it != itend) {
                n = recombine_pair_to_ex(*it).bp->normal(sym_lst, repl_lst, level-1);
-               num *= n.op(0);
-               den *= n.op(1);
+               num.push_back(n.op(0));
+               den.push_back(n.op(1));
                it++;
        }
        n = overall_coeff.bp->normal(sym_lst, repl_lst, level-1);
-       num *= n.op(0);
-       den *= n.op(1);
+       num.push_back(n.op(0));
+       den.push_back(n.op(1));
 
        // Perform fraction cancellation
-       return frac_cancel(num, den);
+       return frac_cancel((new mul(num))->setflag(status_flags::dynallocated),
+                          (new mul(den))->setflag(status_flags::dynallocated));
 }
 
 
@@ -2182,10 +2204,12 @@ ex power::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
 ex pseries::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
 {
        epvector newseq;
-       for (epvector::const_iterator i=seq.begin(); i!=seq.end(); ++i) {
+       epvector::const_iterator i = seq.begin(), end = seq.end();
+       while (i != end) {
                ex restexp = i->rest.normal();
                if (!restexp.is_zero())
                        newseq.push_back(expair(restexp, i->coeff));
+               ++i;
        }
        ex n = pseries(relational(var,point), newseq);
        return (new lst(replace_with_symbol(n, sym_lst, repl_lst), _ex1()))->setflag(status_flags::dynallocated);
@@ -2336,14 +2360,16 @@ ex expairseq::to_rational(lst &repl_lst) const
 {
        epvector s;
        s.reserve(seq.size());
-       for (epvector::const_iterator it=seq.begin(); it!=seq.end(); ++it) {
-               s.push_back(split_ex_to_pair(recombine_pair_to_ex(*it).to_rational(repl_lst)));
-               // s.push_back(combine_ex_with_coeff_to_pair((*it).rest.to_rational(repl_lst),
+       epvector::const_iterator i = seq.begin(), end = seq.end();
+       while (i != end) {
+               s.push_back(split_ex_to_pair(recombine_pair_to_ex(*i).to_rational(repl_lst)));
+               ++i;
        }
        ex oc = overall_coeff.to_rational(repl_lst);
        if (oc.info(info_flags::numeric))
                return thisexpairseq(s, overall_coeff);
-       else s.push_back(combine_ex_with_coeff_to_pair(oc,_ex1()));
+       else
+               s.push_back(combine_ex_with_coeff_to_pair(oc, _ex1()));
        return thisexpairseq(s, default_overall_coeff());
 }