]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - ginac/normal.cpp
subs() and normal() use maps instead of lists, resulting in a huge performance
[ginac.git] / ginac / normal.cpp
index a016a76bce4fb345dfea3bcd3aeccddd5fc8e68f..3a8a82fc358512ea89614af13046a421ca76473b 100644 (file)
@@ -6,7 +6,7 @@
  *  computation, square-free factorization and rational function normalization. */
 
 /*
- *  GiNaC Copyright (C) 1999-2001 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+ *  GiNaC Copyright (C) 1999-2003 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
@@ -39,6 +39,7 @@
 #include "numeric.h"
 #include "power.h"
 #include "relational.h"
+#include "operators.h"
 #include "matrix.h"
 #include "pseries.h"
 #include "symbol.h"
@@ -74,10 +75,10 @@ static int heur_gcd_failed = 0;
 static struct _stat_print {
        _stat_print() {}
        ~_stat_print() {
-               cout << "gcd() called " << gcd_called << " times\n";
-               cout << "sr_gcd() called " << sr_gcd_called << " times\n";
-               cout << "heur_gcd() called " << heur_gcd_called << " times\n";
-               cout << "heur_gcd() failed " << heur_gcd_failed << " times\n";
+               std::cout << "gcd() called " << gcd_called << " times\n";
+               std::cout << "sr_gcd() called " << sr_gcd_called << " times\n";
+               std::cout << "heur_gcd() called " << heur_gcd_called << " times\n";
+               std::cout << "heur_gcd() failed " << heur_gcd_failed << " times\n";
        }
 } stat_print;
 #endif
@@ -92,14 +93,14 @@ static struct _stat_print {
  *  @return "false" if no symbol was found, "true" otherwise */
 static bool get_first_symbol(const ex &e, const symbol *&x)
 {
-       if (is_ex_exactly_of_type(e, symbol)) {
-               x = static_cast<symbol *>(e.bp);
+       if (is_a<symbol>(e)) {
+               x = &ex_to<symbol>(e);
                return true;
-       } else if (is_ex_exactly_of_type(e, add) || is_ex_exactly_of_type(e, mul)) {
-               for (unsigned i=0; i<e.nops(); i++)
+       } else if (is_exactly_a<add>(e) || is_exactly_a<mul>(e)) {
+               for (size_t i=0; i<e.nops(); i++)
                        if (get_first_symbol(e.op(i), x))
                                return true;
-       } else if (is_ex_exactly_of_type(e, power)) {
+       } else if (is_exactly_a<power>(e)) {
                if (get_first_symbol(e.op(0), x))
                        return true;
        }
@@ -137,7 +138,7 @@ struct sym_desc {
        int max_deg;
 
        /** Maximum number of terms of leading coefficient of symbol in both polynomials */
-       int max_lcnops;
+       size_t max_lcnops;
 
        /** Commparison operator for sorting */
        bool operator<(const sym_desc &x) const
@@ -155,11 +156,11 @@ 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;
@@ -169,12 +170,12 @@ static void add_symbol(const symbol *s, sym_desc_vec &v)
 // Collect all symbols of an expression (used internally by get_symbol_stats())
 static void collect_symbols(const ex &e, sym_desc_vec &v)
 {
-       if (is_ex_exactly_of_type(e, symbol)) {
-               add_symbol(static_cast<symbol *>(e.bp), v);
-       } else if (is_ex_exactly_of_type(e, add) || is_ex_exactly_of_type(e, mul)) {
-               for (unsigned i=0; i<e.nops(); i++)
+       if (is_a<symbol>(e)) {
+               add_symbol(&ex_to<symbol>(e), v);
+       } else if (is_exactly_a<add>(e) || is_exactly_a<mul>(e)) {
+               for (size_t i=0; i<e.nops(); i++)
                        collect_symbols(e.op(i), v);
-       } else if (is_ex_exactly_of_type(e, power)) {
+       } else if (is_exactly_a<power>(e)) {
                collect_symbols(e.op(0), v);
        }
 }
@@ -205,16 +206,17 @@ 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());
+       std::sort(v.begin(), v.end());
+
 #if 0
        std::clog << "Symbols:\n";
        it = v.begin(); itend = v.end();
        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
 }
@@ -230,18 +232,18 @@ static numeric lcmcoeff(const ex &e, const numeric &l)
 {
        if (e.info(info_flags::rational))
                return lcm(ex_to<numeric>(e).denom(), l);
-       else if (is_ex_exactly_of_type(e, add)) {
-               numeric c = _num1();
-               for (unsigned i=0; i<e.nops(); i++)
+       else if (is_exactly_a<add>(e)) {
+               numeric c = _num1;
+               for (size_t i=0; i<e.nops(); i++)
                        c = lcmcoeff(e.op(i), c);
                return lcm(c, l);
-       } else if (is_ex_exactly_of_type(e, mul)) {
-               numeric c = _num1();
-               for (unsigned i=0; i<e.nops(); i++)
-                       c *= lcmcoeff(e.op(i), _num1());
+       } else if (is_exactly_a<mul>(e)) {
+               numeric c = _num1;
+               for (size_t i=0; i<e.nops(); i++)
+                       c *= lcmcoeff(e.op(i), _num1);
                return lcm(c, l);
-       } else if (is_ex_exactly_of_type(e, power)) {
-               if (is_ex_exactly_of_type(e.op(0), symbol))
+       } else if (is_exactly_a<power>(e)) {
+               if (is_a<symbol>(e.op(0)))
                        return l;
                else
                        return pow(lcmcoeff(e.op(0), l), ex_to<numeric>(e.op(1)));
@@ -258,7 +260,7 @@ static numeric lcmcoeff(const ex &e, const numeric &l)
  *  @return LCM of denominators of coefficients */
 static numeric lcm_of_coefficients_denominators(const ex &e)
 {
-       return lcmcoeff(e, _num1());
+       return lcmcoeff(e, _num1);
 }
 
 /** Bring polynomial from Q[X] to Z[X] by multiplying in the previously
@@ -268,25 +270,25 @@ static numeric lcm_of_coefficients_denominators(const ex &e)
  *  @param lcm  LCM to multiply in */
 static ex multiply_lcm(const ex &e, const numeric &lcm)
 {
-       if (is_ex_exactly_of_type(e, mul)) {
-               unsigned num = e.nops();
+       if (is_exactly_a<mul>(e)) {
+               size_t 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());
+               numeric lcm_accum = _num1;
+               for (size_t i=0; i<num; i++) {
+                       numeric op_lcm = lcmcoeff(e.op(i), _num1);
                        v.push_back(multiply_lcm(e.op(i), op_lcm));
                        lcm_accum *= op_lcm;
                }
                v.push_back(lcm / lcm_accum);
                return (new mul(v))->setflag(status_flags::dynallocated);
-       } else if (is_ex_exactly_of_type(e, add)) {
-               unsigned num = e.nops();
+       } else if (is_exactly_a<add>(e)) {
+               size_t num = e.nops();
                exvector v; v.reserve(num);
-               for (unsigned i=0; i<num; i++)
+               for (size_t 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))
+       } else if (is_exactly_a<power>(e)) {
+               if (is_a<symbol>(e.op(0)))
                        return e * lcm;
                else
                        return pow(multiply_lcm(e.op(0), lcm.power(ex_to<numeric>(e.op(1)).inverse())), e.op(1));
@@ -300,49 +302,48 @@ static ex multiply_lcm(const ex &e, const numeric &lcm)
  *
  *  @param e  expanded polynomial
  *  @return integer content */
-numeric ex::integer_content(void) const
+numeric ex::integer_content() const
 {
-       GINAC_ASSERT(bp!=0);
        return bp->integer_content();
 }
 
-numeric basic::integer_content(void) const
+numeric basic::integer_content() const
 {
-       return _num1();
+       return _num1;
 }
 
-numeric numeric::integer_content(void) const
+numeric numeric::integer_content() const
 {
        return abs(*this);
 }
 
-numeric add::integer_content(void) const
+numeric add::integer_content() const
 {
        epvector::const_iterator it = seq.begin();
        epvector::const_iterator itend = seq.end();
-       numeric c = _num0();
+       numeric c = _num0;
        while (it != itend) {
-               GINAC_ASSERT(!is_ex_exactly_of_type(it->rest,numeric));
-               GINAC_ASSERT(is_ex_exactly_of_type(it->coeff,numeric));
+               GINAC_ASSERT(!is_exactly_a<numeric>(it->rest));
+               GINAC_ASSERT(is_exactly_a<numeric>(it->coeff));
                c = gcd(ex_to<numeric>(it->coeff), c);
                it++;
        }
-       GINAC_ASSERT(is_ex_exactly_of_type(overall_coeff,numeric));
+       GINAC_ASSERT(is_exactly_a<numeric>(overall_coeff));
        c = gcd(ex_to<numeric>(overall_coeff),c);
        return c;
 }
 
-numeric mul::integer_content(void) const
+numeric mul::integer_content() const
 {
 #ifdef DO_GINAC_ASSERT
        epvector::const_iterator it = seq.begin();
        epvector::const_iterator itend = seq.end();
        while (it != itend) {
-               GINAC_ASSERT(!is_ex_exactly_of_type(recombine_pair_to_ex(*it),numeric));
+               GINAC_ASSERT(!is_exactly_a<numeric>(recombine_pair_to_ex(*it)));
                ++it;
        }
 #endif // def DO_GINAC_ASSERT
-       GINAC_ASSERT(is_ex_exactly_of_type(overall_coeff,numeric));
+       GINAC_ASSERT(is_exactly_a<numeric>(overall_coeff));
        return abs(ex_to<numeric>(overall_coeff));
 }
 
@@ -364,11 +365,11 @@ ex quo(const ex &a, const ex &b, const symbol &x, bool check_args)
 {
        if (b.is_zero())
                throw(std::overflow_error("quo: division by zero"));
-       if (is_ex_exactly_of_type(a, numeric) && is_ex_exactly_of_type(b, numeric))
+       if (is_exactly_a<numeric>(a) && is_exactly_a<numeric>(b))
                return a / b;
 #if FAST_COMPARE
        if (a.is_equal(b))
-               return _ex1();
+               return _ex1;
 #endif
        if (check_args && (!a.info(info_flags::rational_polynomial) || !b.info(info_flags::rational_polynomial)))
                throw(std::invalid_argument("quo: arguments must be polynomials over the rationals"));
@@ -380,8 +381,8 @@ ex quo(const ex &a, const ex &b, const symbol &x, bool check_args)
        int bdeg = b.degree(x);
        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);
+       bool blcoeff_is_numeric = is_exactly_a<numeric>(blcoeff);
+       exvector v; v.reserve(std::max(rdeg - bdeg + 1, 0));
        while (rdeg >= bdeg) {
                ex term, rcoeff = r.coeff(x, rdeg);
                if (blcoeff_is_numeric)
@@ -414,15 +415,15 @@ ex rem(const ex &a, const ex &b, const symbol &x, bool check_args)
 {
        if (b.is_zero())
                throw(std::overflow_error("rem: division by zero"));
-       if (is_ex_exactly_of_type(a, numeric)) {
-               if  (is_ex_exactly_of_type(b, numeric))
-                       return _ex0();
+       if (is_exactly_a<numeric>(a)) {
+               if  (is_exactly_a<numeric>(b))
+                       return _ex0;
                else
                        return a;
        }
 #if FAST_COMPARE
        if (a.is_equal(b))
-               return _ex0();
+               return _ex0;
 #endif
        if (check_args && (!a.info(info_flags::rational_polynomial) || !b.info(info_flags::rational_polynomial)))
                throw(std::invalid_argument("rem: arguments must be polynomials over the rationals"));
@@ -434,7 +435,7 @@ ex rem(const ex &a, const ex &b, const symbol &x, bool check_args)
        int bdeg = b.degree(x);
        int rdeg = r.degree(x);
        ex blcoeff = b.expand().coeff(x, bdeg);
-       bool blcoeff_is_numeric = is_ex_exactly_of_type(blcoeff, numeric);
+       bool blcoeff_is_numeric = is_exactly_a<numeric>(blcoeff);
        while (rdeg >= bdeg) {
                ex term, rcoeff = r.coeff(x, rdeg);
                if (blcoeff_is_numeric)
@@ -464,28 +465,28 @@ ex decomp_rational(const ex &a, const symbol &x)
        ex nd = numer_denom(a);
        ex numer = nd.op(0), denom = nd.op(1);
        ex q = quo(numer, denom, x);
-       if (is_ex_exactly_of_type(q, fail))
+       if (is_exactly_a<fail>(q))
                return a;
        else
                return q + rem(numer, denom, x) / denom;
 }
 
 
-/** Pseudo-remainder of polynomials a(x) and b(x) in Z[x].
+/** Pseudo-remainder of polynomials a(x) and b(x) in Q[x].
  *
  *  @param a  first polynomial in x (dividend)
  *  @param b  second polynomial in x (divisor)
  *  @param x  a and b are polynomials in x
  *  @param check_args  check whether a and b are polynomials with rational
  *         coefficients (defaults to "true")
- *  @return pseudo-remainder of a(x) and b(x) in Z[x] */
+ *  @return pseudo-remainder of a(x) and b(x) in Q[x] */
 ex prem(const ex &a, const ex &b, const symbol &x, bool check_args)
 {
        if (b.is_zero())
                throw(std::overflow_error("prem: division by zero"));
-       if (is_ex_exactly_of_type(a, numeric)) {
-               if (is_ex_exactly_of_type(b, numeric))
-                       return _ex0();
+       if (is_exactly_a<numeric>(a)) {
+               if (is_exactly_a<numeric>(b))
+                       return _ex0;
                else
                        return b;
        }
@@ -501,18 +502,18 @@ ex prem(const ex &a, const ex &b, const symbol &x, bool check_args)
        if (bdeg <= rdeg) {
                blcoeff = eb.coeff(x, bdeg);
                if (bdeg == 0)
-                       eb = _ex0();
+                       eb = _ex0;
                else
                        eb -= blcoeff * power(x, bdeg);
        } else
-               blcoeff = _ex1();
+               blcoeff = _ex1;
 
        int delta = rdeg - bdeg + 1, i = 0;
        while (rdeg >= bdeg && !r.is_zero()) {
                ex rlcoeff = r.coeff(x, rdeg);
                ex term = (power(x, rdeg - bdeg) * eb * rlcoeff).expand();
                if (rdeg == 0)
-                       r = _ex0();
+                       r = _ex0;
                else
                        r -= rlcoeff * power(x, rdeg);
                r = (blcoeff * r).expand() - term;
@@ -523,21 +524,21 @@ ex prem(const ex &a, const ex &b, const symbol &x, bool check_args)
 }
 
 
-/** Sparse pseudo-remainder of polynomials a(x) and b(x) in Z[x].
+/** Sparse pseudo-remainder of polynomials a(x) and b(x) in Q[x].
  *
  *  @param a  first polynomial in x (dividend)
  *  @param b  second polynomial in x (divisor)
  *  @param x  a and b are polynomials in x
  *  @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] */
+ *  @return sparse pseudo-remainder of a(x) and b(x) in Q[x] */
 ex sprem(const ex &a, const ex &b, const symbol &x, bool check_args)
 {
        if (b.is_zero())
                throw(std::overflow_error("prem: division by zero"));
-       if (is_ex_exactly_of_type(a, numeric)) {
-               if (is_ex_exactly_of_type(b, numeric))
-                       return _ex0();
+       if (is_exactly_a<numeric>(a)) {
+               if (is_exactly_a<numeric>(b))
+                       return _ex0;
                else
                        return b;
        }
@@ -553,17 +554,17 @@ ex sprem(const ex &a, const ex &b, const symbol &x, bool check_args)
        if (bdeg <= rdeg) {
                blcoeff = eb.coeff(x, bdeg);
                if (bdeg == 0)
-                       eb = _ex0();
+                       eb = _ex0;
                else
                        eb -= blcoeff * power(x, bdeg);
        } else
-               blcoeff = _ex1();
+               blcoeff = _ex1;
 
        while (rdeg >= bdeg && !r.is_zero()) {
                ex rlcoeff = r.coeff(x, rdeg);
                ex term = (power(x, rdeg - bdeg) * eb * rlcoeff).expand();
                if (rdeg == 0)
-                       r = _ex0();
+                       r = _ex0;
                else
                        r -= rlcoeff * power(x, rdeg);
                r = (blcoeff * r).expand() - term;
@@ -581,22 +582,23 @@ ex sprem(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 "true" when exact division succeeds (quotient returned in q),
- *          "false" otherwise */
+ *          "false" otherwise (q left untouched) */
 bool divide(const ex &a, const ex &b, ex &q, bool check_args)
 {
-       q = _ex0();
        if (b.is_zero())
                throw(std::overflow_error("divide: division by zero"));
-       if (a.is_zero())
+       if (a.is_zero()) {
+               q = _ex0;
                return true;
-       if (is_ex_exactly_of_type(b, numeric)) {
+       }
+       if (is_exactly_a<numeric>(b)) {
                q = a / b;
                return true;
-       } else if (is_ex_exactly_of_type(a, numeric))
+       } else if (is_exactly_a<numeric>(a))
                return false;
 #if FAST_COMPARE
        if (a.is_equal(b)) {
-               q = _ex1();
+               q = _ex1;
                return true;
        }
 #endif
@@ -611,13 +613,15 @@ bool divide(const ex &a, const ex &b, ex &q, bool check_args)
 
        // Polynomial long division (recursive)
        ex r = a.expand();
-       if (r.is_zero())
+       if (r.is_zero()) {
+               q = _ex0;
                return true;
+       }
        int bdeg = b.degree(*x);
        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);
+       bool blcoeff_is_numeric = is_exactly_a<numeric>(blcoeff);
+       exvector v; v.reserve(std::max(rdeg - bdeg + 1, 0));
        while (rdeg >= bdeg) {
                ex term, rcoeff = r.coeff(*x, rdeg);
                if (blcoeff_is_numeric)
@@ -676,15 +680,15 @@ typedef std::map<ex2, exbool, ex2_less> ex2_exbool_remember;
  *  @see get_symbol_stats, heur_gcd */
 static bool divide_in_z(const ex &a, const ex &b, ex &q, sym_desc_vec::const_iterator var)
 {
-       q = _ex0();
+       q = _ex0;
        if (b.is_zero())
                throw(std::overflow_error("divide_in_z: division by zero"));
-       if (b.is_equal(_ex1())) {
+       if (b.is_equal(_ex1)) {
                q = a;
                return true;
        }
-       if (is_ex_exactly_of_type(a, numeric)) {
-               if (is_ex_exactly_of_type(b, numeric)) {
+       if (is_exactly_a<numeric>(a)) {
+               if (is_exactly_a<numeric>(b)) {
                        q = a / b;
                        return q.info(info_flags::integer);
                } else
@@ -692,7 +696,7 @@ static bool divide_in_z(const ex &a, const ex &b, ex &q, sym_desc_vec::const_ite
        }
 #if FAST_COMPARE
        if (a.is_equal(b)) {
-               q = _ex1();
+               q = _ex1;
                return true;
        }
 #endif
@@ -723,24 +727,24 @@ static bool divide_in_z(const ex &a, const ex &b, ex &q, sym_desc_vec::const_ite
        // Compute values at evaluation points 0..adeg
        vector<numeric> alpha; alpha.reserve(adeg + 1);
        exvector u; u.reserve(adeg + 1);
-       numeric point = _num0();
+       numeric point = _num0;
        ex c;
        for (i=0; i<=adeg; i++) {
                ex bs = b.subs(*x == point);
                while (bs.is_zero()) {
-                       point += _num1();
+                       point += _num1;
                        bs = b.subs(*x == point);
                }
                if (!divide_in_z(a.subs(*x == point), bs, c, var+1))
                        return false;
                alpha.push_back(point);
                u.push_back(c);
-               point += _num1();
+               point += _num1;
        }
 
        // Compute inverses
        vector<numeric> rcp; rcp.reserve(adeg + 1);
-       rcp.push_back(_num0());
+       rcp.push_back(_num0);
        for (k=1; k<=adeg; k++) {
                numeric product = alpha[k] - alpha[0];
                for (i=1; i<k; i++)
@@ -778,7 +782,7 @@ 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);
+       exvector v; v.reserve(std::max(rdeg - bdeg + 1, 0));
        while (rdeg >= bdeg) {
                ex term, rcoeff = r.coeff(*x, rdeg);
                if (!divide_in_z(rcoeff, blcoeff, term, var+1))
@@ -818,8 +822,8 @@ static bool divide_in_z(const ex &a, const ex &b, ex &q, sym_desc_vec::const_ite
 ex ex::unit(const symbol &x) const
 {
        ex c = expand().lcoeff(x);
-       if (is_ex_exactly_of_type(c, numeric))
-               return c < _ex0() ? _ex_1() : _ex1();
+       if (is_exactly_a<numeric>(c))
+               return c < _ex0 ? _ex_1 : _ex1;
        else {
                const symbol *y;
                if (get_first_symbol(c, y))
@@ -840,12 +844,12 @@ ex ex::unit(const symbol &x) const
 ex ex::content(const symbol &x) const
 {
        if (is_zero())
-               return _ex0();
-       if (is_ex_exactly_of_type(*this, numeric))
+               return _ex0;
+       if (is_exactly_a<numeric>(*this))
                return info(info_flags::negative) ? -*this : *this;
        ex e = expand();
        if (e.is_zero())
-               return _ex0();
+               return _ex0;
 
        // First, try the integer content
        ex c = e.integer_content();
@@ -859,7 +863,7 @@ ex ex::content(const symbol &x) const
        int ldeg = e.ldegree(x);
        if (deg == ldeg)
                return e.lcoeff(x) / e.unit(x);
-       c = _ex0();
+       c = _ex0;
        for (int i=ldeg; i<=deg; i++)
                c = gcd(e.coeff(x, i), c, NULL, NULL, false);
        return c;
@@ -876,15 +880,15 @@ ex ex::content(const symbol &x) const
 ex ex::primpart(const symbol &x) const
 {
        if (is_zero())
-               return _ex0();
-       if (is_ex_exactly_of_type(*this, numeric))
-               return _ex1();
+               return _ex0;
+       if (is_exactly_a<numeric>(*this))
+               return _ex1;
 
        ex c = content(x);
        if (c.is_zero())
-               return _ex0();
+               return _ex0;
        ex u = unit(x);
-       if (is_ex_exactly_of_type(c, numeric))
+       if (is_exactly_a<numeric>(c))
                return *this / (c * u);
        else
                return quo(*this, c * u, x, false);
@@ -901,14 +905,14 @@ ex ex::primpart(const symbol &x) const
 ex ex::primpart(const symbol &x, const ex &c) const
 {
        if (is_zero())
-               return _ex0();
+               return _ex0;
        if (c.is_zero())
-               return _ex0();
-       if (is_ex_exactly_of_type(*this, numeric))
-               return _ex1();
+               return _ex0;
+       if (is_exactly_a<numeric>(*this))
+               return _ex1;
 
        ex u = unit(x);
-       if (is_ex_exactly_of_type(c, numeric))
+       if (is_exactly_a<numeric>(c))
                return *this / (c * u);
        else
                return quo(*this, c * u, x, false);
@@ -919,206 +923,6 @@ ex ex::primpart(const symbol &x, const ex &c) const
  *  GCD of multivariate polynomials
  */
 
-/** Compute GCD of polynomials in Q[X] using the Euclidean algorithm (not
- *  really suited for multivariate GCDs). This function is only provided for
- *  testing purposes.
- *
- *  @param a  first multivariate polynomial
- *  @param b  second multivariate polynomial
- *  @param x  pointer to symbol (main variable) in which to compute the GCD in
- *  @return the GCD as a new expression
- *  @see gcd */
-
-static ex eu_gcd(const ex &a, const ex &b, const symbol *x)
-{
-//std::clog << "eu_gcd(" << a << "," << b << ")\n";
-
-       // Sort c and d so that c has higher degree
-       ex c, d;
-       int adeg = a.degree(*x), bdeg = b.degree(*x);
-       if (adeg >= bdeg) {
-               c = a;
-               d = b;
-       } else {
-               c = b;
-               d = a;
-       }
-
-       // Normalize in Q[x]
-       c = c / c.lcoeff(*x);
-       d = d / d.lcoeff(*x);
-
-       // Euclidean algorithm
-       ex r;
-       for (;;) {
-//std::clog << " d = " << d << endl;
-               r = rem(c, d, *x, false);
-               if (r.is_zero())
-                       return d / d.lcoeff(*x);
-               c = d;
-               d = r;
-       }
-}
-
-
-/** Compute GCD of multivariate polynomials using the Euclidean PRS algorithm
- *  with pseudo-remainders ("World's Worst GCD Algorithm", staying in Z[X]).
- *  This function is only provided for testing purposes.
- *
- *  @param a  first multivariate polynomial
- *  @param b  second multivariate polynomial
- *  @param x  pointer to symbol (main variable) in which to compute the GCD in
- *  @return the GCD as a new expression
- *  @see gcd */
-
-static ex euprem_gcd(const ex &a, const ex &b, const symbol *x)
-{
-//std::clog << "euprem_gcd(" << a << "," << b << ")\n";
-
-       // Sort c and d so that c has higher degree
-       ex c, d;
-       int adeg = a.degree(*x), bdeg = b.degree(*x);
-       if (adeg >= bdeg) {
-               c = a;
-               d = b;
-       } else {
-               c = b;
-               d = a;
-       }
-
-       // Calculate GCD of contents
-       ex gamma = gcd(c.content(*x), d.content(*x), NULL, NULL, false);
-
-       // Euclidean algorithm with pseudo-remainders
-       ex r;
-       for (;;) {
-//std::clog << " d = " << d << endl;
-               r = prem(c, d, *x, false);
-               if (r.is_zero())
-                       return d.primpart(*x) * gamma;
-               c = d;
-               d = r;
-       }
-}
-
-
-/** Compute GCD of multivariate polynomials using the primitive Euclidean
- *  PRS algorithm (complete content removal at each step). This function is
- *  only provided for testing purposes.
- *
- *  @param a  first multivariate polynomial
- *  @param b  second multivariate polynomial
- *  @param x  pointer to symbol (main variable) in which to compute the GCD in
- *  @return the GCD as a new expression
- *  @see gcd */
-
-static ex peu_gcd(const ex &a, const ex &b, const symbol *x)
-{
-//std::clog << "peu_gcd(" << a << "," << b << ")\n";
-
-       // Sort c and d so that c has higher degree
-       ex c, d;
-       int adeg = a.degree(*x), bdeg = b.degree(*x);
-       int ddeg;
-       if (adeg >= bdeg) {
-               c = a;
-               d = b;
-               ddeg = bdeg;
-       } else {
-               c = b;
-               d = a;
-               ddeg = adeg;
-       }
-
-       // Remove content from c and d, to be attached to GCD later
-       ex cont_c = c.content(*x);
-       ex cont_d = d.content(*x);
-       ex gamma = gcd(cont_c, cont_d, NULL, NULL, false);
-       if (ddeg == 0)
-               return gamma;
-       c = c.primpart(*x, cont_c);
-       d = d.primpart(*x, cont_d);
-
-       // Euclidean algorithm with content removal
-       ex r;
-       for (;;) {
-//std::clog << " d = " << d << endl;
-               r = prem(c, d, *x, false);
-               if (r.is_zero())
-                       return gamma * d;
-               c = d;
-               d = r.primpart(*x);
-       }
-}
-
-
-/** Compute GCD of multivariate polynomials using the reduced PRS algorithm.
- *  This function is only provided for testing purposes.
- *
- *  @param a  first multivariate polynomial
- *  @param b  second multivariate polynomial
- *  @param x  pointer to symbol (main variable) in which to compute the GCD in
- *  @return the GCD as a new expression
- *  @see gcd */
-
-static ex red_gcd(const ex &a, const ex &b, const symbol *x)
-{
-//std::clog << "red_gcd(" << a << "," << b << ")\n";
-
-       // Sort c and d so that c has higher degree
-       ex c, d;
-       int adeg = a.degree(*x), bdeg = b.degree(*x);
-       int cdeg, ddeg;
-       if (adeg >= bdeg) {
-               c = a;
-               d = b;
-               cdeg = adeg;
-               ddeg = bdeg;
-       } else {
-               c = b;
-               d = a;
-               cdeg = bdeg;
-               ddeg = adeg;
-       }
-
-       // Remove content from c and d, to be attached to GCD later
-       ex cont_c = c.content(*x);
-       ex cont_d = d.content(*x);
-       ex gamma = gcd(cont_c, cont_d, NULL, NULL, false);
-       if (ddeg == 0)
-               return gamma;
-       c = c.primpart(*x, cont_c);
-       d = d.primpart(*x, cont_d);
-
-       // First element of divisor sequence
-       ex r, ri = _ex1();
-       int delta = cdeg - ddeg;
-
-       for (;;) {
-               // Calculate polynomial pseudo-remainder
-//std::clog << " d = " << d << endl;
-               r = prem(c, d, *x, false);
-               if (r.is_zero())
-                       return gamma * d.primpart(*x);
-               c = d;
-               cdeg = ddeg;
-
-               if (!divide(r, pow(ri, delta), d, false))
-                       throw(std::runtime_error("invalid expression in red_gcd(), division failed"));
-               ddeg = d.degree(*x);
-               if (ddeg == 0) {
-                       if (is_ex_exactly_of_type(r, numeric))
-                               return gamma;
-                       else
-                               return gamma * r.primpart(*x);
-               }
-
-               ri = c.expand().lcoeff(*x);
-               delta = cdeg - ddeg;
-       }
-}
-
-
 /** Compute GCD of multivariate polynomials using the subresultant PRS
  *  algorithm. This function is used internally by gcd().
  *
@@ -1130,7 +934,6 @@ static ex red_gcd(const ex &a, const ex &b, const symbol *x)
 
 static ex sr_gcd(const ex &a, const ex &b, sym_desc_vec::const_iterator var)
 {
-//std::clog << "sr_gcd(" << a << "," << b << ")\n";
 #if STATISTICS
        sr_gcd_called++;
 #endif
@@ -1162,34 +965,31 @@ static ex sr_gcd(const ex &a, const ex &b, sym_desc_vec::const_iterator var)
                return gamma;
        c = c.primpart(x, cont_c);
        d = d.primpart(x, cont_d);
-//std::clog << " content " << gamma << " removed, continuing with sr_gcd(" << c << "," << d << ")\n";
 
        // First element of subresultant sequence
-       ex r = _ex0(), ri = _ex1(), psi = _ex1();
+       ex r = _ex0, ri = _ex1, psi = _ex1;
        int delta = cdeg - ddeg;
 
        for (;;) {
+
                // Calculate polynomial pseudo-remainder
-//std::clog << " start of loop, psi = " << psi << ", calculating pseudo-remainder...\n";
-//std::clog << " d = " << d << endl;
                r = prem(c, d, x, false);
                if (r.is_zero())
                        return gamma * d.primpart(x);
+
                c = d;
                cdeg = ddeg;
-//std::clog << " dividing...\n";
                if (!divide_in_z(r, ri * pow(psi, delta), d, var))
                        throw(std::runtime_error("invalid expression in sr_gcd(), division failed"));
                ddeg = d.degree(x);
                if (ddeg == 0) {
-                       if (is_ex_exactly_of_type(r, numeric))
+                       if (is_exactly_a<numeric>(r))
                                return gamma;
                        else
                                return gamma * r.primpart(x);
                }
 
                // Next element of subresultant sequence
-//std::clog << " calculating next subresultant...\n";
                ri = c.expand().lcoeff(x);
                if (delta == 1)
                        psi = ri;
@@ -1206,33 +1006,32 @@ static ex sr_gcd(const ex &a, const ex &b, sym_desc_vec::const_iterator var)
  *  @param e  expanded multivariate polynomial
  *  @return maximum coefficient
  *  @see heur_gcd */
-numeric ex::max_coefficient(void) const
+numeric ex::max_coefficient() const
 {
-       GINAC_ASSERT(bp!=0);
        return bp->max_coefficient();
 }
 
 /** Implementation ex::max_coefficient().
  *  @see heur_gcd */
-numeric basic::max_coefficient(void) const
+numeric basic::max_coefficient() const
 {
-       return _num1();
+       return _num1;
 }
 
-numeric numeric::max_coefficient(void) const
+numeric numeric::max_coefficient() const
 {
        return abs(*this);
 }
 
-numeric add::max_coefficient(void) const
+numeric add::max_coefficient() const
 {
        epvector::const_iterator it = seq.begin();
        epvector::const_iterator itend = seq.end();
-       GINAC_ASSERT(is_ex_exactly_of_type(overall_coeff,numeric));
+       GINAC_ASSERT(is_exactly_a<numeric>(overall_coeff));
        numeric cur_max = abs(ex_to<numeric>(overall_coeff));
        while (it != itend) {
                numeric a;
-               GINAC_ASSERT(!is_ex_exactly_of_type(it->rest,numeric));
+               GINAC_ASSERT(!is_exactly_a<numeric>(it->rest));
                a = abs(ex_to<numeric>(it->coeff));
                if (a > cur_max)
                        cur_max = a;
@@ -1241,34 +1040,27 @@ numeric add::max_coefficient(void) const
        return cur_max;
 }
 
-numeric mul::max_coefficient(void) const
+numeric mul::max_coefficient() const
 {
 #ifdef DO_GINAC_ASSERT
        epvector::const_iterator it = seq.begin();
        epvector::const_iterator itend = seq.end();
        while (it != itend) {
-               GINAC_ASSERT(!is_ex_exactly_of_type(recombine_pair_to_ex(*it),numeric));
+               GINAC_ASSERT(!is_exactly_a<numeric>(recombine_pair_to_ex(*it)));
                it++;
        }
 #endif // def DO_GINAC_ASSERT
-       GINAC_ASSERT(is_ex_exactly_of_type(overall_coeff,numeric));
+       GINAC_ASSERT(is_exactly_a<numeric>(overall_coeff));
        return abs(ex_to<numeric>(overall_coeff));
 }
 
 
-/** Apply symmetric modular homomorphism to a multivariate polynomial.
- *  This function is used internally by heur_gcd().
+/** Apply symmetric modular homomorphism to an expanded multivariate
+ *  polynomial.  This function is usually used internally by heur_gcd().
  *
- *  @param e  expanded multivariate polynomial
  *  @param xi  modulus
  *  @return mapped polynomial
  *  @see heur_gcd */
-ex ex::smod(const numeric &xi) const
-{
-       GINAC_ASSERT(bp!=0);
-       return bp->smod(xi);
-}
-
 ex basic::smod(const numeric &xi) const
 {
        return *this;
@@ -1286,13 +1078,13 @@ ex add::smod(const numeric &xi) const
        epvector::const_iterator it = seq.begin();
        epvector::const_iterator itend = seq.end();
        while (it != itend) {
-               GINAC_ASSERT(!is_ex_exactly_of_type(it->rest,numeric));
+               GINAC_ASSERT(!is_exactly_a<numeric>(it->rest));
                numeric coeff = GiNaC::smod(ex_to<numeric>(it->coeff), xi);
                if (!coeff.is_zero())
                        newseq.push_back(expair(it->rest, coeff));
                it++;
        }
-       GINAC_ASSERT(is_ex_exactly_of_type(overall_coeff,numeric));
+       GINAC_ASSERT(is_exactly_a<numeric>(overall_coeff));
        numeric coeff = GiNaC::smod(ex_to<numeric>(overall_coeff), xi);
        return (new add(newseq,coeff))->setflag(status_flags::dynallocated);
 }
@@ -1303,12 +1095,12 @@ ex mul::smod(const numeric &xi) const
        epvector::const_iterator it = seq.begin();
        epvector::const_iterator itend = seq.end();
        while (it != itend) {
-               GINAC_ASSERT(!is_ex_exactly_of_type(recombine_pair_to_ex(*it),numeric));
+               GINAC_ASSERT(!is_exactly_a<numeric>(recombine_pair_to_ex(*it)));
                it++;
        }
 #endif // def DO_GINAC_ASSERT
        mul * mulcopyp = new mul(*this);
-       GINAC_ASSERT(is_ex_exactly_of_type(overall_coeff,numeric));
+       GINAC_ASSERT(is_exactly_a<numeric>(overall_coeff));
        mulcopyp->overall_coeff = GiNaC::smod(ex_to<numeric>(overall_coeff),xi);
        mulcopyp->clearflag(status_flags::evaluated);
        mulcopyp->clearflag(status_flags::hash_calculated);
@@ -1350,7 +1142,6 @@ class gcdheu_failed {};
  *  @exception gcdheu_failed() */
 static ex heur_gcd(const ex &a, const ex &b, ex *ca, ex *cb, sym_desc_vec::const_iterator var)
 {
-//std::clog << "heur_gcd(" << a << "," << b << ")\n";
 #if STATISTICS
        heur_gcd_called++;
 #endif
@@ -1360,7 +1151,7 @@ static ex heur_gcd(const ex &a, const ex &b, ex *ca, ex *cb, sym_desc_vec::const
                return (new fail())->setflag(status_flags::dynallocated);
 
        // GCD of two numeric values -> CLN
-       if (is_ex_exactly_of_type(a, numeric) && is_ex_exactly_of_type(b, numeric)) {
+       if (is_exactly_a<numeric>(a) && is_exactly_a<numeric>(b)) {
                numeric g = gcd(ex_to<numeric>(a), ex_to<numeric>(b));
                if (ca)
                        *ca = ex_to<numeric>(a) / g;
@@ -1384,21 +1175,20 @@ static ex heur_gcd(const ex &a, const ex &b, ex *ca, ex *cb, sym_desc_vec::const
        numeric mq = q.max_coefficient();
        numeric xi;
        if (mp > mq)
-               xi = mq * _num2() + _num2();
+               xi = mq * _num2 + _num2;
        else
-               xi = mp * _num2() + _num2();
+               xi = mp * _num2 + _num2;
 
        // 6 tries maximum
        for (int t=0; t<6; t++) {
                if (xi.int_length() * maxdeg > 100000) {
-//std::clog << "giving up heur_gcd, xi.int_length = " << xi.int_length() << ", maxdeg = " << maxdeg << std::endl;
                        throw gcdheu_failed();
                }
 
                // Apply evaluation homomorphism and calculate GCD
                ex cp, cq;
                ex gamma = heur_gcd(p.subs(x == xi), q.subs(x == xi), &cp, &cq, var+1).expand();
-               if (!is_ex_exactly_of_type(gamma, fail)) {
+               if (!is_exactly_a<fail>(gamma)) {
 
                        // Reconstruct polynomial from GCD of mapped polynomials
                        ex g = interpolate(gamma, xi, x, maxdeg);
@@ -1411,39 +1201,11 @@ static ex heur_gcd(const ex &a, const ex &b, ex *ca, ex *cb, sym_desc_vec::const
                        if (divide_in_z(p, g, ca ? *ca : dummy, var) && divide_in_z(q, g, cb ? *cb : dummy, var)) {
                                g *= gc;
                                ex lc = g.lcoeff(x);
-                               if (is_ex_exactly_of_type(lc, numeric) && ex_to<numeric>(lc).is_negative())
+                               if (is_exactly_a<numeric>(lc) && ex_to<numeric>(lc).is_negative())
                                        return -g;
                                else
                                        return g;
                        }
-#if 0
-                       cp = interpolate(cp, xi, x);
-                       if (divide_in_z(cp, p, g, var)) {
-                               if (divide_in_z(g, q, cb ? *cb : dummy, var)) {
-                                       g *= gc;
-                                       if (ca)
-                                               *ca = cp;
-                                       ex lc = g.lcoeff(x);
-                                       if (is_ex_exactly_of_type(lc, numeric) && ex_to<numeric>(lc).is_negative())
-                                               return -g;
-                                       else
-                                               return g;
-                               }
-                       }
-                       cq = interpolate(cq, xi, x);
-                       if (divide_in_z(cq, q, g, var)) {
-                               if (divide_in_z(g, p, ca ? *ca : dummy, var)) {
-                                       g *= gc;
-                                       if (cb)
-                                               *cb = cq;
-                                       ex lc = g.lcoeff(x);
-                                       if (is_ex_exactly_of_type(lc, numeric) && ex_to<numeric>(lc).is_negative())
-                                               return -g;
-                                       else
-                                               return g;
-                               }
-                       }
-#endif
                }
 
                // Next evaluation point
@@ -1463,20 +1225,19 @@ static ex heur_gcd(const ex &a, const ex &b, ex *ca, ex *cb, sym_desc_vec::const
  *  @return the GCD as a new expression */
 ex gcd(const ex &a, const ex &b, ex *ca, ex *cb, bool check_args)
 {
-//std::clog << "gcd(" << a << "," << b << ")\n";
 #if STATISTICS
        gcd_called++;
 #endif
 
        // GCD of numerics -> CLN
-       if (is_ex_exactly_of_type(a, numeric) && is_ex_exactly_of_type(b, numeric)) {
+       if (is_exactly_a<numeric>(a) && is_exactly_a<numeric>(b)) {
                numeric g = gcd(ex_to<numeric>(a), ex_to<numeric>(b));
                if (ca || cb) {
                        if (g.is_zero()) {
                                if (ca)
-                                       *ca = _ex0();
+                                       *ca = _ex0;
                                if (cb)
-                                       *cb = _ex0();
+                                       *cb = _ex0;
                        } else {
                                if (ca)
                                        *ca = ex_to<numeric>(a) / g;
@@ -1493,15 +1254,15 @@ ex gcd(const ex &a, const ex &b, ex *ca, ex *cb, bool check_args)
        }
 
        // Partially factored cases (to avoid expanding large expressions)
-       if (is_ex_exactly_of_type(a, mul)) {
-               if (is_ex_exactly_of_type(b, mul) && b.nops() > a.nops())
+       if (is_exactly_a<mul>(a)) {
+               if (is_exactly_a<mul>(b) && b.nops() > a.nops())
                        goto factored_b;
 factored_a:
-               unsigned num = a.nops();
+               size_t num = a.nops();
                exvector g; g.reserve(num);
                exvector acc_ca; acc_ca.reserve(num);
                ex part_b = b;
-               for (unsigned i=0; i<num; i++) {
+               for (size_t i=0; i<num; i++) {
                        ex part_ca, part_cb;
                        g.push_back(gcd(a.op(i), part_b, &part_ca, &part_cb, check_args));
                        acc_ca.push_back(part_ca);
@@ -1512,15 +1273,15 @@ factored_a:
                if (cb)
                        *cb = part_b;
                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())
+       } else if (is_exactly_a<mul>(b)) {
+               if (is_exactly_a<mul>(a) && a.nops() > b.nops())
                        goto factored_a;
 factored_b:
-               unsigned num = b.nops();
+               size_t num = b.nops();
                exvector g; g.reserve(num);
                exvector acc_cb; acc_cb.reserve(num);
                ex part_a = a;
-               for (unsigned i=0; i<num; i++) {
+               for (size_t i=0; i<num; i++) {
                        ex part_ca, part_cb;
                        g.push_back(gcd(part_a, b.op(i), &part_ca, &part_cb, check_args));
                        acc_cb.push_back(part_cb);
@@ -1535,15 +1296,15 @@ factored_b:
 
 #if FAST_COMPARE
        // Input polynomials of the form poly^n are sometimes also trivial
-       if (is_ex_exactly_of_type(a, power)) {
+       if (is_exactly_a<power>(a)) {
                ex p = a.op(0);
-               if (is_ex_exactly_of_type(b, power)) {
+               if (is_exactly_a<power>(b)) {
                        if (p.is_equal(b.op(0))) {
                                // a = p^n, b = p^m, gcd = p^min(n, m)
                                ex exp_a = a.op(1), exp_b = b.op(1);
                                if (exp_a < exp_b) {
                                        if (ca)
-                                               *ca = _ex1();
+                                               *ca = _ex1;
                                        if (cb)
                                                *cb = power(p, exp_b - exp_a);
                                        return power(p, exp_a);
@@ -1551,7 +1312,7 @@ factored_b:
                                        if (ca)
                                                *ca = power(p, exp_a - exp_b);
                                        if (cb)
-                                               *cb = _ex1();
+                                               *cb = _ex1;
                                        return power(p, exp_b);
                                }
                        }
@@ -1561,16 +1322,16 @@ factored_b:
                                if (ca)
                                        *ca = power(p, a.op(1) - 1);
                                if (cb)
-                                       *cb = _ex1();
+                                       *cb = _ex1;
                                return p;
                        }
                }
-       } else if (is_ex_exactly_of_type(b, power)) {
+       } else if (is_exactly_a<power>(b)) {
                ex p = b.op(0);
                if (p.is_equal(a)) {
                        // a = p, b = p^n, gcd = p
                        if (ca)
-                               *ca = _ex1();
+                               *ca = _ex1;
                        if (cb)
                                *cb = power(p, b.op(1) - 1);
                        return p;
@@ -1582,31 +1343,31 @@ factored_b:
        ex aex = a.expand(), bex = b.expand();
        if (aex.is_zero()) {
                if (ca)
-                       *ca = _ex0();
+                       *ca = _ex0;
                if (cb)
-                       *cb = _ex1();
+                       *cb = _ex1;
                return b;
        }
        if (bex.is_zero()) {
                if (ca)
-                       *ca = _ex1();
+                       *ca = _ex1;
                if (cb)
-                       *cb = _ex0();
+                       *cb = _ex0;
                return a;
        }
-       if (aex.is_equal(_ex1()) || bex.is_equal(_ex1())) {
+       if (aex.is_equal(_ex1) || bex.is_equal(_ex1)) {
                if (ca)
                        *ca = a;
                if (cb)
                        *cb = b;
-               return _ex1();
+               return _ex1;
        }
 #if FAST_COMPARE
        if (a.is_equal(b)) {
                if (ca)
-                       *ca = _ex1();
+                       *ca = _ex1;
                if (cb)
-                       *cb = _ex1();
+                       *cb = _ex1;
                return a;
        }
 #endif
@@ -1625,20 +1386,17 @@ factored_b:
        int min_ldeg = std::min(ldeg_a,ldeg_b);
        if (min_ldeg > 0) {
                ex common = power(x, min_ldeg);
-//std::clog << "trivial common factor " << common << std::endl;
                return gcd((aex / common).expand(), (bex / common).expand(), ca, cb, false) * common;
        }
 
        // Try to eliminate variables
        if (var->deg_a == 0) {
-//std::clog << "eliminating variable " << x << " from b" << std::endl;
                ex c = bex.content(x);
                ex g = gcd(aex, c, ca, cb, false);
                if (cb)
                        *cb *= bex.unit(x) * bex.primpart(x, c);
                return g;
        } else if (var->deg_b == 0) {
-//std::clog << "eliminating variable " << x << " from a" << std::endl;
                ex c = aex.content(x);
                ex g = gcd(c, bex, ca, cb, false);
                if (ca)
@@ -1646,27 +1404,19 @@ factored_b:
                return g;
        }
 
-       ex g;
-#if 1
        // Try heuristic algorithm first, fall back to PRS if that failed
+       ex g;
        try {
                g = heur_gcd(aex, bex, ca, cb, var);
        } catch (gcdheu_failed) {
                g = fail();
        }
-       if (is_ex_exactly_of_type(g, fail)) {
-//std::clog << "heuristics failed" << std::endl;
+       if (is_exactly_a<fail>(g)) {
 #if STATISTICS
                heur_gcd_failed++;
 #endif
-#endif
-//             g = heur_gcd(aex, bex, ca, cb, var);
-//             g = eu_gcd(aex, bex, &x);
-//             g = euprem_gcd(aex, bex, &x);
-//             g = peu_gcd(aex, bex, &x);
-//             g = red_gcd(aex, bex, &x);
                g = sr_gcd(aex, bex, var);
-               if (g.is_equal(_ex1())) {
+               if (g.is_equal(_ex1)) {
                        // Keep cofactors factored if possible
                        if (ca)
                                *ca = a;
@@ -1678,9 +1428,8 @@ factored_b:
                        if (cb)
                                divide(bex, g, *cb, false);
                }
-#if 1
        } else {
-               if (g.is_equal(_ex1())) {
+               if (g.is_equal(_ex1)) {
                        // Keep cofactors factored if possible
                        if (ca)
                                *ca = a;
@@ -1688,7 +1437,7 @@ factored_b:
                                *cb = b;
                }
        }
-#endif
+
        return g;
 }
 
@@ -1702,7 +1451,7 @@ factored_b:
  *  @return the LCM as a new expression */
 ex lcm(const ex &a, const ex &b, bool check_args)
 {
-       if (is_ex_exactly_of_type(a, numeric) && is_ex_exactly_of_type(b, numeric))
+       if (is_exactly_a<numeric>(a) && is_exactly_a<numeric>(b))
                return lcm(ex_to<numeric>(a), ex_to<numeric>(b));
        if (check_args && (!a.info(info_flags::rational_polynomial) || !b.info(info_flags::rational_polynomial)))
                throw(std::invalid_argument("lcm: arguments must be polynomials over the rationals"));
@@ -1730,7 +1479,7 @@ static exvector sqrfree_yun(const ex &a, const symbol &x)
        ex w = a;
        ex z = w.diff(x);
        ex g = gcd(w, z);
-       if (g.is_equal(_ex1())) {
+       if (g.is_equal(_ex1)) {
                res.push_back(a);
                return res;
        }
@@ -1745,58 +1494,109 @@ static exvector sqrfree_yun(const ex &a, const symbol &x)
        return res;
 }
 
-/** Compute square-free factorization of multivariate polynomial in Q[X].
+
+/** Compute a square-free factorization of a multivariate polynomial in Q[X].
  *
  *  @param a  multivariate polynomial over Q[X]
  *  @param x  lst of variables to factor in, may be left empty for autodetection
- *  @return   polynomail a in square-free factored form. */
+ *  @return   a square-free factorization of \p a.
+ *
+ * \note
+ * A polynomial \f$p(X) \in C[X]\f$ is said <EM>square-free</EM>
+ * if, whenever any two polynomials \f$q(X)\f$ and \f$r(X)\f$
+ * are such that
+ * \f[
+ *     p(X) = q(X)^2 r(X),
+ * \f]
+ * we have \f$q(X) \in C\f$.
+ * This means that \f$p(X)\f$ has no repeated factors, apart
+ * eventually from constants.
+ * Given a polynomial \f$p(X) \in C[X]\f$, we say that the
+ * decomposition
+ * \f[
+ *   p(X) = b \cdot p_1(X)^{a_1} \cdot p_2(X)^{a_2} \cdots p_r(X)^{a_r}
+ * \f]
+ * is a <EM>square-free factorization</EM> of \f$p(X)\f$ if the
+ * following conditions hold:
+ * -#  \f$b \in C\f$ and \f$b \neq 0\f$;
+ * -#  \f$a_i\f$ is a positive integer for \f$i = 1, \ldots, r\f$;
+ * -#  the degree of the polynomial \f$p_i\f$ is strictly positive
+ *     for \f$i = 1, \ldots, r\f$;
+ * -#  the polynomial \f$\Pi_{i=1}^r p_i(X)\f$ is square-free.
+ *
+ * Square-free factorizations need not be unique.  For example, if
+ * \f$a_i\f$ is even, we could change the polynomial \f$p_i(X)\f$
+ * into \f$-p_i(X)\f$.
+ * Observe also that the factors \f$p_i(X)\f$ need not be irreducible
+ * polynomials.
+ */
 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
+       if (is_exactly_a<numeric>(a) ||     // algorithm does not trap a==0
+           is_a<symbol>(a))        // 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.
        lst args;
        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)
+               get_symbol_stats(a, _ex0, sdv);
+               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))
+       if (!is_a<symbol>(args.op(0)))
                throw (std::runtime_error("sqrfree(): invalid factorization variable"));
-       const symbol x = ex_to<symbol>(args.op(0));
+       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);
+       const numeric lcm = lcm_of_coefficients_denominators(a);
+       const 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));
-       // recurse down the factors in remaining vars
+       lst newargs = args;
+       newargs.remove_first();
+
+       // recurse down the factors in remaining variables
        if (newargs.nops()>0) {
-               for (exvector::iterator i=factors.begin(); i!=factors.end(); ++i)
+               exvector::iterator i = factors.begin();
+               while (i != factors.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)
+       ex result = _ex1;
+       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:
-       result = result * quo(tmp, result, x);
+
+       // 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.  For completeness
+       // we'll also have to recurse down that factor in the remaining variables.
+       if (newargs.nops()>0)
+               result *= sqrfree(quo(tmp, result, x), newargs);
+       else
+               result *= quo(tmp, result, x);
+
+       // Put in the reational overall factor again and return
        return result * lcm.inverse();
 }
 
+
 /** Compute square-free partial fraction decomposition of rational function
  *  a(x).
  *
@@ -1818,15 +1618,15 @@ 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();
+       size_t 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++) {
+       for (size_t i=0; i<num_yun; i++) {
+               if (!yun[i].is_equal(_ex1)) {
+                       for (size_t j=0; j<=i; j++) {
                                factor.push_back(pow(yun[i], j+1));
-                               ex prod = _ex1();
-                               for (unsigned k=0; k<num_yun; k++) {
+                               ex prod = _ex1;
+                               for (size_t k=0; k<num_yun; k++) {
                                        if (k == i)
                                                prod *= pow(yun[k], i-j);
                                        else
@@ -1836,7 +1636,7 @@ ex sqrfree_parfrac(const ex & a, const symbol & x)
                        }
                }
        }
-       int num_factors = factor.size();
+       size_t num_factors = factor.size();
 //clog << "factors  : " << exprseq(factor) << endl;
 //clog << "cofactors: " << exprseq(cofac) << endl;
 
@@ -1844,8 +1644,8 @@ 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 (unsigned j=0; j<num_factors; j++)
+       for (int i=0; i<=max_denom_deg; i++) {
+               for (size_t j=0; j<num_factors; j++)
                        sys(i, j) = cofac[j].coeff(x, i);
                rhs(i, 0) = red_numer.coeff(x, i);
        }
@@ -1854,13 +1654,13 @@ ex sqrfree_parfrac(const ex & a, const symbol & x)
 
        // Solve resulting linear system
        matrix vars(num_factors, 1);
-       for (unsigned i=0; i<num_factors; i++)
+       for (size_t i=0; i<num_factors; i++)
                vars(i, 0) = symbol();
        matrix sol = sys.solve(vars, rhs);
 
        // Sum up decomposed fractions
        ex sum = 0;
-       for (unsigned i=0; i<num_factors; i++)
+       for (size_t i=0; i<num_factors; i++)
                sum += sol(i, 0) / factor[i];
 
        return red_poly + sum;
@@ -1881,43 +1681,41 @@ ex sqrfree_parfrac(const ex & a, const symbol & x)
 
 
 /** Create a symbol for replacing the expression "e" (or return a previously
- *  assigned symbol). The symbol is appended to sym_lst and returned, the
- *  expression is appended to repl_lst.
+ *  assigned symbol). The symbol and expression are appended to repl, for
+ *  a later application of subs().
  *  @see ex::normal */
-static ex replace_with_symbol(const ex &e, lst &sym_lst, lst &repl_lst)
+static ex replace_with_symbol(const ex & e, exmap & repl)
 {
-       // Expression already in repl_lst? Then return the assigned symbol
-       for (unsigned i=0; i<repl_lst.nops(); i++)
-               if (repl_lst.op(i).is_equal(e))
-                       return sym_lst.op(i);
+       // Expression already in repl? Then return the assigned symbol
+       for (exmap::const_iterator it = repl.begin(); it != repl.end(); ++it)
+               if (it->second.is_equal(e))
+                       return it->first;
        
        // Otherwise create new symbol and add to list, taking care that the
-       // replacement expression doesn't contain symbols from the sym_lst
+       // replacement expression doesn't itself contain symbols from repl,
        // because subs() is not recursive
-       symbol s;
-       ex es(s);
-       ex e_replaced = e.subs(sym_lst, repl_lst);
-       sym_lst.append(es);
-       repl_lst.append(e_replaced);
+       ex es = (new symbol)->setflag(status_flags::dynallocated);
+       ex e_replaced = e.subs(repl);
+       repl[es] = e_replaced;
        return es;
 }
 
 /** Create a symbol for replacing the expression "e" (or return a previously
  *  assigned symbol). An expression of the form "symbol == expression" is added
  *  to repl_lst and the symbol is returned.
- *  @see ex::to_rational */
-static ex replace_with_symbol(const ex &e, lst &repl_lst)
+ *  @see basic::to_rational
+ *  @see basic::to_polynomial */
+static ex replace_with_symbol(const ex & e, lst & repl_lst)
 {
        // Expression already in repl_lst? Then return the assigned symbol
-       for (unsigned i=0; i<repl_lst.nops(); i++)
-               if (repl_lst.op(i).op(1).is_equal(e))
-                       return repl_lst.op(i).op(0);
+       for (lst::const_iterator it = repl_lst.begin(); it != repl_lst.end(); ++it)
+               if (it->op(1).is_equal(e))
+                       return it->op(0);
        
        // Otherwise create new symbol and add to list, taking care that the
-       // replacement expression doesn't contain symbols from the sym_lst
+       // replacement expression doesn't itself contain symbols from the repl_lst,
        // because subs() is not recursive
-       symbol s;
-       ex es(s);
+       ex es = (new symbol)->setflag(status_flags::dynallocated);
        ex e_replaced = e.subs(repl_lst);
        repl_lst.append(es == e_replaced);
        return es;
@@ -1934,18 +1732,18 @@ struct normal_map_function : public map_function {
 /** Default implementation of ex::normal(). It normalizes the children and
  *  replaces the object with a temporary symbol.
  *  @see ex::normal */
-ex basic::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
+ex basic::normal(exmap & repl, int level) const
 {
        if (nops() == 0)
-               return (new lst(replace_with_symbol(*this, sym_lst, repl_lst), _ex1()))->setflag(status_flags::dynallocated);
+               return (new lst(replace_with_symbol(*this, repl), _ex1))->setflag(status_flags::dynallocated);
        else {
                if (level == 1)
-                       return (new lst(replace_with_symbol(*this, sym_lst, repl_lst), _ex1()))->setflag(status_flags::dynallocated);
+                       return (new lst(replace_with_symbol(*this, repl), _ex1))->setflag(status_flags::dynallocated);
                else if (level == -max_recursion_level)
                        throw(std::runtime_error("max recursion level reached"));
                else {
                        normal_map_function map_normal(level - 1);
-                       return (new lst(replace_with_symbol(map(map_normal), sym_lst, repl_lst), _ex1()))->setflag(status_flags::dynallocated);
+                       return (new lst(replace_with_symbol(map(map_normal), repl), _ex1))->setflag(status_flags::dynallocated);
                }
        }
 }
@@ -1953,9 +1751,9 @@ ex basic::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
 
 /** Implementation of ex::normal() for symbols. This returns the unmodified symbol.
  *  @see ex::normal */
-ex symbol::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
+ex symbol::normal(exmap & repl, int level) const
 {
-       return (new lst(*this, _ex1()))->setflag(status_flags::dynallocated);
+       return (new lst(*this, _ex1))->setflag(status_flags::dynallocated);
 }
 
 
@@ -1963,19 +1761,19 @@ ex symbol::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
  *  into re+I*im and replaces I and non-rational real numbers with a temporary
  *  symbol.
  *  @see ex::normal */
-ex numeric::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
+ex numeric::normal(exmap & repl, int level) const
 {
        numeric num = numer();
        ex numex = num;
 
        if (num.is_real()) {
                if (!num.is_integer())
-                       numex = replace_with_symbol(numex, sym_lst, repl_lst);
+                       numex = replace_with_symbol(numex, repl);
        } else { // complex
                numeric re = num.real(), im = num.imag();
-               ex re_ex = re.is_rational() ? re : replace_with_symbol(re, sym_lst, repl_lst);
-               ex im_ex = im.is_rational() ? im : replace_with_symbol(im, sym_lst, repl_lst);
-               numex = re_ex + im_ex * replace_with_symbol(I, sym_lst, repl_lst);
+               ex re_ex = re.is_rational() ? re : replace_with_symbol(re, repl);
+               ex im_ex = im.is_rational() ? im : replace_with_symbol(im, repl);
+               numex = re_ex + im_ex * replace_with_symbol(I, repl);
        }
 
        // Denominator is always a real integer (see numeric::denom())
@@ -1991,17 +1789,17 @@ static ex frac_cancel(const ex &n, const ex &d)
 {
        ex num = n;
        ex den = d;
-       numeric pre_factor = _num1();
+       numeric pre_factor = _num1;
 
 //std::clog << "frac_cancel num = " << num << ", den = " << den << std::endl;
 
        // Handle trivial case where denominator is 1
-       if (den.is_equal(_ex1()))
+       if (den.is_equal(_ex1))
                return (new lst(num, den))->setflag(status_flags::dynallocated);
 
        // Handle special cases where numerator or denominator is 0
        if (num.is_zero())
-               return (new lst(num, _ex1()))->setflag(status_flags::dynallocated);
+               return (new lst(num, _ex1))->setflag(status_flags::dynallocated);
        if (den.expand().is_zero())
                throw(std::overflow_error("frac_cancel: division by zero in frac_cancel"));
 
@@ -2015,19 +1813,26 @@ static ex frac_cancel(const ex &n, const ex &d)
 
        // Cancel GCD from numerator and denominator
        ex cnum, cden;
-       if (gcd(num, den, &cnum, &cden, false) != _ex1()) {
+       if (gcd(num, den, &cnum, &cden, false) != _ex1) {
                num = cnum;
                den = cden;
        }
 
        // Make denominator unit normal (i.e. coefficient of first symbol
        // as defined by get_first_symbol() is made positive)
-       const symbol *x;
-       if (get_first_symbol(den, x)) {
-               GINAC_ASSERT(is_ex_exactly_of_type(den.unit(*x),numeric));
-               if (ex_to<numeric>(den.unit(*x)).is_negative()) {
-                       num *= _ex_1();
-                       den *= _ex_1();
+       if (is_exactly_a<numeric>(den)) {
+               if (ex_to<numeric>(den).is_negative()) {
+                       num *= _ex_1;
+                       den *= _ex_1;
+               }
+       } else {
+               const symbol *x;
+               if (get_first_symbol(den, x)) {
+                       GINAC_ASSERT(is_exactly_a<numeric>(den.unit(*x)));
+                       if (ex_to<numeric>(den.unit(*x)).is_negative()) {
+                               num *= _ex_1;
+                               den *= _ex_1;
+                       }
                }
        }
 
@@ -2040,10 +1845,10 @@ static ex frac_cancel(const ex &n, const ex &d)
 /** Implementation of ex::normal() for a sum. It expands terms and performs
  *  fractional addition.
  *  @see ex::normal */
-ex add::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
+ex add::normal(exmap & repl, int level) const
 {
        if (level == 1)
-               return (new lst(replace_with_symbol(*this, sym_lst, repl_lst), _ex1()))->setflag(status_flags::dynallocated);
+               return (new lst(replace_with_symbol(*this, repl), _ex1))->setflag(status_flags::dynallocated);
        else if (level == -max_recursion_level)
                throw(std::runtime_error("max recursion level reached"));
 
@@ -2053,12 +1858,12 @@ ex add::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
        dens.reserve(seq.size()+1);
        epvector::const_iterator it = seq.begin(), itend = seq.end();
        while (it != itend) {
-               ex n = recombine_pair_to_ex(*it).bp->normal(sym_lst, repl_lst, level-1);
+               ex n = ex_to<basic>(recombine_pair_to_ex(*it)).normal(repl, level-1);
                nums.push_back(n.op(0));
                dens.push_back(n.op(1));
                it++;
        }
-       ex n = overall_coeff.bp->normal(sym_lst, repl_lst, level-1);
+       ex n = ex_to<numeric>(overall_coeff).normal(repl, level-1);
        nums.push_back(n.op(0));
        dens.push_back(n.op(1));
        GINAC_ASSERT(nums.size() == dens.size());
@@ -2099,10 +1904,10 @@ ex add::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
 /** Implementation of ex::normal() for a product. It cancels common factors
  *  from fractions.
  *  @see ex::normal() */
-ex mul::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
+ex mul::normal(exmap & repl, int level) const
 {
        if (level == 1)
-               return (new lst(replace_with_symbol(*this, sym_lst, repl_lst), _ex1()))->setflag(status_flags::dynallocated);
+               return (new lst(replace_with_symbol(*this, repl), _ex1))->setflag(status_flags::dynallocated);
        else if (level == -max_recursion_level)
                throw(std::runtime_error("max recursion level reached"));
 
@@ -2112,12 +1917,12 @@ ex mul::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
        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);
+               n = ex_to<basic>(recombine_pair_to_ex(*it)).normal(repl, level-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);
+       n = ex_to<numeric>(overall_coeff).normal(repl, level-1);
        num.push_back(n.op(0));
        den.push_back(n.op(1));
 
@@ -2131,16 +1936,16 @@ ex mul::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
  *  distributes integer exponents to numerator and denominator, and replaces
  *  non-integer powers by temporary symbols.
  *  @see ex::normal */
-ex power::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
+ex power::normal(exmap & repl, int level) const
 {
        if (level == 1)
-               return (new lst(replace_with_symbol(*this, sym_lst, repl_lst), _ex1()))->setflag(status_flags::dynallocated);
+               return (new lst(replace_with_symbol(*this, repl), _ex1))->setflag(status_flags::dynallocated);
        else if (level == -max_recursion_level)
                throw(std::runtime_error("max recursion level reached"));
 
        // Normalize basis and exponent (exponent gets reassembled)
-       ex n_basis = basis.bp->normal(sym_lst, repl_lst, level-1);
-       ex n_exponent = exponent.bp->normal(sym_lst, repl_lst, level-1);
+       ex n_basis = ex_to<basic>(basis).normal(repl, level-1);
+       ex n_exponent = ex_to<basic>(exponent).normal(repl, level-1);
        n_exponent = n_exponent.op(0) / n_exponent.op(1);
 
        if (n_exponent.info(info_flags::integer)) {
@@ -2161,43 +1966,43 @@ ex power::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
                if (n_exponent.info(info_flags::positive)) {
 
                        // (a/b)^x -> {sym((a/b)^x), 1}
-                       return (new lst(replace_with_symbol(power(n_basis.op(0) / n_basis.op(1), n_exponent), sym_lst, repl_lst), _ex1()))->setflag(status_flags::dynallocated);
+                       return (new lst(replace_with_symbol(power(n_basis.op(0) / n_basis.op(1), n_exponent), repl), _ex1))->setflag(status_flags::dynallocated);
 
                } else if (n_exponent.info(info_flags::negative)) {
 
-                       if (n_basis.op(1).is_equal(_ex1())) {
+                       if (n_basis.op(1).is_equal(_ex1)) {
 
                                // a^-x -> {1, sym(a^x)}
-                               return (new lst(_ex1(), replace_with_symbol(power(n_basis.op(0), -n_exponent), sym_lst, repl_lst)))->setflag(status_flags::dynallocated);
+                               return (new lst(_ex1, replace_with_symbol(power(n_basis.op(0), -n_exponent), repl)))->setflag(status_flags::dynallocated);
 
                        } else {
 
                                // (a/b)^-x -> {sym((b/a)^x), 1}
-                               return (new lst(replace_with_symbol(power(n_basis.op(1) / n_basis.op(0), -n_exponent), sym_lst, repl_lst), _ex1()))->setflag(status_flags::dynallocated);
+                               return (new lst(replace_with_symbol(power(n_basis.op(1) / n_basis.op(0), -n_exponent), repl), _ex1))->setflag(status_flags::dynallocated);
                        }
-
-               } else {        // n_exponent not numeric
-
-                       // (a/b)^x -> {sym((a/b)^x, 1}
-                       return (new lst(replace_with_symbol(power(n_basis.op(0) / n_basis.op(1), n_exponent), sym_lst, repl_lst), _ex1()))->setflag(status_flags::dynallocated);
                }
        }
+
+       // (a/b)^x -> {sym((a/b)^x, 1}
+       return (new lst(replace_with_symbol(power(n_basis.op(0) / n_basis.op(1), n_exponent), repl), _ex1))->setflag(status_flags::dynallocated);
 }
 
 
 /** Implementation of ex::normal() for pseries. It normalizes each coefficient
  *  and replaces the series by a temporary symbol.
  *  @see ex::normal */
-ex pseries::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
+ex pseries::normal(exmap & repl, 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);
+       return (new lst(replace_with_symbol(n, repl), _ex1))->setflag(status_flags::dynallocated);
 }
 
 
@@ -2215,14 +2020,14 @@ ex pseries::normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level) const
  *  @return normalized expression */
 ex ex::normal(int level) const
 {
-       lst sym_lst, repl_lst;
+       exmap repl;
 
-       ex e = bp->normal(sym_lst, repl_lst, level);
-       GINAC_ASSERT(is_ex_of_type(e, lst));
+       ex e = bp->normal(repl, level);
+       GINAC_ASSERT(is_a<lst>(e));
 
        // Re-insert replaced symbols
-       if (sym_lst.nops() > 0)
-               e = e.subs(sym_lst, repl_lst);
+       if (!repl.empty())
+               e = e.subs(repl);
 
        // Convert {numerator, denominator} form back to fraction
        return e.op(0) / e.op(1);
@@ -2234,18 +2039,18 @@ ex ex::normal(int level) const
  *
  *  @see ex::normal
  *  @return numerator */
-ex ex::numer(void) const
+ex ex::numer() const
 {
-       lst sym_lst, repl_lst;
+       exmap repl;
 
-       ex e = bp->normal(sym_lst, repl_lst, 0);
-       GINAC_ASSERT(is_ex_of_type(e, lst));
+       ex e = bp->normal(repl, 0);
+       GINAC_ASSERT(is_a<lst>(e));
 
        // Re-insert replaced symbols
-       if (sym_lst.nops() > 0)
-               return e.op(0).subs(sym_lst, repl_lst);
-       else
+       if (repl.empty())
                return e.op(0);
+       else
+               return e.op(0).subs(repl);
 }
 
 /** Get denominator of an expression. If the expression is not of the normal
@@ -2254,18 +2059,18 @@ ex ex::numer(void) const
  *
  *  @see ex::normal
  *  @return denominator */
-ex ex::denom(void) const
+ex ex::denom() const
 {
-       lst sym_lst, repl_lst;
+       exmap repl;
 
-       ex e = bp->normal(sym_lst, repl_lst, 0);
-       GINAC_ASSERT(is_ex_of_type(e, lst));
+       ex e = bp->normal(repl, 0);
+       GINAC_ASSERT(is_a<lst>(e));
 
        // Re-insert replaced symbols
-       if (sym_lst.nops() > 0)
-               return e.op(1).subs(sym_lst, repl_lst);
-       else
+       if (repl.empty())
                return e.op(1);
+       else
+               return e.op(1).subs(repl);
 }
 
 /** Get numerator and denominator of an expression. If the expresison is not
@@ -2274,43 +2079,77 @@ ex ex::denom(void) const
  *
  *  @see ex::normal
  *  @return a list [numerator, denominator] */
-ex ex::numer_denom(void) const
+ex ex::numer_denom() const
 {
-       lst sym_lst, repl_lst;
+       exmap repl;
 
-       ex e = bp->normal(sym_lst, repl_lst, 0);
-       GINAC_ASSERT(is_ex_of_type(e, lst));
+       ex e = bp->normal(repl, 0);
+       GINAC_ASSERT(is_a<lst>(e));
 
        // Re-insert replaced symbols
-       if (sym_lst.nops() > 0)
-               return e.subs(sym_lst, repl_lst);
-       else
+       if (repl.empty())
                return e;
+       else
+               return e.subs(repl);
+}
+
+
+/** Rationalization of non-rational functions.
+ *  This function converts a general expression to a rational function
+ *  by replacing all non-rational subexpressions (like non-rational numbers,
+ *  non-integer powers or functions like sin(), cos() etc.) to temporary
+ *  symbols. This makes it possible to use functions like gcd() and divide()
+ *  on non-rational functions by applying to_rational() on the arguments,
+ *  calling the desired function and re-substituting the temporary symbols
+ *  in the result. To make the last step possible, all temporary symbols and
+ *  their associated expressions are collected in the list specified by the
+ *  repl_lst parameter in the form {symbol == expression}, ready to be passed
+ *  as an argument to ex::subs().
+ *
+ *  @param repl_lst collects a list of all temporary symbols and their replacements
+ *  @return rationalized expression */
+ex ex::to_rational(lst &repl_lst) const
+{
+       return bp->to_rational(repl_lst);
 }
 
+ex ex::to_polynomial(lst &repl_lst) const
+{
+       return bp->to_polynomial(repl_lst);
+}
 
-/** Default implementation of ex::to_rational(). It replaces the object with a
- *  temporary symbol.
- *  @see ex::to_rational */
+
+/** Default implementation of ex::to_rational(). This replaces the object with
+ *  a temporary symbol. */
 ex basic::to_rational(lst &repl_lst) const
 {
        return replace_with_symbol(*this, repl_lst);
 }
 
+ex basic::to_polynomial(lst &repl_lst) const
+{
+       return replace_with_symbol(*this, repl_lst);
+}
+
 
 /** Implementation of ex::to_rational() for symbols. This returns the
- *  unmodified symbol.
- *  @see ex::to_rational */
+ *  unmodified symbol. */
 ex symbol::to_rational(lst &repl_lst) const
 {
        return *this;
 }
 
+/** Implementation of ex::to_polynomial() for symbols. This returns the
+ *  unmodified symbol. */
+ex symbol::to_polynomial(lst &repl_lst) const
+{
+       return *this;
+}
+
 
 /** Implementation of ex::to_rational() for a numeric. It splits complex
  *  numbers into re+I*im and replaces I and non-rational real numbers with a
- *  temporary symbol.
- *  @see ex::to_rational */
+ *  temporary symbol. */
 ex numeric::to_rational(lst &repl_lst) const
 {
        if (is_real()) {
@@ -2326,10 +2165,27 @@ ex numeric::to_rational(lst &repl_lst) const
        return *this;
 }
 
+/** Implementation of ex::to_polynomial() for a numeric. It splits complex
+ *  numbers into re+I*im and replaces I and non-integer real numbers with a
+ *  temporary symbol. */
+ex numeric::to_polynomial(lst &repl_lst) const
+{
+       if (is_real()) {
+               if (!is_integer())
+                       return replace_with_symbol(*this, repl_lst);
+       } else { // complex
+               numeric re = real();
+               numeric im = imag();
+               ex re_ex = re.is_integer() ? re : replace_with_symbol(re, repl_lst);
+               ex im_ex = im.is_integer() ? im : replace_with_symbol(im, repl_lst);
+               return re_ex + im_ex * replace_with_symbol(I, repl_lst);
+       }
+       return *this;
+}
+
 
 /** Implementation of ex::to_rational() for powers. It replaces non-integer
- *  powers by temporary symbols.
- *  @see ex::to_rational */
+ *  powers by temporary symbols. */
 ex power::to_rational(lst &repl_lst) const
 {
        if (exponent.info(info_flags::integer))
@@ -2338,42 +2194,149 @@ ex power::to_rational(lst &repl_lst) const
                return replace_with_symbol(*this, repl_lst);
 }
 
+/** Implementation of ex::to_polynomial() for powers. It replaces non-posint
+ *  powers by temporary symbols. */
+ex power::to_polynomial(lst &repl_lst) const
+{
+       if (exponent.info(info_flags::posint))
+               return power(basis.to_rational(repl_lst), exponent);
+       else
+               return replace_with_symbol(*this, repl_lst);
+}
+
 
-/** Implementation of ex::to_rational() for expairseqs.
- *  @see ex::to_rational */
+/** Implementation of ex::to_rational() for expairseqs. */
 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());
 }
 
+/** Implementation of ex::to_polynomial() for expairseqs. */
+ex expairseq::to_polynomial(lst &repl_lst) const
+{
+       epvector s;
+       s.reserve(seq.size());
+       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_polynomial(repl_lst)));
+               ++i;
+       }
+       ex oc = overall_coeff.to_polynomial(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));
+       return thisexpairseq(s, default_overall_coeff());
+}
 
-/** Rationalization of non-rational functions.
- *  This function converts a general expression to a rational polynomial
- *  by replacing all non-rational subexpressions (like non-rational numbers,
- *  non-integer powers or functions like sin(), cos() etc.) to temporary
- *  symbols. This makes it possible to use functions like gcd() and divide()
- *  on non-rational functions by applying to_rational() on the arguments,
- *  calling the desired function and re-substituting the temporary symbols
- *  in the result. To make the last step possible, all temporary symbols and
- *  their associated expressions are collected in the list specified by the
- *  repl_lst parameter in the form {symbol == expression}, ready to be passed
- *  as an argument to ex::subs().
- *
- *  @param repl_lst collects a list of all temporary symbols and their replacements
- *  @return rationalized expression */
-ex ex::to_rational(lst &repl_lst) const
+
+/** Remove the common factor in the terms of a sum 'e' by calculating the GCD,
+ *  and multiply it into the expression 'factor' (which needs to be initialized
+ *  to 1, unless you're accumulating factors). */
+static ex find_common_factor(const ex & e, ex & factor, lst & repl)
 {
-       return bp->to_rational(repl_lst);
+       if (is_exactly_a<add>(e)) {
+
+               size_t num = e.nops();
+               exvector terms; terms.reserve(num);
+               ex gc;
+
+               // Find the common GCD
+               for (size_t i=0; i<num; i++) {
+                       ex x = e.op(i).to_polynomial(repl);
+
+                       if (is_exactly_a<add>(x) || is_exactly_a<mul>(x)) {
+                               ex f = 1;
+                               x = find_common_factor(x, f, repl);
+                               x *= f;
+                       }
+
+                       if (i == 0)
+                               gc = x;
+                       else
+                               gc = gcd(gc, x);
+
+                       terms.push_back(x);
+               }
+
+               if (gc.is_equal(_ex1))
+                       return e;
+
+               // The GCD is the factor we pull out
+               factor *= gc;
+
+               // Now divide all terms by the GCD
+               for (size_t i=0; i<num; i++) {
+                       ex x;
+
+                       // Try to avoid divide() because it expands the polynomial
+                       ex &t = terms[i];
+                       if (is_exactly_a<mul>(t)) {
+                               for (size_t j=0; j<t.nops(); j++) {
+                                       if (t.op(j).is_equal(gc)) {
+                                               exvector v; v.reserve(t.nops());
+                                               for (size_t k=0; k<t.nops(); k++) {
+                                                       if (k == j)
+                                                               v.push_back(_ex1);
+                                                       else
+                                                               v.push_back(t.op(k));
+                                               }
+                                               t = (new mul(v))->setflag(status_flags::dynallocated);
+                                               goto term_done;
+                                       }
+                               }
+                       }
+
+                       divide(t, gc, x);
+                       t = x;
+term_done:     ;
+               }
+               return (new add(terms))->setflag(status_flags::dynallocated);
+
+       } else if (is_exactly_a<mul>(e)) {
+
+               size_t num = e.nops();
+               exvector v; v.reserve(num);
+
+               for (size_t i=0; i<num; i++)
+                       v.push_back(find_common_factor(e.op(i), factor, repl));
+
+               return (new mul(v))->setflag(status_flags::dynallocated);
+
+       } else if (is_exactly_a<power>(e)) {
+
+               return e.to_polynomial(repl);
+
+       } else
+               return e;
+}
+
+
+/** Collect common factors in sums. This converts expressions like
+ *  'a*(b*x+b*y)' to 'a*b*(x+y)'. */
+ex collect_common_factors(const ex & e)
+{
+       if (is_exactly_a<add>(e) || is_exactly_a<mul>(e)) {
+
+               lst repl;
+               ex factor = 1;
+               ex r = find_common_factor(e, factor, repl);
+               return factor.subs(repl) * r.subs(repl);
+
+       } else
+               return e;
 }