check reduced grobner basis
This commit is contained in:
@@ -24,6 +24,30 @@ pub fn groebner_basis<V: Var>(generators: Vec<Poly<V>>) -> Vec<Poly<V>> {
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i += 1;
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i += 1;
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}
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}
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// Minimize: remove any g whose LM is divisible by LM(h) for some other h.
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let mut i = 0;
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while i < g.len() {
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let lm_i = g[i].leading_term_lex().unwrap().0.clone();
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let redundant =
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(0..g.len()).any(|j| j != i && lm_i.contains(&g[j].leading_term_lex().unwrap().0));
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if redundant {
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g.remove(i);
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} else {
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i += 1;
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}
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}
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// Interreduce: replace each generator with its normal form modulo the others.
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for i in 0..g.len() {
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let others: Vec<Poly<V>> = g
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.iter()
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.enumerate()
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.filter(|(j, _)| *j != i)
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.map(|(_, p)| p.clone())
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.collect();
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g[i] = reduce(&g[i], &others);
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}
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g
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g
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}
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}
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@@ -47,7 +71,7 @@ pub fn is_groebner_basis<V: Var>(basis: &[Poly<V>]) -> bool {
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/// by the leading monomial of any element in `basis`.
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/// by the leading monomial of any element in `basis`.
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///
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///
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/// Uses the pseudo-division remainder and repeats until stable.
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/// Uses the pseudo-division remainder and repeats until stable.
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fn reduce<V: Var>(f: &Poly<V>, basis: &[Poly<V>]) -> Poly<V> {
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pub(crate) fn reduce<V: Var>(f: &Poly<V>, basis: &[Poly<V>]) -> Poly<V> {
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let mut p = f.clone();
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let mut p = f.clone();
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'outer: loop {
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'outer: loop {
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@@ -4,6 +4,7 @@ use itertools::Itertools;
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use crate::fmt::{num_to_subscript, num_to_superscript};
|
use crate::fmt::{num_to_subscript, num_to_superscript};
|
||||||
use crate::poly::flat::{Mono, Poly};
|
use crate::poly::flat::{Mono, Poly};
|
||||||
|
use crate::poly::ideal::Ideal;
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use crate::poly::var::{StaticVar, Var};
|
use crate::poly::var::{StaticVar, Var};
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impl Display for StaticVar {
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impl Display for StaticVar {
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@@ -44,6 +45,20 @@ impl<V: Var> Display for Poly<V> {
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}
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}
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}
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}
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impl<V: Var, S> Display for Ideal<V, S> {
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fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
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write!(f, "<")?;
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||||||
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let mut iter = self.generators().iter();
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if let Some(first) = iter.next() {
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write!(f, "{first}")?;
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for p in iter {
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||||||
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write!(f, ", {p}")?;
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||||||
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}
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||||||
|
}
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||||||
|
write!(f, ">")
|
||||||
|
}
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||||||
|
}
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impl<V: Var> Display for Mono<V> {
|
impl<V: Var> Display for Mono<V> {
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||||||
fn fmt(&self, fmt: &mut fmt::Formatter<'_>) -> Result<(), fmt::Error> {
|
fn fmt(&self, fmt: &mut fmt::Formatter<'_>) -> Result<(), fmt::Error> {
|
||||||
write!(
|
write!(
|
||||||
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|||||||
66
src/poly/ideal.rs
Normal file
66
src/poly/ideal.rs
Normal file
@@ -0,0 +1,66 @@
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use std::marker::PhantomData;
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use super::buchberger;
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use super::flat::Poly;
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use super::var::Var;
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/// Marker: the ideal's generators are arbitrary polynomials.
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pub struct Generators;
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/// Marker: the ideal's generators form a Gröbner basis.
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pub struct GroebnerBasis;
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pub struct Ideal<V: Var, S> {
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generators: Vec<Poly<V>>,
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_state: PhantomData<S>,
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}
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impl<V: Var> Ideal<V, Generators> {
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pub fn new(generators: Vec<Poly<V>>) -> Self {
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Ideal {
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generators,
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_state: PhantomData,
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}
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}
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/// Computes a Gröbner basis for this ideal using Buchberger's algorithm.
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pub fn groebner_basis(self) -> Ideal<V, GroebnerBasis> {
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|
Ideal {
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|
generators: buchberger::groebner_basis(self.generators),
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|
_state: PhantomData,
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}
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}
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}
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|
impl<V: Var> Into<Ideal<V, GroebnerBasis>> for Ideal<V, Generators> {
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|
fn into(self) -> Ideal<V, GroebnerBasis> {
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|
self.groebner_basis()
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}
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}
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impl<V: Var> FromIterator<Poly<V>> for Ideal<V, Generators> {
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fn from_iter<T: IntoIterator<Item = Poly<V>>>(iter: T) -> Self {
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Ideal::new(iter.into_iter().collect())
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}
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}
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impl<V: Var, T: IntoIterator<Item = Poly<V>>> From<T> for Ideal<V, Generators> {
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||||||
|
fn from(iter: T) -> Self {
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||||||
|
iter.into_iter().collect()
|
||||||
|
}
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||||||
|
}
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||||||
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impl<V: Var, S> Ideal<V, S> {
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|
pub fn generators(&self) -> &[Poly<V>] {
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|
&self.generators
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||||||
|
}
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|
}
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|
impl<V: Var> Ideal<V, GroebnerBasis> {
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/// Returns `true` if `p` belongs to this ideal.
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///
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|
/// Reduces `p` modulo the Gröbner basis; membership holds iff the remainder is zero.
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pub fn contains(&self, p: &Poly<V>) -> bool {
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buchberger::reduce(p, &self.generators).is_zero()
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}
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|
}
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@@ -1,6 +1,7 @@
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pub mod buchberger;
|
pub mod buchberger;
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||||||
pub mod flat;
|
pub mod flat;
|
||||||
pub mod fmt;
|
pub mod fmt;
|
||||||
|
pub mod ideal;
|
||||||
pub mod ops;
|
pub mod ops;
|
||||||
pub mod var;
|
pub mod var;
|
||||||
|
|
||||||
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|||||||
@@ -1,5 +1,6 @@
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|||||||
use super::buchberger::{groebner_basis, is_groebner_basis};
|
use super::buchberger::{groebner_basis, is_groebner_basis};
|
||||||
use super::flat::{Mono, Poly, lex_cmp};
|
use super::flat::{Mono, Poly, lex_cmp};
|
||||||
|
use super::ideal::{Generators, GroebnerBasis, Ideal};
|
||||||
use super::var::StaticVar;
|
use super::var::StaticVar;
|
||||||
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||||||
#[test]
|
#[test]
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@@ -377,3 +378,87 @@ fn test_is_groebner_basis() {
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let basis = groebner_basis(vec![f, g]);
|
let basis = groebner_basis(vec![f, g]);
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assert!(is_groebner_basis(&basis));
|
assert!(is_groebner_basis(&basis));
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||||||
}
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}
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#[test]
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fn test_ideal() {
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// Construction from Vec and iterator
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let f: Poly<StaticVar> = [(1, [("x", 2)])].into();
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let g: Poly<StaticVar> = [(1, [("y", 1)])].into();
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||||||
|
let ideal = Ideal::new(vec![f.clone(), g.clone()]);
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||||||
|
assert_eq!(ideal.generators().len(), 2);
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||||||
|
let ideal: Ideal<StaticVar, Generators> = [f.clone(), g.clone()].into_iter().collect();
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||||||
|
assert_eq!(ideal.generators().len(), 2);
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||||||
|
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||||||
|
// Construction via From / .into()
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|
let ideal: Ideal<StaticVar, Generators> = vec![f.clone(), g.clone()].into();
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||||||
|
assert_eq!(ideal.generators().len(), 2);
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||||||
|
|
||||||
|
// Display: <x², y>
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let ideal = Ideal::new(vec![f, g]);
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||||||
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assert_eq!(ideal.to_string(), "<x\u{00B2}, y>");
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// groebner_basis transitions state and result satisfies the criterion
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let f: Poly<StaticVar> = [
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||||||
|
(1i32, Mono::from([("x", 2u32), ("y", 1u32)])),
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||||||
|
(-1i32, Mono::from([("x", 1u32)])),
|
||||||
|
]
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||||||
|
.into_iter()
|
||||||
|
.collect();
|
||||||
|
let g: Poly<StaticVar> = [
|
||||||
|
(1i32, Mono::from([("x", 1u32), ("y", 2u32)])),
|
||||||
|
(-1i32, Mono::from([("y", 1u32)])),
|
||||||
|
]
|
||||||
|
.into_iter()
|
||||||
|
.collect();
|
||||||
|
let ideal: Ideal<StaticVar, Generators> = [f, g].into_iter().collect();
|
||||||
|
let gb: Ideal<StaticVar, GroebnerBasis> = ideal.groebner_basis();
|
||||||
|
assert!(is_groebner_basis(gb.generators()));
|
||||||
|
}
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||||||
|
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||||||
|
#[test]
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fn test_groebner_sagemath() {
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// I = (x³ - 2xy, x²y - 2y² + x) ⊆ k[x, y]
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// grobner basis: {4y³, x - 2y²}
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// f1 = x³ - 2xy
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let f1: Poly<StaticVar> = [
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|
(1i32, Mono::from([("x", 3u32)])),
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||||||
|
(-2i32, Mono::from([("x", 1u32), ("y", 1u32)])),
|
||||||
|
]
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||||||
|
.into_iter()
|
||||||
|
.collect();
|
||||||
|
|
||||||
|
// f2 = x²y - 2y² + x
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||||||
|
let f2: Poly<StaticVar> = [
|
||||||
|
(1i32, Mono::from([("x", 2u32), ("y", 1u32)])),
|
||||||
|
(-2i32, Mono::from([("y", 2u32)])),
|
||||||
|
(1i32, Mono::from([("x", 1u32)])),
|
||||||
|
]
|
||||||
|
.into_iter()
|
||||||
|
.collect();
|
||||||
|
|
||||||
|
let gb = Ideal::new(vec![f1.clone(), f2.clone()]).groebner_basis();
|
||||||
|
|
||||||
|
assert!(is_groebner_basis(gb.generators()));
|
||||||
|
assert_eq!(gb.generators().len(), 2);
|
||||||
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||||||
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// -x + 2y²
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|
let neg_x_plus_2y2: Poly<StaticVar> = [
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||||||
|
(-1i32, Mono::from([("x", 1u32)])),
|
||||||
|
(2i32, Mono::from([("y", 2u32)])),
|
||||||
|
]
|
||||||
|
.into_iter()
|
||||||
|
.collect();
|
||||||
|
|
||||||
|
// -4y³
|
||||||
|
let neg_4y3: Poly<StaticVar> = [(-4i32, Mono::from([("y", 3u32)]))].into_iter().collect();
|
||||||
|
|
||||||
|
let expected = [neg_x_plus_2y2, neg_4y3];
|
||||||
|
for e in &expected {
|
||||||
|
assert!(
|
||||||
|
gb.generators()
|
||||||
|
.iter()
|
||||||
|
.any(|a| *a == *e || *a == -1i32 * e.clone())
|
||||||
|
);
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||||||
|
}
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|
}
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||||||
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|||||||
Reference in New Issue
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