source: git/factory/cfNewtonPolygon.cc @ ae8a3a

fieker-DuValspielwiese
Last change on this file since ae8a3a was baa2c3a, checked in by Martin Lee <martinlee84@…>, 10 years ago
chg: moved hasFirstAlgVar from cfGcdAlgExt to cf_ops
  • Property mode set to 100644
File size: 31.5 KB
Line 
1/*****************************************************************************\
2 * Computer Algebra System SINGULAR
3\*****************************************************************************/
4/** @file cfNewtonPolygon.cc
5 *
6 * This file provides functions to compute the Newton polygon of a bivariate
7 * polynomial
8 *
9 * @author Martin Lee
10 *
11 **/
12/*****************************************************************************/
13
14
15#include "config.h"
16
17
18#include "cf_assert.h"
19
20#include <stdlib.h>
21
22#include "canonicalform.h"
23#include "cf_iter.h"
24#include "cf_algorithm.h"
25#include "cf_primes.h"
26#include "cf_reval.h"
27#include "cf_factory.h"
28#include "gfops.h"
29#include "cfNewtonPolygon.h"
30#include "templates/ftmpl_functions.h"
31
32static
33void translate (int** points, int* point, int sizePoints) //make point to 0
34{
35  for (int i= 0; i < sizePoints; i++)
36  {
37    points[i] [0] -= point [0];
38    points[i] [1] -= point [1];
39  }
40}
41
42static
43int smallestPointIndex (int** points, int sizePoints)
44{
45  int min= 0;
46  for (int i= 1; i < sizePoints; i++)
47  {
48    if (points[i][0] < points[min][0] ||
49        (points[i] [0] == points[min] [0] && points[i] [1] < points[min] [1]))
50      min= i;
51  }
52  return min;
53}
54
55static
56void swap (int** points, int i, int j)
57{
58  int* tmp= points[i];
59  points[i]= points[j];
60  points[j]= tmp;
61}
62
63static
64bool isLess (int* point1, int* point2)
65{
66  long area= point1[0]*point2[1]- point1[1]*point2[0];
67  if (area > 0) return true;
68  if (area == 0)
69  {
70    return (abs (point1[0]) + abs (point1[1]) >
71            abs (point2[0]) + abs (point2[1]));
72  }
73  return false;
74}
75
76static
77void quickSort (int lo, int hi, int** points)
78{
79  int i= lo, j= hi;
80  int* point= new int [2];
81  point [0]= points [(lo+hi)/2] [0];
82  point [1]= points [(lo+hi)/2] [1];
83  while (i <= j)
84  {
85    while (isLess (points [i], point) && i < hi) i++;
86    while (isLess (point, points[j]) && j > lo) j--;
87    if (i <= j)
88    {
89      swap (points, i, j);
90      i++;
91      j--;
92    }
93  }
94  delete [] point;
95  if (lo < j) quickSort (lo, j, points);
96  if (i < hi) quickSort (i, hi, points);
97}
98
99static
100void sort (int** points, int sizePoints)
101{
102  quickSort (1, sizePoints - 1, points);
103}
104
105// check whether p2 is convex
106static
107bool isConvex (int* point1, int* point2, int* point3)
108{
109  long relArea= (point1[0] - point2[0])*(point3[1] - point2[1]) -
110                (point1[1] - point2[1])*(point3[0] - point2[0]);
111  if (relArea < 0)
112    return true;
113  if (relArea == 0)
114  {
115    return !(abs (point1[0] - point3[0]) + abs (point1[1] - point3[1]) >=
116             (abs (point2[0] - point1[0]) + abs (point2[1] - point1[1]) +
117             abs (point2[0] - point3[0]) + abs (point2[1] - point3[1])));
118  }
119  return false;
120}
121
122static
123bool isConvex (int** points, int i)
124{
125  return isConvex (points[i - 1], points [i], points [i + 1]);
126}
127
128int grahamScan (int** points, int sizePoints)
129{
130  swap (points, 0, smallestPointIndex (points, sizePoints));
131  int * minusPoint= new int [2];
132  minusPoint [0]= points[0] [0];
133  minusPoint [1]= points[0] [1];
134  translate (points, minusPoint, sizePoints);
135  sort (points, sizePoints);
136  minusPoint[0]= - minusPoint[0];
137  minusPoint[1]= - minusPoint[1];
138  translate (points, minusPoint, sizePoints); //reverse translation
139  delete [] minusPoint;
140  int i= 3, k= 3;
141  while (k < sizePoints)
142  {
143    swap (points, i, k);
144    while (!isConvex (points, i - 1))
145    {
146      swap (points, i - 1, i);
147      i--;
148    }
149    k++;
150    i++;
151  }
152  if (i + 1 <= sizePoints || i == sizePoints)
153  {
154    long relArea=
155    (points [i-2][0] - points [i-1][0])*(points [0][1] - points [i-1][1])-
156    (points [i-2][1] - points [i-1][1])*(points [0][0] - points [i-1][0]);
157    if (relArea == 0)
158    {
159      if (abs (points [i-2][0] - points [0][0]) +
160          abs (points [i-2][1] - points [0][1]) >=
161          abs (points [i-1][0] - points [i-2][0]) +
162          abs (points [i-1][1] - points [i-2][1]) +
163          abs (points [i-1][0] - points [0][0]) +
164          abs (points [i-1][1] - points [0][1]))
165          i--;
166    }
167  }
168  return i;
169}
170
171//points[i] [0] is x-coordinate, points [i] [1] is y-coordinate
172int polygon (int** points, int sizePoints)
173{
174  if (sizePoints < 3) return sizePoints;
175  return grahamScan (points, sizePoints);
176}
177
178static
179int* getDegrees (const CanonicalForm& F, int& sizeOfOutput)
180{
181  if (F.inCoeffDomain())
182  {
183    int* result= new int [1];
184    result [0]= 0;
185    sizeOfOutput= 1;
186    return result;
187  }
188  sizeOfOutput= size (F);
189  int* result= new int [sizeOfOutput];
190  int j= 0;
191  for (CFIterator i= F; i.hasTerms(); i++, j++)
192    result [j]= i.exp();
193  return result;
194}
195
196//get points in Z^2 whose convex hull is the Newton polygon
197int ** getPoints (const CanonicalForm& F, int& n)
198{
199  n= size (F);
200  int ** points= new int* [n];
201  for (int i= 0; i < n; i++)
202    points [i]= new int [2];
203
204  int j= 0;
205  int * buf;
206  int bufSize;
207  if (F.isUnivariate() && F.level() == 1)
208  {
209    for (CFIterator i= F; i.hasTerms(); i++, j++)
210    {
211      points [j] [0]= i.exp();
212      points [j] [1]= 0;
213    }
214    return points;
215  }
216  for (CFIterator i= F; i.hasTerms(); i++)
217  {
218    buf= getDegrees (i.coeff(), bufSize);
219    for (int k= 0; k < bufSize; k++, j++)
220    {
221      points [j] [0]= i.exp();
222      points [j] [1]= buf [k];
223    }
224    delete [] buf;
225  }
226  return points;
227}
228
229int **
230merge (int ** points1, int sizePoints1, int ** points2, int sizePoints2,
231       int& sizeResult)
232{
233  int i, j;
234  sizeResult= sizePoints1+sizePoints2;
235  for (i= 0; i < sizePoints1; i++)
236  {
237    for (j= 0; j < sizePoints2; j++)
238    {
239      if (points1[i][0] != points2[j][0])
240        continue;
241      else
242      {
243        if (points1[i][1] != points2[j][1])
244          continue;
245        else
246        {
247          points2[j][0]= -1;
248          points2[j][1]= -1;
249          sizeResult--;
250        }
251      }
252    }
253  }
254  if (sizeResult == 0)
255    return points1;
256
257  int ** result= new int *[sizeResult];
258  for (i= 0; i < sizeResult; i++)
259    result [i]= new int [2];
260
261  int k= 0;
262  for (i= 0; i < sizePoints1; i++, k++)
263  {
264    result[k][0]= points1[i][0];
265    result[k][1]= points1[i][1];
266  }
267  for (i= 0; i < sizePoints2; i++)
268  {
269    if (points2[i][0] < 0)
270      continue;
271    else
272    {
273      result[k][0]= points2[i][0];
274      result[k][1]= points2[i][1];
275      k++;
276    }
277  }
278  return result;
279}
280
281// assumes a bivariate poly as input
282int ** newtonPolygon (const CanonicalForm& F, int& sizeOfNewtonPoly)
283{
284  int sizeF= size (F);
285  int ** points= new int* [sizeF];
286  for (int i= 0; i < sizeF; i++)
287    points [i]= new int [2];
288  int j= 0;
289  int * buf;
290  int bufSize;
291  for (CFIterator i= F; i.hasTerms(); i++)
292  {
293    buf= getDegrees (i.coeff(), bufSize);
294    for (int k= 0; k < bufSize; k++, j++)
295    {
296      points [j] [0]= i.exp();
297      points [j] [1]= buf [k];
298    }
299    delete [] buf;
300  }
301
302  int n= polygon (points, sizeF);
303
304  int ** result= new int* [n];
305  for (int i= 0; i < n; i++)
306  {
307    result [i]= new int [2];
308    result [i] [0]= points [i] [0];
309    result [i] [1]= points [i] [1];
310  }
311
312  sizeOfNewtonPoly= n;
313  for (int i= 0; i < sizeF; i++)
314    delete [] points[i];
315  delete [] points;
316
317  return result;
318}
319
320// assumes a bivariate polys as input
321int ** newtonPolygon (const CanonicalForm& F, const CanonicalForm& G,
322                      int& sizeOfNewtonPoly)
323{
324  int sizeF= size (F);
325  int ** pointsF= new int* [sizeF];
326  for (int i= 0; i < sizeF; i++)
327    pointsF [i]= new int [2];
328  int j= 0;
329  int * buf;
330  int bufSize;
331  for (CFIterator i= F; i.hasTerms(); i++)
332  {
333    buf= getDegrees (i.coeff(), bufSize);
334    for (int k= 0; k < bufSize; k++, j++)
335    {
336      pointsF [j] [0]= i.exp();
337      pointsF [j] [1]= buf [k];
338    }
339    delete [] buf;
340  }
341
342  int sizeG= size (G);
343  int ** pointsG= new int* [sizeG];
344  for (int i= 0; i < sizeG; i++)
345    pointsG [i]= new int [2];
346  j= 0;
347  for (CFIterator i= G; i.hasTerms(); i++)
348  {
349    buf= getDegrees (i.coeff(), bufSize);
350    for (int k= 0; k < bufSize; k++, j++)
351    {
352      pointsG [j] [0]= i.exp();
353      pointsG [j] [1]= buf [k];
354    }
355    delete [] buf;
356  }
357
358  int sizePoints;
359  int ** points= merge (pointsF, sizeF, pointsG, sizeG, sizePoints);
360
361  int n= polygon (points, sizePoints);
362
363  int ** result= new int* [n];
364  for (int i= 0; i < n; i++)
365  {
366    result [i]= new int [2];
367    result [i] [0]= points [i] [0];
368    result [i] [1]= points [i] [1];
369  }
370
371  sizeOfNewtonPoly= n;
372  for (int i= 0; i < sizeF; i++)
373    delete [] pointsF[i];
374  delete [] pointsF;
375  for (int i= 0; i < sizeG; i++)
376    delete [] pointsG[i];
377  delete [] pointsG;
378
379  return result;
380}
381
382// assumes first sizePoints entries of points form a Newton polygon
383bool isInPolygon (int ** points, int sizePoints, int* point)
384{
385  int ** buf= new int* [sizePoints + 1];
386  for (int i= 0; i < sizePoints; i++)
387  {
388    buf [i]= new int [2];
389    buf [i] [0]= points [i] [0];
390    buf [i] [1]= points [i] [1];
391  }
392  buf [sizePoints]= new int [2];
393  buf [sizePoints] [0]= point [0];
394  buf [sizePoints] [1]= point [1];
395  int sizeBuf= sizePoints + 1;
396
397  swap (buf, 0, smallestPointIndex (buf, sizeBuf));
398  int * minusPoint= new int [2];
399  minusPoint [0]= buf[0] [0];
400  minusPoint [1]= buf[0] [1];
401  translate (buf, minusPoint, sizeBuf);
402  sort (buf, sizeBuf);
403  minusPoint[0]= - minusPoint[0];
404  minusPoint[1]= - minusPoint[1];
405  translate (buf, minusPoint, sizeBuf); //reverse translation
406  delete [] minusPoint;
407
408  if (buf [0] [0] == point [0] && buf [0] [1] == point [1])
409  {
410    for (int i= 0; i < sizeBuf; i++)
411      delete [] buf[i];
412    delete [] buf;
413    return false;
414  }
415
416  for (int i= 1; i < sizeBuf-1; i++)
417  {
418    if (buf [i] [0] == point [0] && buf [i] [1] == point [1])
419    {
420      bool result= !isConvex (buf, i);
421      for (int i= 0; i < sizeBuf; i++)
422        delete [] buf [i];
423      delete [] buf;
424      return result;
425    }
426  }
427
428  if (buf [sizeBuf - 1] [0] == point [0] && buf [sizeBuf-1] [1] == point [1])
429  {
430    buf [1] [0]= point [0];
431    buf [1] [1]= point [1];
432    buf [2] [0]= buf [0] [0];
433    buf [2] [1]= buf [0] [1];
434    buf [0] [0]= buf [sizeBuf-2] [0];
435    buf [0] [1]= buf [sizeBuf-2] [1];
436    bool result= !isConvex (buf, 1);
437    for (int i= 0; i < sizeBuf; i++)
438      delete [] buf [i];
439    delete [] buf;
440    return result;
441  }
442  for (int i= 0; i < sizeBuf; i++)
443    delete [] buf [i];
444  delete [] buf;
445
446  return false;
447}
448
449void lambda (int** points, int sizePoints)
450{
451  for (int i= 0; i < sizePoints; i++)
452    points [i] [1]= points [i] [1] - points [i] [0];
453}
454
455void lambdaInverse (int** points, int sizePoints)
456{
457  for (int i= 0; i < sizePoints; i++)
458    points [i] [1]= points [i] [1] + points [i] [0];
459}
460
461void tau (int** points, int sizePoints, int k)
462{
463  for (int i= 0; i < sizePoints; i++)
464    points [i] [1]= points [i] [1] + k;
465}
466
467void mu (int** points, int sizePoints)
468{
469  int tmp;
470  for (int i= 0; i < sizePoints; i++)
471  {
472    tmp= points [i] [0];
473    points [i] [0]= points [i] [1];
474    points [i] [1]= tmp;
475  }
476}
477
478void getMaxMin (int** points, int sizePoints, int& minDiff, int& minSum,
479                int& maxDiff, int& maxSum, int& maxX, int& maxY
480               )
481{
482  minDiff= points [0] [1] - points [0] [0];
483  minSum= points [0] [1] + points [0] [0];
484  maxDiff= points [0] [1] - points [0] [0];
485  maxSum= points [0] [1] + points [0] [0];
486  maxX= points [0] [1];
487  maxY= points [0] [0];
488  int diff, sum;
489  for (int i= 1; i < sizePoints; i++)
490  {
491    diff= points [i] [1] - points [i] [0];
492    sum= points [i] [1] + points [i] [0];
493    minDiff= tmin (minDiff, diff);
494    minSum= tmin (minSum, sum);
495    maxDiff= tmax (maxDiff, diff);
496    maxSum= tmax (maxSum, sum);
497    maxX= tmax (maxX, points [i] [1]);
498    maxY= tmax (maxY, points [i] [0]);
499  }
500}
501
502void mpz_mat_mul (const mpz_t* N, mpz_t*& M)
503{
504  mpz_t * tmp= new mpz_t[4];
505
506  mpz_init_set (tmp[0], N[0]);
507  mpz_mul (tmp[0], tmp[0], M[0]);
508  mpz_addmul (tmp[0], N[1], M[2]);
509
510  mpz_init_set (tmp[1], N[0]);
511  mpz_mul (tmp[1], tmp[1], M[1]);
512  mpz_addmul (tmp[1], N[1], M[3]);
513
514  mpz_init_set (tmp[2], N[2]);
515  mpz_mul (tmp[2], tmp[2], M[0]);
516  mpz_addmul (tmp[2], N[3], M[2]);
517
518  mpz_init_set (tmp[3], N[2]);
519  mpz_mul (tmp[3], tmp[3], M[1]);
520  mpz_addmul (tmp[3], N[3], M[3]);
521
522  mpz_set (M[0], tmp[0]);
523  mpz_set (M[1], tmp[1]);
524  mpz_set (M[2], tmp[2]);
525  mpz_set (M[3], tmp[3]);
526
527  mpz_clear (tmp[0]);
528  mpz_clear (tmp[1]);
529  mpz_clear (tmp[2]);
530  mpz_clear (tmp[3]);
531
532  delete [] tmp;
533}
534
535void mpz_mat_inv (mpz_t*& M)
536{
537  mpz_t det;
538  mpz_init_set (det, M[0]);
539  mpz_mul (det, det, M[3]);
540  mpz_submul (det, M[1], M[2]);
541
542  mpz_t tmp;
543  mpz_init_set (tmp, M[0]);
544  mpz_divexact (tmp, tmp, det);
545  mpz_set (M[0], M[3]);
546  mpz_divexact (M[0], M[0], det);
547  mpz_set (M[3], tmp);
548
549  mpz_neg (M[1], M[1]);
550  mpz_divexact (M[1], M[1], det);
551  mpz_neg (M[2], M[2]);
552  mpz_divexact (M[2], M[2], det);
553
554  mpz_clear (det);
555  mpz_clear (tmp);
556}
557
558void convexDense(int** points, int sizePoints, mpz_t*& M, mpz_t*& A)
559{
560  if (sizePoints < 3)
561  {
562    if (sizePoints == 2)
563    {
564      mpz_t u,v,g,maxX,maxY;
565      mpz_init (u);
566      mpz_init (v);
567      mpz_init (g);
568      mpz_init_set_si (maxX,
569                       (points[1][1] < points[0][1])?points[0][1]:points[1][1]);
570      mpz_init_set_si (maxY,
571                       (points[1][0] < points[0][0])?points[0][0]:points[1][0]);
572      mpz_gcdext (g, u, v, maxX, maxY);
573      if (points [0] [1] != points [0] [0] && points [1] [0] != points [1] [1])
574      {
575        mpz_set (A[0], u);
576        mpz_mul (A[0], A[0], maxX);
577        mpz_set (M[2], maxY);
578        mpz_divexact (M[2], M[2], g);
579        mpz_set (A[1], M[2]);
580        mpz_neg (A[1], A[1]);
581        mpz_mul (A[1], A[1], maxX);
582        mpz_neg (u, u);
583        mpz_set (M[0], u);
584        mpz_set (M[1], v);
585        mpz_set (M[3], maxX);
586        mpz_divexact (M[3], M[3], g);
587      }
588      else
589      {
590        mpz_set (M[0], u);
591        mpz_set (M[1], v);
592        mpz_set (M[2], maxY);
593        mpz_divexact (M[2], M[2], g);
594        mpz_neg (M[2], M[2]);
595        mpz_set (M[3], maxX);
596        mpz_divexact (M[3], M[3], g);
597      }
598      mpz_clear (u);
599      mpz_clear (v);
600      mpz_clear (g);
601      mpz_clear (maxX);
602      mpz_clear (maxY);
603    }
604    else if (sizePoints == 1)
605    {
606      mpz_set_si (M[0], 1);
607      mpz_set_si (M[3], 1);
608    }
609    return;
610  }
611  mpz_set_si (M[0], 1);
612  mpz_set_si (M[3], 1);
613
614  mpz_t * Mu= new mpz_t[4];
615  mpz_init_set_si (Mu[1], 1);
616  mpz_init_set_si (Mu[2], 1);
617  mpz_init (Mu[0]);
618  mpz_init (Mu[3]);
619
620  mpz_t * Lambda= new mpz_t[4];
621  mpz_init_set_si (Lambda[0], 1);
622  mpz_init_set_si (Lambda[1], -1);
623  mpz_init_set_si (Lambda[3], 1);
624  mpz_init (Lambda[2]);
625
626  mpz_t * InverseLambda= new mpz_t[4];
627  mpz_init_set_si (InverseLambda[0], 1);
628  mpz_init_set_si (InverseLambda[1], 1);
629  mpz_init_set_si (InverseLambda[3], 1);
630  mpz_init (InverseLambda[2]);
631
632  mpz_t tmp;
633  mpz_init (tmp);
634  int minDiff, minSum, maxDiff, maxSum, maxX, maxY, b, d, f, h;
635  getMaxMin(points, sizePoints, minDiff, minSum, maxDiff, maxSum, maxX, maxY);
636  do
637  {
638    if (maxX < maxY)
639    {
640      mu (points, sizePoints);
641
642      mpz_mat_mul (Mu, M);
643
644      mpz_set (tmp, A[0]);
645      mpz_set (A[0], A[1]);
646      mpz_set (A[1], tmp);
647    }
648    getMaxMin(points, sizePoints, minDiff, minSum, maxDiff, maxSum, maxX, maxY);
649    b= maxX - maxDiff;
650    d= maxX + maxY - maxSum;
651    f= maxY + minDiff;
652    h= minSum;
653    if (b + f > maxY)
654    {
655      lambda (points, sizePoints);
656      tau (points, sizePoints, maxY - f);
657
658      mpz_mat_mul (Lambda, M);
659
660      if (maxY-f > 0)
661        mpz_add_ui (A[0], A[0], maxY-f);
662      else
663        mpz_add_ui (A[0], A[0], f-maxY);
664      maxX= maxX + maxY - b - f;
665    }
666    else if (d + h > maxY)
667    {
668      lambdaInverse (points, sizePoints);
669      tau (points, sizePoints, -h);
670
671      mpz_mat_mul (InverseLambda, M);
672
673      if (h < 0)
674        mpz_add_ui (A[0], A[0], -h);
675      else
676        mpz_sub_ui (A[0], A[0], h);
677      maxX= maxX + maxY - d - h;
678    }
679    else
680    {
681      mpz_clear (tmp);
682      mpz_clear (Mu[0]);
683      mpz_clear (Mu[1]);
684      mpz_clear (Mu[2]);
685      mpz_clear (Mu[3]);
686      delete [] Mu;
687
688      mpz_clear (Lambda[0]);
689      mpz_clear (Lambda[1]);
690      mpz_clear (Lambda[2]);
691      mpz_clear (Lambda[3]);
692      delete [] Lambda;
693
694      mpz_clear (InverseLambda[0]);
695      mpz_clear (InverseLambda[1]);
696      mpz_clear (InverseLambda[2]);
697      mpz_clear (InverseLambda[3]);
698      delete [] InverseLambda;
699
700      return;
701    }
702  } while (1);
703}
704
705CanonicalForm
706compress (const CanonicalForm& F, mpz_t*& M, mpz_t*& A, bool computeMA)
707{
708  int n;
709  int ** newtonPolyg= NULL;
710  if (computeMA)
711  {
712    newtonPolyg= newtonPolygon (F, n);
713    convexDense (newtonPolyg, n, M, A);
714  }
715
716  CanonicalForm result= 0;
717  Variable x= Variable (1);
718  Variable y= Variable (2);
719
720  mpz_t expX, expY, minExpX, minExpY;
721  mpz_init (expX);
722  mpz_init (expY);
723  mpz_init (minExpX);
724  mpz_init (minExpY);
725
726  int k= 0;
727  Variable alpha;
728  mpz_t * exps= new mpz_t [2*size (F)];
729  int count= 0;
730  for (CFIterator i= F; i.hasTerms(); i++)
731  {
732    if (i.coeff().inCoeffDomain() && hasFirstAlgVar (i.coeff(), alpha))
733    {
734      mpz_set (expX, A[0]);
735      mpz_set (expY, A[1]);
736      mpz_addmul_ui (expX, M[1], i.exp());
737      mpz_addmul_ui (expY, M[3], i.exp());
738
739      if (k == 0)
740      {
741        mpz_set (minExpX, expX);
742        mpz_set (minExpY, expY);
743        k= 1;
744      }
745      else
746      {
747        if (mpz_cmp (minExpY, expY) > 0)
748          mpz_set (minExpY, expY);
749        if (mpz_cmp (minExpX, expX) > 0)
750          mpz_set (minExpX, expX);
751      }
752      mpz_init_set (exps[count], expX);
753      count++;
754      mpz_init_set (exps[count], expY);
755      count++;
756      continue;
757    }
758    CFIterator j= i.coeff();
759    if (k == 0)
760    {
761      mpz_set (expX, A[0]);
762      mpz_addmul_ui (expX, M[1], i.exp());
763      mpz_addmul_ui (expX, M[0], j.exp());
764
765      mpz_set (expY, A[1]);
766      mpz_addmul_ui (expY, M[3], i.exp());
767      mpz_addmul_ui (expY, M[2], j.exp());
768
769      mpz_set (minExpX, expX);
770      mpz_set (minExpY, expY);
771      mpz_init_set (exps[count], expX);
772      count++;
773      mpz_init_set (exps[count], expY);
774      count++;
775      j++;
776      k= 1;
777    }
778
779    for (; j.hasTerms(); j++)
780    {
781      mpz_set (expX, A[0]);
782      mpz_addmul_ui (expX, M[1], i.exp());
783      mpz_addmul_ui (expX, M[0], j.exp());
784
785      mpz_set (expY, A[1]);
786      mpz_addmul_ui (expY, M[3], i.exp());
787      mpz_addmul_ui (expY, M[2], j.exp());
788
789      mpz_init_set (exps[count], expX);
790      count++;
791      mpz_init_set (exps[count], expY);
792      count++;
793      if (mpz_cmp (minExpY, expY) > 0)
794        mpz_set (minExpY, expY);
795      if (mpz_cmp (minExpX, expX) > 0)
796        mpz_set (minExpX, expX);
797    }
798  }
799
800  count= 0;
801  int mExpX= mpz_get_si (minExpX);
802  int mExpY= mpz_get_si (minExpY);
803  for (CFIterator i= F; i.hasTerms(); i++)
804  {
805    if (i.coeff().inCoeffDomain() && hasFirstAlgVar (i.coeff(), alpha))
806    {
807      result += i.coeff()*power (x, mpz_get_si (exps[count])-mExpX)*
808                power (y, mpz_get_si (exps[count+1])-mExpY);
809      count += 2;
810      continue;
811    }
812    CFIterator j= i.coeff();
813    for (; j.hasTerms(); j++)
814    {
815      result += j.coeff()*power (x, mpz_get_si (exps[count])-mExpX)*
816                power (y, mpz_get_si (exps[count+1])-mExpY);
817      count += 2;
818    }
819  }
820
821  CanonicalForm tmp= LC (result);
822  if (tmp.inPolyDomain() && degree (tmp) <= 0)
823  {
824    int d= degree (result);
825    Variable x= result.mvar();
826    result -= tmp*power (x, d);
827    result += Lc (tmp)*power (x, d);
828  }
829
830  if (computeMA)
831  {
832    for (int i= 0; i < n; i++)
833      delete [] newtonPolyg [i];
834    delete [] newtonPolyg;
835    mpz_mat_inv (M);
836  }
837
838  delete [] exps;
839  mpz_clear (expX);
840  mpz_clear (expY);
841  mpz_clear (minExpX);
842  mpz_clear (minExpY);
843
844  return result;
845}
846
847CanonicalForm
848decompress (const CanonicalForm& F, const mpz_t* inverseM, const mpz_t * A)
849{
850  CanonicalForm result= 0;
851  Variable x= Variable (1);
852  Variable y= Variable (2);
853
854  mpz_t expX, expY, minExpX, minExpY;
855  mpz_init (expX);
856  mpz_init (expY);
857  mpz_init (minExpX);
858  mpz_init (minExpY);
859
860  mpz_t * exps= new mpz_t [2*size(F)];
861  int count= 0;
862  if (F.isUnivariate() && F.level() == 1)
863  {
864    CFIterator i= F;
865
866    mpz_set_si (expX, i.exp());
867    mpz_sub (expX, expX, A[0]);
868    mpz_mul (expX, expX, inverseM[0]);
869    mpz_submul (expX, inverseM[1], A[1]);
870
871    mpz_set_si (expY, i.exp());
872    mpz_sub (expY, expY, A[0]);
873    mpz_mul (expY, expY, inverseM[2]);
874    mpz_submul (expY, inverseM[3], A[1]);
875
876    mpz_set (minExpX, expX);
877    mpz_set (minExpY, expY);
878
879    mpz_init_set (exps[count], expX);
880    mpz_init_set (exps[count+1], expY);
881    count += 2;
882
883    i++;
884    for (; i.hasTerms(); i++)
885    {
886      mpz_set_si (expX, i.exp());
887      mpz_sub (expX, expX, A[0]);
888      mpz_mul (expX, expX, inverseM[0]);
889      mpz_submul (expX, inverseM[1], A[1]);
890
891      mpz_set_si (expY, i.exp());
892      mpz_sub (expY, expY, A[0]);
893      mpz_mul (expY, expY, inverseM[2]);
894      mpz_submul (expY, inverseM[3], A[1]);
895
896      mpz_init_set (exps[count], expX);
897      mpz_init_set (exps[count+1], expY);
898      count += 2;
899
900      if (mpz_cmp (minExpY, expY) > 0)
901        mpz_set (minExpY, expY);
902      if (mpz_cmp (minExpX, expX) > 0)
903        mpz_set (minExpX, expX);
904    }
905
906    int mExpX= mpz_get_si (minExpX);
907    int mExpY= mpz_get_si (minExpY);
908    count= 0;
909    for (i= F; i.hasTerms(); i++)
910    {
911      result += i.coeff()*power (x, mpz_get_si (exps[count])-mExpX)*
912                power (y, mpz_get_si (exps[count+1])-mExpY);
913      count += 2;
914    }
915
916    mpz_clear (expX);
917    mpz_clear (expY);
918    mpz_clear (minExpX);
919    mpz_clear (minExpY);
920
921    delete [] exps;
922    return result/ Lc (result); //normalize
923  }
924
925  mpz_t tmp;
926  mpz_init (tmp);
927  int k= 0;
928  Variable alpha;
929  for (CFIterator i= F; i.hasTerms(); i++)
930  {
931    if (i.coeff().inCoeffDomain() && hasFirstAlgVar (i.coeff(), alpha))
932    {
933      mpz_set_si (expX, i.exp());
934      mpz_sub (expX, expX, A[1]);
935      mpz_mul (expX, expX, inverseM[1]);
936      mpz_submul (expX, A[0], inverseM[0]);
937
938      mpz_set_si (expY, i.exp());
939      mpz_sub (expY, expY, A[1]);
940      mpz_mul (expY, expY, inverseM[3]);
941      mpz_submul (expY, A[0], inverseM[2]);
942
943      if (k == 0)
944      {
945        mpz_set (minExpX, expX);
946        mpz_set (minExpY, expY);
947        k= 1;
948      }
949      else
950      {
951        if (mpz_cmp (minExpY, expY) > 0)
952          mpz_set (minExpY, expY);
953        if (mpz_cmp (minExpX, expX) > 0)
954          mpz_set (minExpX, expX);
955      }
956      mpz_init_set (exps[count], expX);
957      mpz_init_set (exps[count+1], expY);
958      count += 2;
959      continue;
960    }
961    CFIterator j= i.coeff();
962    if (k == 0)
963    {
964      mpz_set_si (expX, j.exp());
965      mpz_sub (expX, expX, A[0]);
966      mpz_mul (expX, expX, inverseM[0]);
967      mpz_set_si (tmp, i.exp());
968      mpz_sub (tmp, tmp, A[1]);
969      mpz_addmul (expX, tmp, inverseM[1]);
970
971      mpz_set_si (expY, j.exp());
972      mpz_sub (expY, expY, A[0]);
973      mpz_mul (expY, expY, inverseM[2]);
974      mpz_set_si (tmp, i.exp());
975      mpz_sub (tmp, tmp, A[1]);
976      mpz_addmul (expY, tmp, inverseM[3]);
977
978      mpz_set (minExpX, expX);
979      mpz_set (minExpY, expY);
980
981      mpz_init_set (exps[count], expX);
982      mpz_init_set (exps[count+1], expY);
983      count += 2;
984
985      j++;
986      k= 1;
987    }
988
989    for (; j.hasTerms(); j++)
990    {
991      mpz_set_si (expX, j.exp());
992      mpz_sub (expX, expX, A[0]);
993      mpz_mul (expX, expX, inverseM[0]);
994      mpz_set_si (tmp, i.exp());
995      mpz_sub (tmp, tmp, A[1]);
996      mpz_addmul (expX, tmp, inverseM[1]);
997
998      mpz_set_si (expY, j.exp());
999      mpz_sub (expY, expY, A[0]);
1000      mpz_mul (expY, expY, inverseM[2]);
1001      mpz_set_si (tmp, i.exp());
1002      mpz_sub (tmp, tmp, A[1]);
1003      mpz_addmul (expY, tmp, inverseM[3]);
1004
1005      mpz_init_set (exps[count], expX);
1006      mpz_init_set (exps[count+1], expY);
1007      count += 2;
1008
1009      if (mpz_cmp (minExpY, expY) > 0)
1010        mpz_set (minExpY, expY);
1011      if (mpz_cmp (minExpX, expX) > 0)
1012        mpz_set (minExpX, expX);
1013    }
1014  }
1015
1016  int mExpX= mpz_get_si (minExpX);
1017  int mExpY= mpz_get_si (minExpY);
1018  count= 0;
1019  for (CFIterator i= F; i.hasTerms(); i++)
1020  {
1021    if (i.coeff().inCoeffDomain() && hasFirstAlgVar (i.coeff(), alpha))
1022    {
1023      result += i.coeff()*power (x, mpz_get_si (exps[count])-mExpX)*
1024                power (y, mpz_get_si (exps[count+1])-mExpY);
1025      count += 2;
1026      continue;
1027    }
1028    for (CFIterator j= i.coeff(); j.hasTerms(); j++)
1029    {
1030      result += j.coeff()*power (x, mpz_get_si (exps[count])-mExpX)*
1031                power (y, mpz_get_si (exps[count+1])-mExpY);
1032      count += 2;
1033    }
1034  }
1035
1036  mpz_clear (expX);
1037  mpz_clear (expY);
1038  mpz_clear (minExpX);
1039  mpz_clear (minExpY);
1040  mpz_clear (tmp);
1041
1042  delete [] exps;
1043
1044  return result/Lc (result); //normalize
1045}
1046
1047//assumes the input is a Newton polygon of a bivariate polynomial which is
1048//primitive wrt. x and y, i.e. there is at least one point of the polygon lying
1049//on the x-axis and one lying on the y-axis
1050int* getRightSide (int** polygon, int sizeOfPolygon, int& sizeOfOutput)
1051{
1052  int maxY= polygon [0][0];
1053  int indexY= 0;
1054  for (int i= 1; i < sizeOfPolygon; i++)
1055  {
1056    if (maxY < polygon [i][0])
1057    {
1058      maxY= polygon [i][0];
1059      indexY= i;
1060    }
1061    else if (maxY == polygon [i][0])
1062    {
1063      if (polygon [indexY][1] < polygon[i][1])
1064        indexY= i;
1065    }
1066    if (maxY > polygon [i][0])
1067      break;
1068  }
1069
1070  int count= -1;
1071  for (int i= indexY; i < sizeOfPolygon; i++)
1072  {
1073    if (polygon[i][0] == 0)
1074    {
1075      count= i - indexY;
1076      break;
1077    }
1078  }
1079
1080  int * result;
1081  int index= 0;
1082  if (count < 0)
1083  {
1084    result= new int [sizeOfPolygon - indexY];
1085    sizeOfOutput= sizeOfPolygon - indexY;
1086    count= sizeOfPolygon - indexY - 1;
1087    result [0]= polygon[sizeOfPolygon - 1][0] - polygon [0] [0];
1088    index= 1;
1089  }
1090  else
1091  {
1092    sizeOfOutput= count;
1093    result= new int [count];
1094  }
1095
1096  for (int i= indexY + count; i > indexY; i--, index++)
1097    result [index]= polygon [i - 1] [0] - polygon [i] [0];
1098
1099  return result;
1100}
1101
1102bool irreducibilityTest (const CanonicalForm& F)
1103{
1104  ASSERT (getNumVars (F) == 2, "expected bivariate polynomial");
1105  ASSERT (getCharacteristic() == 0, "expected polynomial over integers or rationals");
1106
1107  int sizeOfNewtonPolygon;
1108  int ** newtonPolyg= newtonPolygon (F, sizeOfNewtonPolygon);
1109  if (sizeOfNewtonPolygon == 3)
1110  {
1111    bool check1=
1112        (newtonPolyg[0][0]==0 || newtonPolyg[1][0]==0 || newtonPolyg[2][0]==0);
1113    if (check1)
1114    {
1115      bool check2=
1116        (newtonPolyg[0][1]==0 || newtonPolyg[1][1]==0 || newtonPolyg[2][0]==0);
1117      if (check2)
1118      {
1119        bool isRat= isOn (SW_RATIONAL);
1120        if (isRat)
1121          Off (SW_RATIONAL);
1122        CanonicalForm tmp= gcd (newtonPolyg[0][0],newtonPolyg[0][1]); // maybe it's better to use plain intgcd
1123        tmp= gcd (tmp, newtonPolyg[1][0]);
1124        tmp= gcd (tmp, newtonPolyg[1][1]);
1125        tmp= gcd (tmp, newtonPolyg[2][0]);
1126        tmp= gcd (tmp, newtonPolyg[2][1]);
1127        if (isRat)
1128          On (SW_RATIONAL);
1129        for (int i= 0; i < sizeOfNewtonPolygon; i++)
1130          delete [] newtonPolyg [i];
1131        delete [] newtonPolyg;
1132        return (tmp==1);
1133      }
1134    }
1135  }
1136  for (int i= 0; i < sizeOfNewtonPolygon; i++)
1137    delete [] newtonPolyg [i];
1138  delete [] newtonPolyg;
1139  return false;
1140}
1141
1142bool absIrredTest (const CanonicalForm& F)
1143{
1144  ASSERT (getNumVars (F) == 2, "expected bivariate polynomial");
1145  ASSERT (factorize (F).length() <= 2, " expected irreducible polynomial");
1146
1147  int sizeOfNewtonPolygon;
1148  int ** newtonPolyg= newtonPolygon (F, sizeOfNewtonPolygon);
1149  bool isRat= isOn (SW_RATIONAL);
1150  if (isRat)
1151    Off (SW_RATIONAL);
1152  int p=getCharacteristic();
1153  int d=1;
1154  char bufGFName='Z';
1155  bool GF= (CFFactory::gettype()==GaloisFieldDomain);
1156  if (GF)
1157  {
1158    d= getGFDegree();
1159    bufGFName=gf_name;
1160  }
1161
1162  setCharacteristic(0);
1163
1164  CanonicalForm g= gcd (newtonPolyg[0][0], newtonPolyg[0][1]); //maybe it's better to use plain intgcd
1165
1166  int i= 1;
1167  while (!g.isOne() && i < sizeOfNewtonPolygon)
1168  {
1169    g= gcd (g, newtonPolyg[i][0]);
1170    g= gcd (g, newtonPolyg[i][1]);
1171    i++;
1172  }
1173
1174  bool result= g.isOne();
1175
1176  if (GF)
1177    setCharacteristic (p, d, bufGFName);
1178  else
1179    setCharacteristic(p);
1180
1181  if (isRat)
1182    On (SW_RATIONAL);
1183
1184  for (int i= 0; i < sizeOfNewtonPolygon; i++)
1185    delete [] newtonPolyg[i];
1186
1187  delete [] newtonPolyg;
1188
1189  return result;
1190}
1191
1192bool modularIrredTest (const CanonicalForm& F)
1193{
1194  ASSERT (getNumVars (F) == 2, "expected bivariate polynomial");
1195  ASSERT (factorize (F).length() <= 2, " expected irreducible polynomial");
1196
1197  bool isRat= isOn (SW_RATIONAL);
1198  if (isRat)
1199    Off (SW_RATIONAL);
1200
1201  if (isRat)
1202  {
1203    ASSERT (bCommonDen (F).isOne(), "poly over Z expected");
1204  }
1205
1206  CanonicalForm Fp, N= maxNorm (F);
1207  int tdeg= totaldegree (F);
1208
1209  int i= 0;
1210  //TODO: maybe it's better to choose the characteristic as large as possible
1211  //      as factorization over large finite field will be faster
1212  //TODO: handle those cases where our factory primes are not enough
1213  //TODO: factorize coefficients corresponding to the vertices of the Newton
1214  //      polygon and only try the obtained factors
1215  if (N < cf_getSmallPrime (cf_getNumSmallPrimes()-1))
1216  {
1217    while (i < cf_getNumSmallPrimes() && N > cf_getSmallPrime(i))
1218    {
1219      setCharacteristic (cf_getSmallPrime (i));
1220      Fp= F.mapinto();
1221      i++;
1222      if (totaldegree (Fp) == tdeg)
1223      {
1224        if (absIrredTest (Fp))
1225        {
1226          CFFList factors= factorize (Fp);
1227          if (factors.length() == 2 && factors.getLast().exp() == 1)
1228          {
1229            if (isRat)
1230              On (SW_RATIONAL);
1231            setCharacteristic (0);
1232            return true;
1233          }
1234        }
1235      }
1236      setCharacteristic (0);
1237    }
1238  }
1239  else
1240  {
1241    while (i < cf_getNumPrimes() && N > cf_getPrime (i))
1242    {
1243      setCharacteristic (cf_getPrime (i));
1244      Fp= F.mapinto();
1245      i++;
1246      if (totaldegree (Fp) == tdeg)
1247      {
1248        if (absIrredTest (Fp))
1249        {
1250          CFFList factors= factorize (Fp);
1251          if (factors.length() == 2 && factors.getLast().exp() == 1)
1252          {
1253            if (isRat)
1254              On (SW_RATIONAL);
1255            setCharacteristic (0);
1256            return true;
1257          }
1258        }
1259      }
1260      setCharacteristic (0);
1261    }
1262  }
1263
1264  if (isRat)
1265    On (SW_RATIONAL);
1266
1267  return false;
1268}
1269
1270bool
1271modularIrredTestWithShift (const CanonicalForm& F)
1272{
1273  ASSERT (getNumVars (F) == 2, "expected bivariate polynomial");
1274  ASSERT (factorize (F).length() <= 2, " expected irreducible polynomial");
1275
1276  bool isRat= isOn (SW_RATIONAL);
1277  if (isRat)
1278    Off (SW_RATIONAL);
1279
1280  if (isRat)
1281  {
1282    ASSERT (bCommonDen (F).isOne(), "poly over Z expected");
1283  }
1284
1285  Variable x= Variable (1);
1286  Variable y= Variable (2);
1287  CanonicalForm Fp;
1288  int tdeg= totaldegree (F);
1289
1290  REvaluation E;
1291
1292  setCharacteristic (2);
1293  Fp= F.mapinto();
1294
1295  E= REvaluation (1,2, FFRandom());
1296
1297  E.nextpoint();
1298
1299  Fp= Fp (x+E[1], x);
1300  Fp= Fp (y+E[2], y);
1301
1302  if (tdeg == totaldegree (Fp))
1303  {
1304    if (absIrredTest (Fp))
1305    {
1306      CFFList factors= factorize (Fp);
1307      if (factors.length() == 2 && factors.getLast().exp() == 1)
1308      {
1309        if (isRat)
1310          On (SW_RATIONAL);
1311        setCharacteristic (0);
1312        return true;
1313      }
1314    }
1315  }
1316
1317  E.nextpoint();
1318
1319  Fp= Fp (x+E[1], x);
1320  Fp= Fp (y+E[2], y);
1321
1322  if (tdeg == totaldegree (Fp))
1323  {
1324    if (absIrredTest (Fp))
1325    {
1326      CFFList factors= factorize (Fp);
1327      if (factors.length() == 2 && factors.getLast().exp() == 1)
1328      {
1329        if (isRat)
1330          On (SW_RATIONAL);
1331        setCharacteristic (0);
1332        return true;
1333      }
1334    }
1335  }
1336
1337  int i= 0;
1338  while (cf_getSmallPrime (i) < 102)
1339  {
1340    setCharacteristic (cf_getSmallPrime (i));
1341    i++;
1342    E= REvaluation (1, 2, FFRandom());
1343
1344    for (int j= 0; j < 3; j++)
1345    {
1346      Fp= F.mapinto();
1347      E.nextpoint();
1348      Fp= Fp (x+E[1], x);
1349      Fp= Fp (y+E[2], y);
1350
1351      if (tdeg == totaldegree (Fp))
1352      {
1353        if (absIrredTest (Fp))
1354        {
1355          CFFList factors= factorize (Fp);
1356          if (factors.length() == 2 && factors.getLast().exp() == 1)
1357          {
1358            if (isRat)
1359              On (SW_RATIONAL);
1360            setCharacteristic (0);
1361            return true;
1362          }
1363        }
1364      }
1365    }
1366  }
1367
1368  setCharacteristic (0);
1369  if (isRat)
1370    On (SW_RATIONAL);
1371
1372  return false;
1373}
1374
1375
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.