1;; Fichier util.lsp
2
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;       ***************************************************************
18
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;---------------------------------------------------------------------------
26
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)
33
34(progn (defvar d) (defvar lvar) (defvar permut))
35
36(progn)
37(progn)
38
39
40(defun $estpartition (l)
41   (apply '>= (cdr l)))
42
43;--------------------------------------------------------------------------
44;              MERGE PHYSIQUE AVEC SOMME SUR LES GRANDS ENTIERS
45; ON UTILISE LE PREDICAT SUR LES TERMES ET NON SUR LES MONOMES(comme merge)
46;---------------------------------------------------------------------------
47(defun somme (l1 l2 pr)
48  (cond
49    ((null l1) l2)
50    ((null l2) l1)
51    (t (let ((t1 (termi l1)) (t2 (termi l2)))
52         (cond
53           ((equal (tmon t1) (tmon t2))
54            (chcoeterm t1 ($add_sym (tcoe t1) (tcoe t2)))
55            (cond
56	      ((and (numberp (tcoe t1))
57		    (zerop (tcoe t1)))
58	       (somme (cdr l1) (cdr l2) pr))
59	      (t
60	       (somme2 (cdr l2) l1 pr) l1)))
61           ((funcall pr t1 t2) (somme2 l2 l1 pr) l1)
62           (t (somme2 l1 l2 pr) l2))))))
63
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 ($add_sym (tcoe t1) (tcoe t2))) (setq l2 (cdr l2))
71       (setq t2 (termi l2))
72       (if (and (numberp (tcoe t1)) (zerop (tcoe t1)))
73           (setq l1 (rplacd l1 (cddr l1)))
74           (setq l1 (cdr l1))))
75      ((funcall pr t1 t2) (setq l1 (cdr l1)))
76      (t (setq ll2 (cdr l1)) (setq l1 (cdr (rplacd l1 l2)))
77         (setq l2 ll2) (setq t2 (termi l2))))))
78
79;======================================================================
80;         CREATION D'UNE LISTE LISP DE nb VARIABLES GENERIQUES :
81;               ($x1 ... $x(nb))
82; (lvar 2 '(r)) = ; ($X1 $X2 R)
83;======================================================================
84
85(defun lvar (nb lvar)
86  (cond
87    ((eql 0 nb) lvar)
88    (t (lvar (1- nb)
89             (cons (flet ((franz.concat (&rest args)
90                              "equivalent to Franz Lisp 'concat'."
91                              (values (intern
92                                       (format nil "~{~A~}" args)))))
93                     (franz.concat '$x nb))
94                   lvar)))))
95
96;(lvar_lettre 2 '(r) 'x)
97; (X1 X2 R)
98
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))))
109
110;===========================================================================
111;             Calcul du degre d'un polynome symetrique
112; avec REP([pol]) = [lppart](2)
113
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 ))
120  d)
121
122; Calcul du degre d'une forme monomiale avec REP([forme mon])=[partition](2)
123; mon = (lgI coeI . I)
124
125(defun $degre (mon)
126  (if (or (constantp mon) (null mon)) 0
127      (+  (* (car mon) (cadr mon))
128          ($degre (cddr mon)))))
129
130;---------------------------------------------------------------------------
131; TESTE SI ON A AFFAIRE A UNE CONSTANTE APRES LE LECTEUR
132; termpart = REP([somme orbitale])
133
134; avec [somme orbitale] = (coe.[partition])
135
136(defun constante (termpart)
137  (or (null (cdr termpart))
138      (eval (cons 'and
139                  (mapcar #'(lambda (exposant) (eql 0 exposant))
140                           (cdr termpart))))))
141
142; avec [somme orbitale] = (longueur coe.[partition])
143; il suffit de tester si la longueur est nulle
144
145(defun lconstante (ltermpart) (eql 0 (car ltermpart)))
146
147; Calcul des longueurs de chaque partition contenue dans la liste listparts
148; sous forme [partition](2)
149
150(defun lgparts (ppart)
151  (mapcar #'(lambda (mon) (cons ($calculvar (cdr mon)) mon)) ppart))
152
153; Calcul de la longueur d'une partition I.
154; Pour [partition](1)
155
156(defun longueur (i)
157  (if (or (null i) (eql 0 (car i))) 0
158        (1+ (longueur (cdr i)))))
159
160; Pour [partition](2), pouvant se terminer par des 0.
161
162(defun $calculvar (i)
163  (if (or (null i) (eql 0 (car i))) 0
164        (+ (cadr i) ($calculvar (cddr i)))))
165
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 ...)
173
174(defun $lex (term1 term2)
175  (cond
176    ((null term1) t)
177    ((null term2) nil)
178    (t (let ((pui1 (car term1)) (nb1 (cadr term1)) (rest1 (cddr term1))
179             (pui2 (car term2)) (nb2 (cadr term2))
180             (rest2 (cddr term2)))
181         (cond
182           ((or (< pui1 pui2)
183                (and (eql pui1 pui2)
184                     (< nb1 nb2)))
185            t)
186           ((or (< pui2 pui1)
187                (< nb2 nb1))
188            nil)
189           (t ($lex rest1 rest2)))))))
190
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
194
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)) ($lex (cddr q) (cddr p)))
200    (t nil)))
201;----------------------------------------------------
202; le vrai ordre des longueurs q inferieur a p pour cet ordre : ;  p { q
203
204;(orlongsup '(2 a 2 1 3 1) '(1 a 4 1))
205;T
206
207;>(orlong '(2 a 2 1 3 1) '(1 a 4 1))
208;NIL
209;----------------------------------------------------
210
211(defun orlong (p q)
212  (cond
213    ((equal (cddr p) (cddr q)) nil)
214    ((< (car p) (car q)))
215    ((eql (car p) (car q)) ($lex (cddr p) (cddr q)))
216    (t nil)))
217
218(defun $orlong_cst (p q)
219  (cond
220    ((lconstante p))
221    ((lconstante q) nil)
222    (t (orlong p q))))
223
224; p > q
225
226(defun $e_lexinv_cst (mon1 mon2)
227  (cond
228    ((constante mon1))
229    ((constante mon2) nil)
230    (t ($e_lexinv mon1 mon2))))
231
232; p=(lg(I) coeI .I)
233
234(defun $e_lexinv (p q)
235  (and (not (equal (cddr p) (cddr q))) ($lex (cddr q) (cddr p))))
236
237; p < q
238; les constantes sont les + petites
239
240(defun $e_lex_cst (p q)
241  (cond
242    ((constante p))
243    ((constante q) nil)
244    (t ($e_lex p q))))
245
246(defun $e_lex (p q)
247  (and (not (equal (cddr p) (cddr q))) ($lex (cddr p) (cddr q))))
248
249; teste sur deux monomes en representation distribuee (i1 i2 ...)
250
251(defun lex_term (term1 term2)
252    (lex_mon (cdr term1) (cdr term2)))
253
254(defun lex_mon (m1 m2)
255  (and (not (equal m1 m2))
256       (catch 'trouve
257               (mapc #'(lambda (e1 e2)
258
259                      (or (eql e1 e2)
260                          (cond
261                            ((> e1 e2)
262                             (throw 'trouve t))
263                             (t (throw 'trouve nil)))))
264                   m1 m2))))
265
266;***************************************************************************
267;                           INTERFACE
268
269
270; Le lecteur utilise la fonction $distri_lect qui appelle distri_lecteur
271
272(defun lect ($pol $lvar)
273         (mapcar 'cdr
274                (cdr (meval (list '($distri_lect) $pol $lvar)))))
275
276;--------------------------------------------------------------------------
277;                    [ppart](i) lisp ==> [ppart](i) macsyma
278
279(defun macsy_list (llist)
280  (cons '(mlist) (mapcar #'(lambda (list) (cons '(mlist) list)) llist)))
281
282; sa recipropque :
283
284(defun mac2lisp (list) (mapcar 'cdr (cdr list)))
285;--------------------------------------------------------------------------
286;                    [ppart](i)  == > polynome macsyma
287
288; Si REP([pol]) =[ppart](1)
289; Pour une liste de polynomes.
290; Mais attention! Si on veut l'utiliser sous Macsyma, il faut
291; rajouter (MLIST SIMP) en car de la liste resultat.
292;--------------------------------------------------------------------------
293
294(defun ecrit_listpol (listpol lvar)
295  (mapcar #'(lambda (pol) (ecrit_pol pol lvar)) listpol))
296
297;--------------------------------------------------------------------------
298; Pour un polynome de plusieurs groupes de variables
299; en representation distribuee :
300; (c m1 m2 ... mp) ou mi est un monome en X^(i) .
301; Par exemple : mi=(3 4 1) represente U^3*V^4*W si X^(i)=(U,V,W).
302; llvar = (X^(1), ..., X^(p)) est une liste de listes de variables
303;--------------------------------------------------------------------------
304
305(defun multi_ecrit (pol llvar)
306  (cond
307    ((null (cdr pol))
308     (multi_ecrit_mon (caar pol) (cdr (car pol)) llvar))
309    (t ($fadd_sym
310              (mapcar #'(lambda (terme)
311                         (multi_ecrit_mon (car terme) (cdr terme)
312                             llvar))
313                      pol)))))
314
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 : $ecrivain_sym
331;--------------------------------------------------------------------------
332
333(defun ecrit_pol (ppart lvar)
334         (meval (list '($distri_ecrit)
335                             (macsy_list ppart) (cons '(mlist) lvar))))
336
337;--------------------------------------------------------------------------
338;    Si REP([pol]) = [ppart](2) on se ramene au cas precedent
339;--------------------------------------------------------------------------
340
341(defun 2ecrit (ppart lvar) (ecrit_pol (ch1repol ppart) lvar))
342
343;**************************************************************************
344;                CHANGEMENTS DES REPRESENTATIONS DE PARTITIONS
345;-----------------------------------------------------------------------
346; Fonction passant de [partition](1) a [partition](2)
347
348(defun ch2rep (partition1)
349  (and partition1 (not (eql 0 (car partition1)))
350       (ch2rep2 (cdr partition1) (list 1 (car partition1)))))
351
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))))))
361
362; Passer d'un polynome partitionne avec [partition](1) a [partition](2)
363
364(defun ch2repol (ppart)
365  (mapcar #'(lambda (tpart) (cons (car tpart) (ch2rep (cdr tpart))))
366          ppart))
367
368; PASSAGE DE [partition](2) a [partition](1)
369
370(defun ch1rep (partition2)
371  (and partition2
372       (ch1rep2 (cddr partition2)
373                (make-list (cadr partition2)
374                           :initial-element (car partition2)))))
375
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)))))
383
384; Maintenant passer d'un polynome partitionne avec [partition](2)
385; a un polynome partitionne avec [partition](1)
386
387(defun ch1repol (ppart)
388  (mapcar #'(lambda (tpart) (cons (car tpart) (ch1rep (cdr tpart))))
389          ppart))
390
391;------- Seconde methode
392; Passage de la premiere represensentation des partitions a la seconde
393; on ramene les cst sans partition associee
394
395; listM =(i1 i2 i3 ...ip) avec 0< i1 <= i2 <= ... <=ip
396
397(defun part (listm)
398  ($part2 (cdr listm) (cons (car listm) (cons 1 nil))))
399
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))))))
409
410(defun $cherchepui (mmon) (if (atom mmon) 1 (car (last mmon))))
411
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) $card))
422
423(defun card_orbit (partition card)
424  (nbperm0 card
425           (- card ($calculvar partition)); le nombre a la puissance 0
426           partition))
427
428(defun $multinomial (poids $partition)
429  (multinomial (nbperm2 1 poids 1 (cadr $partition)) (cddr $partition)))
430
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)))))
438
439(defun nbperm0 (card m0 part) (nbperm (nbperm2 1 card 1 m0) part))
440
441(defun nbperm (lpermn part)
442  (if (null part) (car lpermn)
443      (nbperm (nbperm2 (car lpermn) (cadr lpermn) 1 (cadr part))
444              (cddr part))))
445
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)))
453
454;------------------------------------------------------------------------
455;            Calcul du cardinal du stabilisateur d'une liste ordonnee
456; de paires ou de nombres dans l'ordre lexicographique croissant.
457
458(defmfun $card_stab ($part $egal) ($card_stab_init $part $egal))
459
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;------------------------------------------------------------------------
466
467(defun $card_stab_init ($part $egal)
468  (card_stab (cdr $part)
469             (find-symbol (string $egal))))
470
471(defun card_stab (s egal)
472  (let ((lmultip (sort (multiplicites s egal) '<)))
473       (prod_factor lmultip)))
474
475(defun multiplicites (s egal)
476  (multiplicites2 (cdr s) (car s) 1 nil egal))
477
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))))
486
487; l = (m1 m2 ... mp) croissante , on veut m1!m2!...mp!
488
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!)
492
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)))))
498
499(defun fact_recur (m1 m2 factm1)
500  (cond
501    ((eql m1 m2) factm1)
502    (t (* (finfact (1+ m1)
503                   m2
504                   (1+ m1))
505          factm1))))
506
507(defun finfact (i m2 finfactm2)
508  (cond
509    ((eql i m2) finfactm2)
510    (t (finfact (1+ i)
511                m2
512                (* (1+ i)
513                   finfactm2)))))
514
515(defun factorielle (n)
516  (cond
517    ((eql 0 n) 1)
518    (t (* n  (factorielle (1- n))))))
519
520;________________________________________________________________________
521
522;           OBTENIR TOUTES LES PERMUTATIONS D'UN NUPLET D'ENTIER
523;       (Philippe Esperet) remarque :
524;        VOIR FONCTIONS permutations et permutations_lex de MAXIMA
525;---------------------------------------------------------------------------
526
527(defun $lpermut (nuplet)
528  (cons '(mlist)
529        (mapcar #'(lambda (permu) (cons '(mlist) permu))
530                (permut (cdr nuplet)))))
531
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;======================================================================
538
539(defun $ele2polynome ($fct_elem $z)
540   (ele2polynome (cdr $fct_elem) $z))
541
542(defun ele2polynome (l_degre_$elem $z)
543  (genpoly2
544      (1- (car l_degre_$elem))
545      -1 ($exp_sym $z (car l_degre_$elem)) (cdr l_degre_$elem) $z))
546
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
560
561; fct_pui = (card p1 p2 ...)
562;=========================================================================
563
564(defun $pui2polynome ($var $fct_pui)
565    (pui2polynome $var (cdr $fct_pui)))
566
567(defun pui2polynome (variable fct_pui)
568   (let (($pui2ele '$girard))
569         (ele2polynome (cdr (meval (list '($pui2ele) (car fct_pui)
570                                 (cons '(mlist)  fct_pui))))
571             variable)))
572
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 $var)))
581
582(defun polynome2ele ($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))))
591                                             an)
592                             elem)))
593            ((= (1+ n) i) (cons n (nreverse elem))))))
594
595
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)))))))))
613
614;======================================================================
615
616(defun binomial (n p)
617      (meval (list '(%binomial) n p)))
618
619;======================================================================
620
621; la fonction maxote est commune a : treillis.lsp , resolvante.lsp, kak.lsp
622; voir dans util.lsp
623
624; ici difference avec le common-lisp de macsyma :
625;      / a la place de /! pour la division
626
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)))))))
633