Update the ChangeLog for bug #4008
[maxima.git] / share / sym / util.lisp
blob2b1a81607b07df9ae85544b7c4c7bcd04b3d0a2e
1 ;; Fichier util.lsp
3 ; ***************************************************************
4 ; * MODULE SYM *
5 ; * MANIPULATIONS DE FONCTIONS SYMETRIQUES *
6 ; * (version01: Commonlisp pour Maxima) *
7 ; * *
8 ; * ---------------------- *
9 ; * Annick VALIBOUZE *
10 ; * GDR MEDICIS *
11 ; * (Mathe'matiques Effectives, De'veloppements Informatiques, *
12 ; * Calculs et Ingenierie, Syste`mes) *
13 ; * LITP (Equipe Calcul Formel) *
14 ; * Universite' Paris 6, *
15 ; * 4 place Jussieu, 75252 Paris cedex 05. *
16 ; * e-mail : avb@sysal.ibp.fr *
17 ; ***************************************************************
19 (in-package :maxima)
20 (macsyma-module util macros)
21 ;---------------------------------------------------------------------------
22 ; DECLARATION DES MACROS
23 ; pour le type 2 des polynomes partitionnes avec en tete de chaque
24 ; terme partitionne sa longueur
25 ;---------------------------------------------------------------------------
27 ;----------------------------------------------------------------------------
28 ; LES UTILITAIRES
29 ;----------------------------------------------------------------------------
30 ; On a des coefficients dans k[y1, ...,yn]
31 ; p=(t1 t2 ... tn) t1 > t2 > ...
32 ; t = (longueur coe . partition)
34 (progn (defvar d) (defvar lvar) (defvar permut))
36 (progn)
37 (progn)
40 (defun $estpartition (l)
41 (apply '>= (cdr l)))
43 ;--------------------------------------------------------------------------
44 ; MERGE PHYSIQUE AVEC SOMME SUR LES GRANDS ENTIERS
45 ; ON UTILISE LE PREDICAT SUR LES TERMES ET NON SUR LES MONOMES(comme merge)
46 ;---------------------------------------------------------------------------
47 (defun somme (l1 l2 pr)
48 (cond
49 ((null l1) l2)
50 ((null l2) l1)
51 (t (let ((t1 (termi l1)) (t2 (termi l2)))
52 (cond
53 ((equal (tmon t1) (tmon t2))
54 (chcoeterm t1 ($add_sym (tcoe t1) (tcoe t2)))
55 (cond
56 ((and (numberp (tcoe t1))
57 (zerop (tcoe t1)))
58 (somme (cdr l1) (cdr l2) pr))
60 (somme2 (cdr l2) l1 pr) l1)))
61 ((funcall pr t1 t2) (somme2 l2 l1 pr) l1)
62 (t (somme2 l1 l2 pr) l2))))))
64 (defun somme2 (l2 l1 pr)
65 (do ((l1 l1) (l2 l2) (ll2 nil) (t1 (termi (cdr l1)) (termi (cdr l1)))
66 (t2 (termi l2)))
67 ((or (null l2) (and (null (cdr l1)) (nconc l1 l2))))
68 (cond
69 ((equal (tmon t1) (tmon t2))
70 (chcoeterm t1 ($add_sym (tcoe t1) (tcoe t2))) (setq l2 (cdr l2))
71 (setq t2 (termi l2))
72 (if (and (numberp (tcoe t1)) (zerop (tcoe t1)))
73 (setq l1 (rplacd l1 (cddr l1)))
74 (setq l1 (cdr l1))))
75 ((funcall pr t1 t2) (setq l1 (cdr l1)))
76 (t (setq ll2 (cdr l1)) (setq l1 (cdr (rplacd l1 l2)))
77 (setq l2 ll2) (setq t2 (termi l2))))))
79 ;======================================================================
80 ; CREATION D'UNE LISTE LISP DE nb VARIABLES GENERIQUES :
81 ; ($x1 ... $x(nb))
82 ; (lvar 2 '(r)) = ; ($X1 $X2 R)
83 ;======================================================================
85 (defun lvar (nb lvar)
86 (cond
87 ((eql 0 nb) lvar)
88 (t (lvar (1- nb)
89 (cons (flet ((franz.concat (&rest args)
90 "equivalent to Franz Lisp 'concat'."
91 (values (intern
92 (format nil "~{~A~}" args)))))
93 (franz.concat '$x nb))
94 lvar)))))
96 ;(lvar_lettre 2 '(r) 'x)
97 ; (X1 X2 R)
99 (defun lvar_lettre (nb lvar lettre)
100 (cond
101 ((eql 0 nb) lvar)
102 (t (lvar_lettre (1- nb)
103 (cons (flet ((franz.concat (&rest args)
104 "equivalent to Franz Lisp 'concat'."
105 (values (intern (format nil "~{~A~}" args)))))
106 (franz.concat lettre nb))
107 lvar)
108 lettre))))
110 ;===========================================================================
111 ; Calcul du degre d'un polynome symetrique
112 ; avec REP([pol]) = [lppart](2)
114 (defun $degrep (pol)
115 (setq d 0)
116 (mapc #'(lambda (di)
117 (and (< d di)
118 (setq d di)))
119 (mapcar #'(lambda (mon) ($degre (cddr mon))) pol ))
122 ; Calcul du degre d'une forme monomiale avec REP([forme mon])=[partition](2)
123 ; mon = (lgI coeI . I)
125 (defun $degre (mon)
126 (if (or (constantp mon) (null mon)) 0
127 (+ (* (car mon) (cadr mon))
128 ($degre (cddr mon)))))
130 ;---------------------------------------------------------------------------
131 ; TESTE SI ON A AFFAIRE A UNE CONSTANTE APRES LE LECTEUR
132 ; termpart = REP([somme orbitale])
134 ; avec [somme orbitale] = (coe.[partition])
136 (defun constante (termpart)
137 (or (null (cdr termpart))
138 (eval (cons 'and
139 (mapcar #'(lambda (exposant) (eql 0 exposant))
140 (cdr termpart))))))
142 ; avec [somme orbitale] = (longueur coe.[partition])
143 ; il suffit de tester si la longueur est nulle
145 (defun lconstante (ltermpart) (eql 0 (car ltermpart)))
147 ; Calcul des longueurs de chaque partition contenue dans la liste listparts
148 ; sous forme [partition](2)
150 (defun lgparts (ppart)
151 (mapcar #'(lambda (mon) (cons ($calculvar (cdr mon)) mon)) ppart))
153 ; Calcul de la longueur d'une partition I.
154 ; Pour [partition](1)
156 (defun longueur (i)
157 (if (or (null i) (eql 0 (car i))) 0
158 (1+ (longueur (cdr i)))))
160 ; Pour [partition](2), pouvant se terminer par des 0.
162 (defun $calculvar (i)
163 (if (or (null i) (eql 0 (car i))) 0
164 (+ (cadr i) ($calculvar (cddr i)))))
166 ;**************************************************************************
167 ; PREDICATS
168 ;-------------------------------------------------------------------------
169 ;term est un [partition](2) c'est a dire sous la forme :
170 ; dans la forme (a1 m1 a2 m2...) ou mi est la multiplicite' de ai (> a(i+1))
171 ;-------------------------------------------------------------------------
172 ;(2 1 ...) < (2 2 ...) < (3 1 2 1 ...) < (3 1 2 2 ...)
174 (defun $lex (term1 term2)
175 (cond
176 ((null term1) t)
177 ((null term2) nil)
178 (t (let ((pui1 (car term1)) (nb1 (cadr term1)) (rest1 (cddr term1))
179 (pui2 (car term2)) (nb2 (cadr term2))
180 (rest2 (cddr term2)))
181 (cond
182 ((or (< pui1 pui2)
183 (and (eql pui1 pui2)
184 (< nb1 nb2)))
186 ((or (< pui2 pui1)
187 (< nb2 nb1))
188 nil)
189 (t ($lex rest1 rest2)))))))
191 ; q inferieur a p pour l'ordre des longueurs ou p et q sont des
192 ; sommes orbitales represente'es par des [terme partionne](2) avec
193 ; la longueur en plus en tete
195 (defun orlongsup (p q)
196 (cond
197 ((equal (cddr p) (cddr q)) nil)
198 ((> (car p) (car q)))
199 ((eql (car p) (car q)) ($lex (cddr q) (cddr p)))
200 (t nil)))
201 ;----------------------------------------------------
202 ; le vrai ordre des longueurs q inferieur a p pour cet ordre : ; p { q
204 ;(orlongsup '(2 a 2 1 3 1) '(1 a 4 1))
207 ;>(orlong '(2 a 2 1 3 1) '(1 a 4 1))
208 ;NIL
209 ;----------------------------------------------------
211 (defun orlong (p q)
212 (cond
213 ((equal (cddr p) (cddr q)) nil)
214 ((< (car p) (car q)))
215 ((eql (car p) (car q)) ($lex (cddr p) (cddr q)))
216 (t nil)))
218 (defun $orlong_cst (p q)
219 (cond
220 ((lconstante p))
221 ((lconstante q) nil)
222 (t (orlong p q))))
224 ; p > q
226 (defun $e_lexinv_cst (mon1 mon2)
227 (cond
228 ((constante mon1))
229 ((constante mon2) nil)
230 (t ($e_lexinv mon1 mon2))))
232 ; p=(lg(I) coeI .I)
234 (defun $e_lexinv (p q)
235 (and (not (equal (cddr p) (cddr q))) ($lex (cddr q) (cddr p))))
237 ; p < q
238 ; les constantes sont les + petites
240 (defun $e_lex_cst (p q)
241 (cond
242 ((constante p))
243 ((constante q) nil)
244 (t ($e_lex p q))))
246 (defun $e_lex (p q)
247 (and (not (equal (cddr p) (cddr q))) ($lex (cddr p) (cddr q))))
249 ; teste sur deux monomes en representation distribuee (i1 i2 ...)
251 (defun lex_term (term1 term2)
252 (lex_mon (cdr term1) (cdr term2)))
254 (defun lex_mon (m1 m2)
255 (and (not (equal m1 m2))
256 (catch 'trouve
257 (mapc #'(lambda (e1 e2)
259 (or (eql e1 e2)
260 (cond
261 ((> e1 e2)
262 (throw 'trouve t))
263 (t (throw 'trouve nil)))))
264 m1 m2))))
266 ;***************************************************************************
267 ; INTERFACE
270 ; Le lecteur utilise la fonction $distri_lect qui appelle distri_lecteur
272 (defun lect ($pol $lvar)
273 (mapcar 'cdr
274 (cdr (meval (list '($distri_lect) $pol $lvar)))))
276 ;--------------------------------------------------------------------------
277 ; [ppart](i) lisp ==> [ppart](i) macsyma
279 (defun macsy_list (llist)
280 (cons '(mlist) (mapcar #'(lambda (list) (cons '(mlist) list)) llist)))
282 ; sa recipropque :
284 (defun mac2lisp (list) (mapcar 'cdr (cdr list)))
285 ;--------------------------------------------------------------------------
286 ; [ppart](i) == > polynome macsyma
288 ; Si REP([pol]) =[ppart](1)
289 ; Pour une liste de polynomes.
290 ; Mais attention! Si on veut l'utiliser sous Macsyma, il faut
291 ; rajouter (MLIST SIMP) en car de la liste resultat.
292 ;--------------------------------------------------------------------------
294 (defun ecrit_listpol (listpol lvar)
295 (mapcar #'(lambda (pol) (ecrit_pol pol lvar)) listpol))
297 ;--------------------------------------------------------------------------
298 ; Pour un polynome de plusieurs groupes de variables
299 ; en representation distribuee :
300 ; (c m1 m2 ... mp) ou mi est un monome en X^(i) .
301 ; Par exemple : mi=(3 4 1) represente U^3*V^4*W si X^(i)=(U,V,W).
302 ; llvar = (X^(1), ..., X^(p)) est une liste de listes de variables
303 ;--------------------------------------------------------------------------
305 (defun multi_ecrit (pol llvar)
306 (cond
307 ((null (cdr pol))
308 (multi_ecrit_mon (caar pol) (cdr (car pol)) llvar))
309 (t ($fadd_sym
310 (mapcar #'(lambda (terme)
311 (multi_ecrit_mon (car terme) (cdr terme)
312 llvar))
313 pol)))))
315 (defun multi_ecrit_mon (coe llexposants llvar)
316 (cond
317 ((null llvar) coe)
318 (t (mapc #'(lambda (lexposants lvar)
319 (setq coe (ecrit_mon lexposants lvar coe)))
320 llexposants llvar)
321 coe)))
322 ;--------------------------------------------------------------------------
323 ; Pour un polynome a un groupe de variables dont le representaion
324 ; partitionnee est de type 1, on considere que le polynome
325 ; est sous forme distribue'e et on se sert de l'ecrivain de polynomes
326 ; destine' a ce cas afin d'obtenir un polyn\^ome maxima.
327 ; la fonction au niveau maxima est $distri_ecrit. Mais c'est ennnuyeux
328 ; de mettre de mlist pour les retirer ensuite, alors j'appelle
329 ; directement
330 ; la fonction interne : $ecrivain_sym
331 ;--------------------------------------------------------------------------
333 (defun ecrit_pol (ppart lvar)
334 (meval (list '($distri_ecrit)
335 (macsy_list ppart) (cons '(mlist) lvar))))
337 ;--------------------------------------------------------------------------
338 ; Si REP([pol]) = [ppart](2) on se ramene au cas precedent
339 ;--------------------------------------------------------------------------
341 (defun 2ecrit (ppart lvar) (ecrit_pol (ch1repol ppart) lvar))
343 ;**************************************************************************
344 ; CHANGEMENTS DES REPRESENTATIONS DE PARTITIONS
345 ;-----------------------------------------------------------------------
346 ; Fonction passant de [partition](1) a [partition](2)
348 (defun ch2rep (partition1)
349 (and partition1 (not (eql 0 (car partition1)))
350 (ch2rep2 (cdr partition1) (list 1 (car partition1)))))
352 (defun ch2rep2 (partition1 partition2)
353 (if (or (null partition1) (eql 0 (car partition1)))
354 (nreverse partition2)
355 (if (eql (car partition1) (cadr partition2))
356 (ch2rep2 (cdr partition1)
357 (rplaca partition2
358 (1+ (car partition2))))
359 (ch2rep2 (cdr partition1)
360 (cons 1 (cons (car partition1) partition2))))))
362 ; Passer d'un polynome partitionne avec [partition](1) a [partition](2)
364 (defun ch2repol (ppart)
365 (mapcar #'(lambda (tpart) (cons (car tpart) (ch2rep (cdr tpart))))
366 ppart))
368 ; PASSAGE DE [partition](2) a [partition](1)
370 (defun ch1rep (partition2)
371 (and partition2
372 (ch1rep2 (cddr partition2)
373 (make-list (cadr partition2)
374 :initial-element (car partition2)))))
376 (defun ch1rep2 (partition2 partition1)
377 (cond
378 ((null partition2) (nreverse partition1))
379 (t (ch1rep2 (cddr partition2)
380 (nconc (make-list (cadr partition2)
381 :initial-element (car partition2))
382 partition1)))))
384 ; Maintenant passer d'un polynome partitionne avec [partition](2)
385 ; a un polynome partitionne avec [partition](1)
387 (defun ch1repol (ppart)
388 (mapcar #'(lambda (tpart) (cons (car tpart) (ch1rep (cdr tpart))))
389 ppart))
391 ;------- Seconde methode
392 ; Passage de la premiere represensentation des partitions a la seconde
393 ; on ramene les cst sans partition associee
395 ; listM =(i1 i2 i3 ...ip) avec 0< i1 <= i2 <= ... <=ip
397 (defun part (listm)
398 ($part2 (cdr listm) (cons (car listm) (cons 1 nil))))
400 (defun $part2 (listm lpartm)
401 (if (null listm) lpartm
402 ($part2 (cdr listm)
403 (if (eql (car listm) (car lpartm))
404 (progn
405 (rplaca (cdr lpartm)
406 (1+ (cadr lpartm)))
407 lpartm)
408 (cons (car listm) (cons 1 lpartm))))))
410 (defun $cherchepui (mmon) (if (atom mmon) 1 (car (last mmon))))
412 ;=========================================================================
413 ; CALCUL DU CARDINAL DE L' ORBITE D'UN MONOME
414 ; DONT LA LISTE DES EXPOSANTS EST DONNE PAR UNE
415 ; PARTITION DONT LA REPRESENTATION EST [partition](2)=(a1 m1 a2 m2...)
416 ; qui est n!/(m0!m1!...) ou n=somme_{i=0} mi
417 ; Ou du coefficient multinomial associe a une partition type [partition](1)
418 ; qui est |I|!/(i1!i2!....)
419 ;---------------------------------------------------------------------------
420 (defun $card_orbit ($partition $card)
421 (card_orbit (cdr $partition) $card))
423 (defun card_orbit (partition card)
424 (nbperm0 card
425 (- card ($calculvar partition)); le nombre a la puissance 0
426 partition))
428 (defun $multinomial (poids $partition)
429 (multinomial (nbperm2 1 poids 1 (cadr $partition)) (cddr $partition)))
431 (defun multinomial (prec_multinomial partition)
432 (cond
433 ((or (null partition) (= 0 (car partition))) (car prec_multinomial))
434 (t (multinomial
435 (nbperm2 (car prec_multinomial) (cadr prec_multinomial) 1
436 (car partition))
437 (cdr partition)))))
439 (defun nbperm0 (card m0 part) (nbperm (nbperm2 1 card 1 m0) part))
441 (defun nbperm (lpermn part)
442 (if (null part) (car lpermn)
443 (nbperm (nbperm2 (car lpermn) (cadr lpermn) 1 (cadr part))
444 (cddr part))))
446 (defun nbperm2 (perm n i mi)
447 (if (< mi i)
448 (list perm n)
449 (nbperm2 (/ (mult perm n) i)
450 (1- n)
451 (1+ i)
452 mi)))
454 ;------------------------------------------------------------------------
455 ; Calcul du cardinal du stabilisateur d'une liste ordonnee
456 ; de paires ou de nombres dans l'ordre lexicographique croissant.
458 (defmfun $card_stab ($part $egal) ($card_stab_init $part $egal))
460 (mdefprop $card_stab
461 ((lambda ()) ((mlist) $part $egal)
462 ((mprog) (($operation)) (($card_stab_init) $part $egal)))
463 mexpr)
464 (add2lnc '(($card_stab) $part $egal) $functions)
465 ;------------------------------------------------------------------------
467 (defun $card_stab_init ($part $egal)
468 (card_stab (cdr $part)
469 (find-symbol (string $egal))))
471 (defun card_stab (s egal)
472 (let ((lmultip (sort (multiplicites s egal) '<)))
473 (prod_factor lmultip)))
475 (defun multiplicites (s egal)
476 (multiplicites2 (cdr s) (car s) 1 nil egal))
478 (defun multiplicites2 (s ai mi lmultip egal)
479 (cond
480 ((null s) (cons mi lmultip))
481 ((funcall egal (car s) ai)
482 (multiplicites2 (cdr s) ai
483 (1+ mi)
484 lmultip egal))
485 (t (multiplicites2 (cdr s) (car s) 1 (cons mi lmultip) egal))))
487 ; l = (m1 m2 ... mp) croissante , on veut m1!m2!...mp!
489 (defun prod_factor (l)
490 (apply '* (list_factor l (list (factorielle (car l))))))
491 ; l = (mi m(i+1) ... mp) et lfactor = (mi!, ..., m2!, m1!)
493 (defun list_factor (l lfactor)
494 (cond
495 ((null (cdr l)) lfactor)
496 (t (list_factor (cdr l)
497 (cons (fact_recur (car l) (cadr l) (car lfactor)) lfactor)))))
499 (defun fact_recur (m1 m2 factm1)
500 (cond
501 ((eql m1 m2) factm1)
502 (t (* (finfact (1+ m1)
504 (1+ m1))
505 factm1))))
507 (defun finfact (i m2 finfactm2)
508 (cond
509 ((eql i m2) finfactm2)
510 (t (finfact (1+ i)
512 (* (1+ i)
513 finfactm2)))))
515 (defun factorielle (n)
516 (cond
517 ((eql 0 n) 1)
518 (t (* n (factorielle (1- n))))))
520 ;________________________________________________________________________
522 ; OBTENIR TOUTES LES PERMUTATIONS D'UN NUPLET D'ENTIER
523 ; (Philippe Esperet) remarque :
524 ; VOIR FONCTIONS permutations et permutations_lex de MAXIMA
525 ;---------------------------------------------------------------------------
527 (defun $lpermut (nuplet)
528 (cons '(mlist)
529 (mapcar #'(lambda (permu) (cons '(mlist) permu))
530 (permut (cdr nuplet)))))
532 ;======================================================================
533 ; EXPRESSION D'UN POLYNOME
534 ; DONT ON CONNAIT LES FONCTIONS SYMETRIQUES
535 ; ELEMENTAIRES DES RACINES
536 ; $fct_elem =[cardinal, e_1,e_2,...,e_cardinal,...]
537 ;======================================================================
539 (defun $ele2polynome ($fct_elem $z)
540 (ele2polynome (cdr $fct_elem) $z))
542 (defun ele2polynome (l_degre_$elem $z)
543 (genpoly2
544 (1- (car l_degre_$elem))
545 -1 ($exp_sym $z (car l_degre_$elem)) (cdr l_degre_$elem) $z))
547 (defun genpoly2 (exp sign $pol l_$elem $z)
548 (cond
549 ((null l_$elem) $pol $pol)
550 (t (genpoly2
551 (1- exp)
552 (* -1 sign)
553 ($add_sym $pol
554 ($mult_sym ($mult_sym sign (car l_$elem))
555 ($exp_sym $z exp)))
556 (cdr l_$elem) $z))))
557 ;=========================================================================
558 ; OBTENIR UN POLYNOME A PARTIR DES FONCTIONS PUISSANCES
559 ; DE SES RACINES
561 ; fct_pui = (card p1 p2 ...)
562 ;=========================================================================
564 (defun $pui2polynome ($var $fct_pui)
565 (pui2polynome $var (cdr $fct_pui)))
567 (defun pui2polynome (variable fct_pui)
568 (let (($pui2ele '$girard))
569 (ele2polynome (cdr (meval (list '($pui2ele) (car fct_pui)
570 (cons '(mlist) fct_pui))))
571 variable)))
573 ;=========================================================================
574 ; CALCUL DES FONCTIONS SYMETRIQUES ELEMENTAIRES
575 ; DES RACINES D'UN POLYNOME
576 ; entrees : $p un polynome en la variable $var
577 ; sortie : [d , e1, ...,ed] ou d est le degre du polynome
578 ;==========================================================================
579 (defun $polynome2ele ($p $var)
580 (cons '(mlist) (polynome2ele $p $var)))
582 (defun polynome2ele ($p $var)
583 (let* ((alt -1)
584 (n (meval (list '($HIPOW) $p $var)))
585 (an (meval (list '($COEFF) $p $var n))))
586 (do ((alt alt (* -1 alt ))
587 (i 1 (1+ i))
588 (elem nil (cons ($divi_sym ($mult_sym alt
589 (meval (list '($COEFF)
590 $P $var (- n i))))
592 elem)))
593 ((= (1+ n) i) (cons n (nreverse elem))))))
596 ; Obtenir tout les coefficients, meme les nuls,
597 ; (cn c(n-1)...c0) ou ci coefficient de x**i.
598 (defun lcoe2 (precedexp p lcoe)
599 (if (null p)
600 (or (eql 0 precedexp)
601 (rplacd lcoe (make-list precedexp :initial-element 0)))
602 (let ((exp (car p)) (coe (cadr p)))
603 (if (eql precedexp
604 (1+ exp))
605 (lcoe2 exp (cddr p) (cdr (rplacd lcoe (list coe))))
606 (lcoe2 exp (cddr p)
607 (last (rplacd lcoe
608 (append
609 (make-list (- precedexp
610 (1+ exp))
611 :initial-element 0)
612 (list coe)))))))))
614 ;======================================================================
616 (defun binomial (n p)
617 (meval (list '(%binomial) n p)))
619 ;======================================================================
621 ; la fonction maxote est commune a : treillis.lsp , resolvante.lsp, kak.lsp
622 ; voir dans util.lsp
624 ; ici difference avec le common-lisp de macsyma :
625 ; / a la place de /! pour la division
627 (defun maxote (a b)
628 (and (plusp b)
629 (if (eql 1 b) 0
630 (if (eql 0 (rem a b))
631 (- a (div a b))
632 (- a (1+ (/ a b)))))))