Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Quelle  ctblauto.gi   Sprache: unbekannt

 
#############################################################################
##
##  This file is part of GAP, a system for computational discrete algebra.
##  This file's authors include Thomas Breuer.
##
##  Copyright of GAP belongs to its developers, whose names are too numerous
##  to list here. Please refer to the COPYRIGHT file for details.
##
##  SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
##
##  This file contains functions to calculate automorphisms of matrices,
##  e.g., the character matrices of character tables, and functions to
##  calculate permutations transforming the rows of a matrix to the rows of
##  another matrix.
##
##  *Note*:
##  The methods in this file do not use the partition backtrack techniques.
##  It would be desirable to translate them.
##


#############################################################################
##
#F  FamiliesOfRows( <mat>, <maps> )
##
InstallGlobalFunction( FamiliesOfRows, function( mat, maps )
    local j, k,          # loop variables
          famreps,       # (sorted) representatives for families
          permutations,  # list of perms for each family
          families,      # list of members of each family
          copyrow,       # sorted row
          permrow,       # permutation to sort the row
          pos,           # position in `famreps'
          famlengths,    # list of lengths of the families
          perm,          # permutation to sort
          row;           # loop over `maps'

    famreps:= [ ShallowCopy( mat[1] ) ];
    permutations:= [ [ Sortex( famreps[1] ) ] ];
    families:= [ [ 1 ] ];

    for j in [ 2 .. Length( mat ) ] do

      # Get a sorted version of the `j'-th row.
      copyrow := ShallowCopy( mat[j] );
      permrow := Sortex( copyrow );
      pos     := PositionSorted( famreps, copyrow );

      if IsBound( famreps[ pos ] ) and famreps[ pos ] = copyrow then

        # We have found a member of the `pos'-th family.
        Add( permutations[ pos ], permrow );
        Add( families[ pos ], j );

      else

        # We have found a member of a new family.
        for k in Reversed( [ pos .. Length( famreps ) ] ) do
          famreps[ k+1 ]:= famreps[k];
          permutations[ k+1 ]:= permutations[k];
          families[ k+1 ]:= families[k];
        od;
        famreps[ pos ]:= copyrow;
        permutations[ pos ]:= [ permrow ];
        families[ pos ]:= [ j ];

       fi;

    od;

    # Each row in `maps' is treated as a family of its own.
    j:= Length( mat );
    for row in maps do
      j:= j+1;
      Add( famreps, ShallowCopy( row ) );
      Add( permutations, [ Sortex( Last(famreps) ) ] );
      Add( families, [ j ] );
    od;

    # Sort the families according to their length, and adjust the data.
    famlengths:= [];
    for k in [ 1 .. Length( famreps ) ] do
      famlengths[k]:= Length( permutations[k] );
    od;
    perm:= Sortex( famlengths );
    famreps      := Permuted( famreps,      perm );
    permutations := Permuted( permutations, perm );
    families     := Permuted( families,     perm );

    # Return the result.
    return rec( famreps      := famreps,
                permutations := permutations,
                families     := families      );
end );


#############################################################################
##
#F  MatAutomorphismsFamily( <chainG>, <K>, <family>, <permutations> )
##
##  Let <chainG> be a stabilizer chain for a group $G$,
##  <K> a list of generators for a subgroup $K$ of $G$,
##  <family> a ...,
##  and <permutations> ... .
##
##  `MatAutomorphismsFamily' returns a stabilizer chain for the closure of
##  $K$ ...
##
##  for a family <rows> of rows with representative (i.e., sorted vector)
##  <famrep> and corresponding permutations
##  `Sortex(<rows>[j])=<permutations>[j]',
##  the group of column permutations in the group with stabilizer chain
##  <chainG> is computed that acts on
##  the set <rows>.
##
##  <family> is a list that distributes the columns into families:
##  Stabilizing <family> is equivalent to stabilizing <famrep>; so the
##  elements of <permutations> must be computed with respect to <family>, too.
##  Two columns <i>, <j> lie in the same family iff
##  `<family>[<i>] = <family>[<j>'.
##  (More precisely, <family>[i] is the list of all positions lying in the
##  same family as i.)
##
##  <K> is a list of permutation generators for a known subgroup of the
##  required group.
##
##  Note: The returned group has a base compatible with the base of $G$,
##        i.e. not a reduced base (used for "TransformingPermutationFamily")
##
BindGlobal( "MatAutomorphismsFamily",
    function( chainG, K, family, permutations )
    local famlength,             # number of rows in the family
          nonbase,               # points not in the base of `chainG'
          stabilizes,            # local function to check generators of $G$
          gen,                   # loop over `chainG.generators'
          chainK,                # compatible stabilizer chain of $K$
          allowed,               # new parameter for the backtrack search
          ElementPropertyCoset,  # local function to search in a coset
          FindSubgroupProperty;  # local function to extend the stab. chain

    famlength:= Length( permutations );

    # Select an optimal base that allows us to prune the tree efficiently.
    nonbase:= Difference( [ 1 .. Length( family) ],
                          BaseStabChain( chainG ) );

    # Call a modified version of `SubgroupProperty'.
    # Besides the parameter `K', we introduce the new parameter `allowed',
    # a list of same length as `permutations';
    # `allowed[<i>]' is the list of all <x> in `permutations' where the
    # constructed permutation can lie in
    # `permutations[<i>] * Stab( family> ) / <x>'.
    # Initially this is `permutations' itself, but `allowed' is updated
    # whenever an image of a base point is chosen.

    # Find a subgroup $U$ of $G$ which preserves the property <prop>,
    # i.e., $prop( x )$ implies $prop( x * u )$ for all $x \in G, u \in U$.
    # (Note:  This subgroup is changed in the algorithm, be careful!)
    # Make this subgroup as large as possible with reasonable effort!

    # Improvement in our special situation:
    # We may add those generators <gen> of $G$ that stabilize the whole row
    # family, i.e. for which holds
    # `<family>[i] = <family>[ i^ ( x^-1 * gen * x ) ]'.

    stabilizes:= function( family, gen, x )
      local i;
      for i in [ 1 .. Length( family ) ] do
        if family[ i^x ] <> family[ ( i^gen )^x ] then
          return false;
        fi;
      od;
      return true;
    end;

    K:= SSortedList( K );
    for gen in chainG.generators do
      if ForAll( permutations, x -> stabilizes( family, gen, x ) ) then
        AddSet( K, gen );
      fi;
    od;

    # Make the bases of the stabilizer chains compatible.
    chainK:= StabChainOp( GroupByGenerators( K, () ),
                          rec( base    := BaseStabChain( chainG ),
                               reduced := false ) );

    # Initialize `allowed'.
    allowed:= ListWithIdenticalEntries( famlength, permutations );

    # Search through the whole group $G = G * Id$ for an element with <prop>.

    # Search for an element in a coset $S * s$ of some stabilizer $S$ of $G$.
    # $L$ fixes $S*s$, i.e., $S*s*L = S*s$ and is a subgroup of the wanted
    # subgroup $K$, thus $prop( x )$ implies $prop( x*l )$ for all $l \in L$.

    # `S' is a stabilizer chain for $S$,
    # `L' is a list of generators for $L$.
    ElementPropertyCoset := function( S, s, L, allowed )

      local i, j, points, p, ss, LL, elm, newallowed, union;

      # If $S$ is the trivial group check whether $s$ has the property,
      # i.e., also the non-base points are mapped correctly.

      if IsEmpty( S.generators ) then
        for i in [ 1 .. famlength ] do
          for p in nonbase do
            allowed[i]:= Filtered( allowed[i],
                           x -> ( p^s )^x in family[ p^permutations[i] ] );
          od;
          if IsEmpty( allowed[i] ) then
            return fail;
          fi;
        od;
        return s;
      fi;

      # Make `points' a subset of $S.orbit ^ s$ of those points which
      # correspond to cosets that might contain elements satisfying <prop>.
      # Make this set as small as possible with reasonable effort!
      points:= SSortedList( OnTuples( S.orbit, s ) );

      # Improvement in our special situation:
      # For the basepoint `$b$ = S.orbit[1]' we have
      # $b \pi \in orbit \cap \bigcap_{i}
      # \bigcup_{\pi_j \in `allowed[i]'} [ family( b \pi_i ) ] \pi_j^{-1}$

      for i in [ 1 .. famlength ] do
        union:= [];
        for j in allowed[i] do
          UniteSet( union, List( family[ S.orbit[1] ^ permutations[i] ],
                                 x -> x / j ) );
        od;
        IntersectSet( points, union );
      od;

      # run through the points, i.e., through the cosets of the stabilizer.
      while not IsEmpty( points ) do

        # Take a point $p$.
        p:= points[1];

        # Find a coset representative,
        # i.e., $ss \in S$ with $S.orbit[1]^ss = p$.
        ss:= s;
        while S.orbit[1]^ss <> p do
          ss:= LeftQuotient( S.transversal[p/ss], ss );
        od;

        # Find a subgroup $LL$ of $L$ which fixes $S.stabilizer * ss$,
        # i.e., an approximation (subgroup) $LL$ of $Stabilizer( L, p )$.
        # note that $LL$ preserves <prop> since it is a subgroup of $L$.
        # Compute a better approximation, for example using base change.
        # `LL' is a list of generators of $LL$.
        LL:= Filtered( L, l -> p^l = p );

        # Search the coset $S.stabilizer * ss$ and return if successful.

        # In our special situation, we adjust `allowed':
        newallowed:= [];
        for i in [ 1 .. famlength ] do
          newallowed[i]:= Filtered( allowed[i], x -> p^x in
                              family[ S.orbit[1]^permutations[i] ] );
        od;

        elm:= ElementPropertyCoset( S.stabilizer, ss, LL, newallowed );
        if elm <> fail then return elm; fi;

        # If there was no element in $S.stab * Rep(p)$ satisfying <prop>
        # there can be none in $S.stab * Rep(p^l) = S.stab * Rep(p) * l$
        # for any $l \in L$ because $L$ preserves the property <prop>.
        # Thus we can remove the entire $L$ orbit of $p$ from the points.
        SubtractSet( points, OrbitPerms( L, p ) );

      od;

      # there is no element with the property <prop> in the coset  $S * s$.
      return fail;
    end;

    # Make $L$ the subgroup with the property of some stabilizer $S$ of $G$.
    # Upon entry $L$ is already a subgroup of this wanted subgroup.

    # `S' and `L' are stabilizer chains.
    FindSubgroupProperty := function( S, L, allowed )

      local i, j, points, p, ss, LL, elm, newallowed, union;

      # If $S$ is the trivial group, then so is $L$ and we are ready.
      if IsEmpty( S.generators ) then return; fi;

      # Improvement in our special situation:
      # Adjust `allowed' (we search in the stabilizer of `S.orbit[1]').

      newallowed:= [];
      for i in [ 1 .. famlength ] do
        newallowed[i]:= Filtered( allowed[i],
                                  x -> S.orbit[1]^x in
                                 family[ S.orbit[1]^permutations[i] ] );
      od;

      # Make $L.stab$ the full subgroup of $S.stab$ satisfying <prop>.
      FindSubgroupProperty( S.stabilizer, L.stabilizer, newallowed );

      # Add the generators of `L.stabilizer' to `L.generators',
      # update `orbit' and `transversal':
      for elm in L.stabilizer.generators do
        if not elm in L.generators then
          AddGeneratorsExtendSchreierTree( L, [ elm ] );
        fi;
      od;

      # Make `points' a subset of $S.orbit$ of those points which
      # correspond to cosets that might contain elements satisfying <prop>.
      # Make this set as small as possible with reasonable effort!
      points := SSortedList( S.orbit );

      # Improvement in our special situation:
      # For the basepoint `$b$ = S.orbit[1]', we have
      # $b \pi \in orbit \cap \bigcap_{i}
      # \bigcup_{j \in `allowed[i]'} [ family[ b \pi_i ] ] \pi_j^{-1}$.
      for i in [ 1 .. famlength ] do
        union:= [];
        for j in allowed[i] do
          UniteSet( union, List( family[ S.orbit[1] ^ permutations[i] ],
                                 x -> x / j ) );
        od;
        IntersectSet( points, union );
      od;

      # Suppose that $x \in S.stab * Rep(S.orbit[1]^l)$ satisfies <prop>,
      # since $S.stab*Rep(S.orbit[1]^l)=S.stab*l$ we have $x/l \in S.stab$.
      # Because $l \in L$ it follows that $x/l$ satisfies <prop> also, and
      # since $L.stab$ is the full subgroup of $S.stab$ satisfying <prop>
      # it follows that $x/l \in L.stab$ and so $x \in L.stab * l \<= L$.
      # thus we can remove the entire $L$ orbit of $p$ from the points.
      SubtractSet( points, OrbitPerms( L.generators, S.orbit[1] ) );

      # Run through the points, i.e., through the cosets of the stabilizer.
      while not IsEmpty( points ) do

        # Take a point $p$.
        p:= points[1];

        # Find a coset representative,
        # i.e., $ss  \in  S, S.orbit[1]^ss = p$.
        ss:= S.identity;
        while S.orbit[1]^ss <> p do
          ss:= LeftQuotient( S.transversal[p/ss], ss );
        od;

        # Find a subgroup $LL$ of $L$ which fixes $S.stabilizer * ss$,
        # i.e., an approximation (subgroup) $LL$ of $Stabilizer( L, p )$.
        # Note that $LL$ preserves <prop> since it is a subgroup of $L$.
        # Compute a better approximation, for example using base change.
        LL:= Filtered( L.generators, l -> p^l = p );

        # Search the coset $S.stabilizer * ss$ and add if successful.

        # Adjust `allowed'.
        newallowed:= [];
        for i in [ 1 .. famlength ] do
          newallowed[i]:= Filtered( allowed[i], x -> p^x in
                                   family[ S.orbit[1]^permutations[i] ] );
        od;

        elm:= ElementPropertyCoset( S.stabilizer, ss, LL, newallowed );
        if elm <> fail then
          AddGeneratorsExtendSchreierTree( L, [ elm ] );
        fi;

        # If there was no element in $S.stab * Rep(p)$ satisfying  <prop>
        # there can be none in  $S.stab * Rep(p^l) = S.stab * Rep(p) * l$
        # for any $l \in L$ because $L$ preserves  the  property  <prop>.
        # Thus we can remove the entire $L$ orbit of $p$ from the points.
        # <<this must be reformulated>>
        SubtractSet( points, OrbitPerms( L.generators, p ) );

      od;

      # There is no element with the property <prop> in the coset $S * s$.
      return;
    end;

    FindSubgroupProperty( chainG, chainK, allowed );
    return chainK;
end );


#############################################################################
##
#M  MatrixAutomorphisms( <mat>[, <maps>, <subgroup>] )
##
InstallMethod( MatrixAutomorphisms,
    "for a matrix",
    [ IsMatrix ],
    mat -> MatrixAutomorphisms( mat, [], Group( () ) ) );

InstallMethod( MatrixAutomorphisms,
    "for matrix, list of maps, and subgroup",
    [ IsMatrix, IsList, IsPermGroup ],
    function( mat, maps, subgroup )
    local fam,             # result of `FamiliesOfRows'
          nonfixedpoints,  # positions of not nec. fixed columns
          i, j, k,         # loop variables
          row,             # one row in `mat'
          colfam,          # current set of columns
          values,          # values of `row' on `colfam'
          G,               # current aut. group resp. its stabilizer chain

          famreps,
          permutations,
          support,
          family,
          famrep;

    # Step 0:
    # Check the arguments.

    if IsPermGroup( subgroup ) then
      subgroup:= SSortedList( GeneratorsOfGroup( subgroup ) );
    elif     IsList( subgroup )
         and ( IsEmpty( subgroup ) or IsPermCollection( subgroup ) ) then
      subgroup:= ShallowCopy( subgroup );
    else
      Error( "<subgroup> must be a permutation group" );
    fi;

    # Step 1:
    # Distribute the rows into row families.

    fam:= FamiliesOfRows( mat, maps );
    mat:= Concatenation( mat, maps );

    # Step 2:
    # Distribute the columns into families using only the fact that
    # row families of length 1 must be fixed by every automorphism.

    nonfixedpoints:= [ [ 1 .. Length( mat[1] ) ] ];
    i:= 1;
    while i <= Length( fam.famreps ) and Length( fam.families[i] ) = 1 do
      row:= mat[ fam.families[i][1] ];
      for j in [ 1 .. Length( nonfixedpoints ) ] do

        # Split `nonfixedpoints[j]' according to the entries of the vector.
        colfam:= nonfixedpoints[j];
        values:= Set( row{ colfam } );
        nonfixedpoints[j]:= Filtered( colfam, x -> row[x] = values[1] );
        for k in [ 2 .. Length( values ) ] do
          Add( nonfixedpoints, Filtered( colfam, x -> row[x] = values[k] ) );
        od;

      od;
      nonfixedpoints:= Filtered( nonfixedpoints, x -> 1 < Length(x) );
      i:= i+1;
    od;

    # Step 3:
    # Refine the column families using the fact that members of a family
    # must have the same sorted column in the restriction to every row
    # family.
    # Since trivial row families are already examined, we consider only
    # nontrivial ones.

    while i <= Length( fam.famreps ) do
      row:= MutableTransposedMat( mat{ fam.families[i] } );
      for j in row do
        Sort( j );
      od;
      for j in [ 1 .. Length( nonfixedpoints ) ] do
        colfam:= nonfixedpoints[j];
        values:= SSortedList( row{ colfam } );
        nonfixedpoints[j]:= Filtered( colfam, x -> row[x] = values[1] );
        for k in [ 2 .. Length( values ) ] do
          Add( nonfixedpoints, Filtered( colfam, x -> row[x] = values[k] ) );
        od;
      od;
      nonfixedpoints:= Filtered( nonfixedpoints, x -> 1 < Length(x) );
      i:= i+1;
    od;

    if IsEmpty( nonfixedpoints ) then
      Info( InfoMatrix, 2,
            "MatAutomorphisms: return trivial group without hard test" );
      return GroupByGenerators( [], () );
    fi;

    # Step 4:
    # Compute a direct product of symmetric groups that covers the
    # group of matrix automorphisms.

    G:= [];
    for i in nonfixedpoints do
      Add( G, ( i[1], i[2] ) );
      if 2 < Length( i ) then
        Add( G, MappingPermListList( i,
                    Concatenation( i{[2..Length(i)]}, [ i[1] ] ) ) );
      fi;
    od;
    G:= GroupByGenerators( G );

    # Step 5:
    # Enter the backtrack search for permutation groups.

    permutations:= fam.permutations;
    famreps:= fam.famreps;
    G:= StabChain( G );

    Info( InfoMatrix, 2,
          "MatAutomorphisms: There are ", Length( permutations ),
          " families (",
          Number( permutations, x -> Length(x) =1 ),
          " trivial)" );

    for i in [ 1 .. Length( famreps ) ] do
      if 1 < Length( permutations[i] ) then

        Info( InfoMatrix, 2,
              "MatAutomorphismsFamily called for family no. ", i );

        # First convert <famreps>[i] to `family': `family[<k>]' is the list
        # of all positions <j> in <famreps>[i] with
        # `<famreps>[i][<k>] = <famreps>[i][<j>]'.
        # So each permutation stabilizing <famreps>[i] will have to map <k>
        # to a point in `<family>[<k>]'.
        # (Note that <famreps>[i] is sorted.)

        famrep:= famreps[i];
        support:= Length( famrep );
        family:= [ ];
        j:= 1;
        while j <= support do
          family[j]:= [ j ];
          k:= j+1;
          while k <= support and famrep[k] = famrep[j] do
            Add( family[j], k );
            family[k]:= family[j];
            k:= k+1;
          od;
          j:= k;
        od;
        G:= MatAutomorphismsFamily( G, subgroup, family, permutations[i] );
        ReduceStabChain( G );

      fi;
    od;

    return GroupStabChain( G );
    end );


#############################################################################
##
#M  TableAutomorphisms( <tbl>, <characters> )
#M  TableAutomorphisms( <tbl>, <characters>, \"closed\" )
#M  TableAutomorphisms( <tbl>, <characters>, <subgroup> )
##
InstallMethod( TableAutomorphisms,
    "for a character table and a list of characters",
    [ IsCharacterTable, IsList ],
    function( tbl, characters )
    return TableAutomorphisms( tbl, characters, Group( () ) );
    end );

InstallMethod( TableAutomorphisms,
    "for a character table, a list of characters, and a string",
    [ IsCharacterTable, IsList, IsString ],
    function( tbl, characters, closed )

    if closed = "closed" then
      return TableAutomorphisms( tbl, characters,
                 GroupByGenerators( GaloisMat( TransposedMat( characters )
                     ).generators, () ) );
    else
      return TableAutomorphisms( tbl, characters, Group( () ) );
    fi;
    end );

InstallMethod( TableAutomorphisms,
    "for a character table, a list of characters, and a perm. group",
    [ IsCharacterTable, IsList, IsPermGroup ],
    function( tbl, characters, subgroup )
    local maut,         # matrix automorphisms of `characters'
                        # that respect element orders and centralizer orders
          gens,         # generators of `maut'
          nccl,         # no. of conjugacy classes of `tbl'
          powermap,     # list of relevant power maps
          admissible;   # generators that commute with all power maps

    # Compute the matrix automorphisms.
    maut:= MatrixAutomorphisms( characters,
                                [ OrdersClassRepresentatives( tbl ),
                                  SizesCentralizers( tbl ) ],
                                subgroup );
    gens:= GeneratorsOfGroup( maut );
    nccl:= NrConjugacyClasses( tbl );

    # Check whether all generators commute with all power maps.
    powermap:= List( PrimeDivisors( Size( tbl ) ),
                     p -> PowerMap( tbl, p ) );
    admissible:= Filtered( gens,
                           perm -> ForAll( powermap,
                                         x -> ForAll( [ 1 .. nccl ],
                                         y -> x[ y^perm ] = x[y]^perm ) ) );

    # If not all matrix automorphisms are admissible then
    # we compute the admissible subgroup with a second backtrack search
    # inside the group of matrix automorphisms, with the group generated
    # by the admissible matrix automorphisms as known subgroup.
    if Length( admissible ) <> Length( gens ) then

      Info( InfoMatrix, 2,
            "TableAutomorphisms: ",
            "not all matrix automorphisms admissible" );
      admissible:= SubgroupProperty( maut,
                       perm -> ForAll( powermap,
                                 x -> ForAll( [ 1 .. nccl ],
                                        y -> x[ y^perm ] = x[y]^perm ) ),
                                     GroupByGenerators( admissible, () ) );

    else
      admissible:= GroupByGenerators( admissible, () );
    fi;

    # Return the result.
    return admissible;
    end );


#############################################################################
##
#F  TransformingPermutationFamily( <G>,<K>,<fam1>,<fam2>,<bij_col>,<family> )
##
##  computes a transforming permutation of columns for equivalent families
##  of rows of two matrices.
##  (The parameters can be computed from the matrices <mat1>, <mat2> using
##  "FamiliesOfRows").
##
##  `TransformingPermutationFamily' returns either `false' or a record
##  with fields `permutation' and `group'.
##
##  <G>: group with the property that the transforming permutation lies in
##       the coset `<bij_col> * <G>'
##  <K>: a subgroup of the group of matrix automorphisms of <fam2> which is
##       contained in <G>, e.g. Aut( <mat2> )
##
##       Note: The bases of <G> and <K> must be compatible!!
##
##  <fam1>: the permutations mapping the rows of the family in <mat1> to the
##          representative (the so-called famrep)
##  <fam2>: the permutations mapping the rows of the family in mat2 to the
##          famrep
##  <bij_col>: permutation corresponding to the bijection of columns in mat1
##             and mat2
##  <family>: map that distributes the columns into families; two columns
##            <i>, <j> are in the same family iff
##            `<family>[<i>] = <family>[<j>]'.
##            <G> must stabilize <family>.
##            Note: Stabilizing the famrep is
##            equivalent to respecting <family>, so the calculation of
##            <fam1> and <fam2> must respect <family>, too!
##
BindGlobal( "TransformingPermutationFamily",
    function( chainG, K, fam1, fam2, bij_col, family )
    local permutations,           # translate `fam1' with `bij_col'
          allowed,                # list of lists of admissible points
          ElementPropertyCoset,   # local function to loop over a coset
          nonbase;                # list of nonbase points

    # Step a:
    # Replace permutations `p' in `fam1' by `bij_col^(-1) * p',
    # initialize `allowed'.

    permutations:= List( fam1, x -> LeftQuotient( bij_col, x ) );
    allowed:= ListWithIdenticalEntries( Length( fam1 ), fam2 );

    # Step b:
    # Define the local function `ElementProperty'.
    # It is exactly the same function as the one in `MatAutomorphismsFamily',
    # so we put it in here without comments.

    ElementPropertyCoset := function ( S, s, L, allowed )

      local i, j, points, p, ss, LL, elm, newallowed, union;

      if IsEmpty( S.generators ) then
        for i in [ 1 .. Length( permutations ) ] do
          for p in nonbase do
            allowed[i]:= Filtered( allowed[i],
                           x -> ( p^s )^x in family[ p^permutations[i] ] );
          od;
          if IsEmpty( allowed[i] ) then
            return fail;
          fi;
        od;
        return s;
      fi;

      points:= SSortedList( OnTuples( S.orbit, s ) );

      for i in [ 1 .. Length( permutations ) ] do
        union:= [];
        for j in allowed[i] do
          UniteSet( union, List( family[ S.orbit[1] ^ permutations[i] ],
                                 x -> x / j ) );
        od;
        IntersectSet( points, union );
      od;

      while not IsEmpty( points ) do

        p:= points[1];
        ss:= s;
        while S.orbit[1]^ss <> p do
          ss:= LeftQuotient( S.transversal[p/ss], ss );
        od;

        LL:= Filtered( L, l -> p^l = p );

        newallowed:= [];
        for i in [ 1 .. Length( allowed ) ] do
          newallowed[i]:= Filtered( allowed[i], x -> p^x in
                              family[ S.orbit[1]^permutations[i] ] );
        od;

        elm := ElementPropertyCoset( S.stabilizer, ss, LL, newallowed );
        if elm <> fail then return elm; fi;

        SubtractSet( points, OrbitPerms( L, p ) );

      od;

      return fail;
    end;

    # Compute a stabilizer chain for $G$.
    # Select an optimal base that allows us to prune  the  tree  efficiently!
    nonbase:= Difference( [ 1 .. Length( family ) ],
                          BaseStabChain( chainG ) );

    # Find a subgroup  $K$  of  $G$  which  preserves  the  property  <prop>,
    # i.e., $prop( x )$ implies $prop( x * k )$  for all  $x \in G, k \in K$.
    # Make this  subgroup  as  large  as  possible  with  reasonable  effort!

    # Search through the whole group $G = G * Id$ for an element with <prop>.
    return ElementPropertyCoset( chainG, (), K, allowed );
    end );


#############################################################################
##
#M  TransformingPermutations( <mat1>, <mat2> )
##
InstallMethod( TransformingPermutations,
    "for two matrices",
    [ IsMatrix, IsMatrix ],
    function( mat1, mat2 )
    local i, j, k,        # loop variables
          fam1,
          fam2,
          bijection,
          bij_col,        # current bijection of columns of the matrices
          G,
          family,
          nonfixedpoints,
          famrep,
          support,
          subgrp,
          trans,
          image,
          preimage,
          row1,
          row2,
          values;

    # Step 0:
    # Handle trivial cases.
    if Length( mat1 ) <> Length( mat2 ) then
      return fail;
    elif IsEmpty( mat1 ) then
      return rec( columns := (),
                  rows    := (),
                  group   := GroupByGenerators( [], () ) );
    fi;

    # Step 1:
    # Set up and check the bijection of row families using the fact that
    # sorted rows must be equal.
    # (Note that this is only a bijection of the representatives;
    # we do not need a physical bijection of the rows themselves)
    # Note that `FamiliesOfRows' first sorts families according to
    # the representative, and then sorts this list *stable* (using `Sortex')
    # according to the length of the family, so the bijection must
    # be the identity.

#T check invariants first (matrix dimensions!)
    fam1:= FamiliesOfRows( mat1, [] );
    fam2:= FamiliesOfRows( mat2, [] );
    if fam1.famreps <> fam2.famreps then
      Info( InfoMatrix, 2,
            "TransformingPermutations: no bijection of row families" );
      return fail;
    fi;

    # Step 2:
    # Initialize a bijection of column families using that row
    # families of length 1 must be in bijection, i.e. the column
    # families are constant on these rows.
    # We will have `bij_col[1][i]' in bijection with `bij_col[2][i]'.

    bij_col:= [];
    bij_col[1]:= [ [ 1 .. Length( mat1[1] ) ] ]; # trivial column families
    bij_col[2]:= [ [ 1 .. Length( mat1[1] ) ] ];

    for i in [ 1 .. Length( fam1.famreps ) ] do
      if Length( fam1.families[i] ) = 1 then
        row1:= mat1[ fam1.families[i][1] ];
        row2:= mat2[ fam2.families[i][1] ];
        for j in [ 1 .. Length( bij_col[1] ) ] do
          preimage:= bij_col[1][j];
          image:=    bij_col[2][j];
          values:= SSortedList( row1{ preimage } );
          if values <> SSortedList( row2{ image } ) then
            Info( InfoMatrix, 2,
                  "TransformingPermutations: ",
                  "no bijection of column families" );
            return fail;
          fi;
          bij_col[1][j]:= Filtered( preimage, x -> row1[x] = values[1] );
          bij_col[2][j]:= Filtered( image, x -> row2[x] = values[1] );
          if Length( bij_col[1][j] ) <> Length( bij_col[2][j] ) then
            Info( InfoMatrix, 2,
                  "TransformingPermutations: ",
                  "no bijection of column families" );
            return fail;
          fi;
          for k in [ 2 .. Length( values ) ] do
            Add( bij_col[1], Filtered( preimage,
                                       x -> row1[x] = values[k] ) );
            Add( bij_col[2], Filtered( image,
                                       x -> row2[x] = values[k] ) );
            if Length( Last(bij_col[1]) )
               <> Length( Last(bij_col[2]) ) then
              Info( InfoMatrix, 2,
                    "TransformingPermutations: ",
                    "no bijection of column families" );
              return fail;
            fi;
          od;
        od;
      fi;
    od;

    # Step 3:
    # Refine the column families and the bijection using that members
    # of a column family must have the same sorted column in the
    # restriction to every row family. Since the trivial row families
    # are already examined, now only use the nontrivial row families.
    # Except that now the values are sorted lists, the algorithm is
    # the same as in step 2.

    for i in [ 1 .. Length( fam1.famreps ) ] do
      if Length( fam1.families[i] ) > 1 then
        row1:= MutableTransposedMat( mat1{ fam1.families[i] } );
        row2:= MutableTransposedMat( mat2{ fam2.families[i] } );
        for j in row1 do Sort( j ); od;
        for j in row2 do Sort( j ); od;
        for j in [ 1 .. Length( bij_col[1] ) ] do
          preimage:= bij_col[1][j];
          image:=    bij_col[2][j];
          values:= SSortedList( row1{ preimage } );
          if values <> SSortedList( row2{ image } ) then
            Info( InfoMatrix, 2,
                  "TransformingPermutations: ",
                  "no bijection of column families" );
            return fail;
          fi;
          bij_col[1][j]:= Filtered( preimage,
                                    x -> row1[x] = values[1] );
          bij_col[2][j]:= Filtered( image,
                                    x -> row2[x] = values[1] );
          if Length( bij_col[1][j] ) <> Length( bij_col[2][j] ) then
            Info( InfoMatrix, 2,
                  "TransformingPermutations: ",
                  "no bijection of column families" );
            return fail;
          fi;
          for k in [ 2 .. Length( values ) ] do
            Add( bij_col[1], Filtered( preimage,
                                       x -> row1[x] = values[k] ) );
            Add( bij_col[2], Filtered( image,
                                       x -> row2[x] = values[k] ) );
            if Length( Last(bij_col[1]) )
               <> Length( Last(bij_col[2]) ) then
              Info( InfoMatrix, 2,
                    "TransformingPermutations: ",
                    "no bijection of column families" );
              return fail;
            fi;
          od;
        od;
      fi;
    od;

    # Choose an arbitrary bijection of columns
    # that respects the bijection of column families.

    bijection:= [];
    for i in [ 1 .. Length( bij_col[1] ) ] do
      for j in [ 1 .. Length( bij_col[1][i] ) ] do
        bijection[ bij_col[1][i][j] ]:= bij_col[2][i][j];
      od;
    od;
    nonfixedpoints:= Filtered( bij_col[2], x -> 1 < Length(x) );

    # Step 4:
    # Compute a direct prouct of symmetric groups that covers the
    # group of table automorphisms of mat2, using column families
    # given by `bij_col[2]'.

    G:= [];
    for i in nonfixedpoints do
      Add( G, ( i[1], i[2] ) );
      if 2 < Length( i ) then
        Add( G, MappingPermListList( i,
                    Concatenation( i{[2..Length(i)]}, [ i[1] ] ) ) );
      fi;
    od;
    G:= StabChain( GroupByGenerators( G, () ) );

    # Step 5:
    # Enter the backtrack search for permutation groups.

    Info( InfoMatrix, 2,
          "TransformingPermutations: start of backtrack search" );

    bij_col:= PermList( bijection );

    # Now loop over the row families;
    # first convert `famreps[i]' to `family';
    # `family[<k>]' is the list of all
    # positions <j> in `famreps[i]' with
    # `famreps[i][<k>] = famreps[i][<j>]'.
    # So each permutation stabilizing `famreps[i]' will have to map
    # <k> to a point in `family[<k>]'.
    # (Note that `famreps[i]' is sorted.)

    for i in [ 1 .. Length( fam1.famreps ) ] do
      if Length( fam1.permutations[i] ) > 1 then
        famrep:= fam1.famreps[i];
        support:= Length( famrep );
        family:= [ ];
        j:= 1;
        while j <= support do
          family[j]:= [ j ];
          k:= j+1;
          while k <= support and famrep[k] = famrep[j] do
            Add( family[j], k );
            family[k]:= family[j];
            k:= k+1;
          od;
          j:= k;
        od;
        subgrp:= MatAutomorphismsFamily( G, [], family,
                                         fam2.permutations[i] );
        trans:= TransformingPermutationFamily( G, subgrp.generators,
                               fam1.permutations[i],
                               fam2.permutations[i], bij_col,
                               family );
        if trans = fail then
          return fail;
        fi;
        G:= subgrp;
        ReduceStabChain( G );
        bij_col:= bij_col * trans;
      fi;
    od;

    # Return the result.
    return rec( columns := bij_col,
                rows    := Sortex( List( mat1, x -> Permuted( x, bij_col ) ) )
                           / Sortex( ShallowCopy( mat2 ) ),
                group   := GroupStabChain( G ) );
    end );


#############################################################################
##
#M  TransformingPermutationsCharacterTables( <tbl1>, <tbl2> )
##
InstallMethod( TransformingPermutationsCharacterTables,
    "for two character tables",
    [ IsCharacterTable, IsCharacterTable ],
    function( tbl1, tbl2 )
    local primes,        # prime divisors of the order of each table
          irr1, irr2,    # lists of irreducible characters of the tables
          trans,         # result record
          gens,          # generators of the matrix automorphisms of `tbl2'
          nccl,          # no. of conjugacy classes
          powermap1,     # list of power maps of `tbl1'
          powermap2,     # list of power maps of `tbl2'
          admissible,    # group of table automorphisms of `tbl2'
          pi, pi2,       # admissible column transformations
          prop,          # property used in `ElementProperty'
          orders1,       # element orders of `tbl1'
          orders2;       # element orders of `tbl2'

    # Shortcuts:
    # - If the group orders differ then return `fail'.
    # - If irreducibles are stored in the two tables and coincide,
    #   and if the power maps are known and equal then return the identity.
    primes:= PrimeDivisors( Size( tbl1 ) );
    if Size( tbl1 ) <> Size( tbl2 ) then
      return fail;
    elif HasIrr( tbl1 ) and HasIrr( tbl2 ) and Irr( tbl1 ) = Irr( tbl2 )
         and ForAll( primes, p -> IsBound( ComputedPowerMaps( tbl1 )[p] ) and
                                  IsBound( ComputedPowerMaps( tbl1 )[p] ) and
                                  ComputedPowerMaps( tbl1 )[p] =
                                  ComputedPowerMaps( tbl2 )[p] ) then
      if HasAutomorphismsOfTable( tbl1 ) then
        return rec( columns:= (),
                    rows:= (),
                    group:= AutomorphismsOfTable( tbl1 ) );
      else
        return rec( columns:= (),
                    rows:= (),
                    group:= AutomorphismsOfTable( tbl2 ) );
      fi;
    fi;

# change: TransformingPermutations: should not access Irr until
#         it is checked that centralizers and element orders match!
    irr1:= Irr( tbl1 );
    irr2:= Irr( tbl2 );

    # Compute the transformations between the matrices of irreducibles.
    trans:= TransformingPermutations( irr1, irr2 );
#T improve this: use element orders already here!
#T e.g. check sorted lists of el. orders as an invariant
    if trans = fail then
      return fail;
    fi;
    gens:= GeneratorsOfGroup( trans.group );
    nccl:= NrConjugacyClasses( tbl2 );

    # Compute the subgroup of table automorphisms of `tbl2' if it is not
    # yet stored.
    # Note that we know the group of matrix automorphisms already,
    # so we use the same method as in `TableAutomorphisms'.

    powermap1:= List( primes, p -> PowerMap( tbl1, p ) );
    powermap2:= List( primes, p -> PowerMap( tbl2, p ) );

    if HasAutomorphismsOfTable( tbl2 ) then
      admissible:= AutomorphismsOfTable( tbl2 );
    else

      admissible:= Filtered( gens,
                           perm -> ForAll( powermap2,
                                         x -> ForAll( [ 1 .. nccl ],
                                         y -> x[ y^perm ] = x[y]^perm ) ) );

      if Length( admissible ) = Length( gens ) then
        admissible:= trans.group;
      else
        Info( InfoCharacterTable, 2,
              "TransformingPermutationsCharTables: ",
              "not all matrix automorphisms admissible" );
        admissible:= SubgroupProperty( trans.group,
                         perm -> ForAll( powermap2,
                                   x -> ForAll( [ 1 .. nccl ],
                                          y -> x[y^perm] = x[y]^perm ) ),
                                       GroupByGenerators( admissible, () ) );
      fi;

      # Store the automorphisms.
      SetAutomorphismsOfTable( tbl2, admissible );

    fi;

    pi:= trans.columns;

    orders1:= OrdersClassRepresentatives( tbl1 );
    orders2:= OrdersClassRepresentatives( tbl2 );

    if ForAll( [ 1 .. Length( primes ) ],
               x -> ForAll( [ 1 .. nccl ],
                    y -> powermap2[x][ y^pi ] = powermap1[x][y]^pi ) )
       and Permuted( orders1, pi ) = orders2 then

      # `pi' itself respects the mappings.
      trans.group:= admissible;

    else

      # Look if there is a coset of `trans.group' over `admissible' that
      # consists of transforming permutations.
      prop:= s -> ForAll( [ 1 .. Length( primes ) ],
                          x -> ForAll( [ 1 .. nccl ], y ->
                powermap2[x][ (y^pi)^s ] = ( powermap1[x][y]^pi )^s ) )
             and Permuted( orders1, pi*s ) = orders2;

      pi2:= ElementProperty( trans.group, prop,
                TrivialSubgroup( trans.group ), admissible );
      if pi2 = fail then
        return fail;
      else
        trans:= rec( columns:= pi * pi2,
                     rows:= Sortex( List( irr1,
                                          x -> Permuted( x, pi * pi2 ) ) )
                            / Sortex( ShallowCopy( irr2 ) ),
                     group:= admissible  );
      fi;

    fi;

    # Return the result.
    return trans;
    end );

[ Dauer der Verarbeitung: 0.13 Sekunden  (vorverarbeitet)  ]

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....

Besucherstatistik

Besucherstatistik

Monitoring

Montastic status badge