Hide keyboard shortcuts

Hot-keys on this page

r m x p   toggle line displays

j k   next/prev highlighted chunk

0   (zero) top of page

1   (one) first highlighted chunk

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

181

182

183

184

185

186

187

188

189

190

191

192

193

194

195

196

197

198

199

200

201

202

203

204

205

206

207

208

209

210

211

212

213

214

215

216

217

218

219

220

221

222

223

224

225

226

227

228

229

230

231

232

233

234

235

236

237

238

239

240

241

242

243

244

245

246

247

248

249

250

251

252

253

254

255

256

257

258

259

260

261

262

263

264

265

266

267

268

269

270

271

272

273

274

275

276

277

278

279

280

281

282

283

284

285

286

287

288

289

290

291

292

293

294

295

296

297

298

299

300

301

302

303

304

305

306

307

308

309

310

311

312

313

314

315

316

317

318

319

320

321

322

323

324

325

326

327

328

329

330

331

332

333

334

335

336

337

338

339

340

341

342

343

344

345

346

347

348

349

350

351

352

353

354

355

356

357

358

359

360

361

362

363

364

365

366

367

368

369

370

371

372

373

374

375

376

377

378

379

380

381

382

383

384

385

386

387

388

389

390

391

392

393

394

395

396

397

398

399

400

401

402

403

404

405

406

407

408

409

410

411

412

413

414

415

416

417

418

419

420

421

422

423

424

425

426

427

428

429

430

431

432

433

434

435

436

437

438

439

440

441

442

443

444

445

446

447

448

449

450

451

452

453

454

455

456

457

458

459

460

461

462

463

464

465

466

467

468

469

470

471

472

473

474

475

476

477

478

479

480

481

482

483

484

485

486

487

488

489

490

491

492

493

494

495

496

497

498

499

500

501

502

503

504

505

506

507

508

509

510

511

512

513

514

515

516

517

518

519

520

521

522

523

524

525

526

527

528

529

530

531

532

533

534

535

536

537

538

539

540

541

542

543

544

545

546

547

548

549

550

551

552

553

554

555

556

557

558

559

560

561

562

563

564

565

566

567

568

569

570

571

572

573

574

575

576

577

578

579

580

581

582

583

584

585

586

587

588

589

590

591

592

593

594

595

596

597

598

599

600

601

602

603

604

605

606

607

608

609

610

611

612

613

614

615

616

617

618

619

620

621

622

623

624

625

626

627

628

629

630

631

632

633

634

635

636

637

638

639

640

641

642

643

644

645

646

647

648

649

650

651

652

653

654

655

656

657

658

659

660

661

662

663

664

665

666

667

668

669

670

671

672

673

674

675

676

677

678

679

680

681

682

683

684

685

686

687

688

689

690

691

692

693

694

695

696

697

698

699

700

701

702

703

704

705

706

707

708

709

710

711

712

713

714

715

716

717

718

719

720

721

722

723

724

725

726

727

728

729

730

731

732

733

734

735

736

737

738

739

740

741

742

743

744

745

746

747

748

749

750

751

752

753

754

755

756

757

758

759

760

761

762

763

764

765

766

767

768

769

770

771

772

773

774

775

776

777

778

779

780

781

782

783

784

785

786

787

788

789

790

791

792

793

794

795

796

797

798

799

800

801

802

803

804

805

806

807

808

809

810

811

812

813

814

815

816

817

818

819

820

821

822

823

824

825

826

827

828

829

830

831

832

833

834

835

836

837

838

839

840

841

842

843

844

845

846

847

848

849

850

851

852

853

854

855

856

857

858

859

860

861

862

863

864

865

866

867

868

869

870

871

872

873

874

875

876

877

878

879

880

881

882

883

884

885

886

887

888

889

890

891

892

893

894

895

896

897

898

899

900

901

902

903

904

905

906

907

908

909

910

911

912

913

914

915

916

917

918

919

920

921

922

923

924

925

926

927

928

929

930

931

932

933

934

935

936

937

938

939

940

941

942

943

944

945

946

947

948

949

950

951

952

953

954

955

956

957

958

959

960

961

962

963

964

965

966

967

968

969

970

971

972

973

974

975

976

977

978

979

980

981

982

983

984

985

986

987

988

989

990

991

992

993

994

995

996

997

998

999

1000

1001

1002

1003

1004

1005

1006

1007

1008

1009

1010

1011

1012

1013

1014

1015

1016

1017

1018

1019

1020

1021

1022

1023

1024

1025

1026

1027

1028

1029

1030

1031

1032

1033

1034

1035

1036

1037

1038

1039

1040

1041

1042

1043

1044

1045

1046

1047

1048

1049

1050

1051

1052

1053

1054

1055

1056

1057

1058

1059

1060

1061

1062

1063

1064

1065

1066

1067

1068

1069

1070

1071

1072

1073

1074

1075

1076

1077

1078

1079

1080

1081

1082

1083

1084

1085

1086

1087

1088

1089

1090

1091

1092

1093

1094

1095

1096

1097

1098

1099

1100

1101

1102

1103

1104

1105

1106

1107

1108

1109

1110

1111

1112

1113

1114

1115

1116

1117

1118

1119

1120

1121

1122

1123

1124

1125

1126

1127

1128

1129

1130

1131

1132

1133

1134

1135

1136

1137

1138

1139

1140

1141

1142

1143

1144

1145

1146

1147

1148

1149

1150

1151

1152

1153

1154

1155

1156

1157

1158

1159

1160

1161

1162

1163

1164

1165

1166

1167

1168

1169

1170

1171

1172

1173

1174

1175

1176

1177

1178

1179

1180

1181

1182

1183

1184

1185

1186

1187

1188

1189

1190

1191

1192

1193

1194

1195

1196

1197

1198

1199

1200

1201

1202

1203

1204

1205

1206

1207

1208

1209

1210

1211

1212

1213

1214

1215

1216

1217

1218

1219

1220

1221

1222

1223

1224

1225

1226

1227

1228

1229

1230

1231

1232

1233

1234

1235

1236

1237

1238

1239

1240

1241

1242

1243

1244

1245

1246

1247

1248

1249

1250

1251

1252

1253

1254

1255

1256

1257

1258

1259

1260

1261

1262

1263

1264

1265

1266

1267

1268

1269

1270

1271

1272

1273

1274

1275

1276

1277

1278

1279

1280

1281

1282

1283

1284

1285

1286

1287

1288

1289

1290

1291

1292

1293

1294

1295

1296

1297

1298

1299

1300

1301

1302

1303

1304

1305

1306

1307

1308

1309

1310

1311

1312

1313

1314

1315

1316

1317

1318

1319

1320

1321

1322

1323

1324

1325

1326

1327

1328

1329

1330

1331

1332

1333

1334

1335

1336

1337

1338

1339

1340

1341

1342

1343

1344

1345

1346

1347

1348

1349

1350

1351

1352

1353

1354

1355

1356

1357

1358

1359

1360

1361

1362

1363

1364

1365

1366

1367

1368

1369

1370

1371

1372

1373

1374

1375

1376

1377

1378

1379

1380

1381

1382

1383

1384

1385

1386

1387

1388

1389

1390

1391

1392

1393

1394

1395

1396

1397

1398

1399

1400

1401

1402

1403

1404

1405

1406

1407

1408

1409

1410

1411

1412

1413

1414

1415

1416

1417

1418

1419

1420

1421

1422

1423

1424

1425

1426

1427

1428

1429

1430

1431

1432

1433

1434

1435

1436

1437

1438

1439

1440

1441

1442

1443

1444

1445

1446

1447

1448

1449

1450

1451

1452

1453

1454

1455

1456

1457

1458

1459

1460

1461

1462

1463

1464

1465

1466

1467

1468

1469

1470

1471

1472

1473

1474

1475

1476

1477

1478

1479

1480

1481

1482

1483

1484

1485

1486

1487

1488

1489

1490

1491

1492

1493

1494

1495

1496

1497

1498

1499

1500

1501

1502

1503

1504

1505

1506

1507

1508

1509

1510

1511

1512

1513

1514

1515

1516

1517

1518

1519

1520

1521

1522

1523

1524

1525

1526

1527

1528

1529

1530

1531

1532

1533

1534

1535

1536

1537

1538

1539

1540

1541

1542

1543

1544

1545

1546

1547

1548

1549

1550

1551

1552

1553

1554

1555

1556

1557

1558

1559

1560

1561

1562

1563

1564

1565

1566

1567

1568

1569

1570

1571

1572

1573

1574

1575

1576

1577

1578

1579

1580

1581

1582

1583

1584

1585

1586

1587

1588

1589

1590

1591

1592

1593

1594

1595

1596

1597

1598

1599

1600

1601

1602

1603

1604

1605

1606

1607

1608

1609

1610

1611

1612

1613

1614

1615

1616

1617

1618

1619

1620

1621

1622

1623

1624

1625

1626

1627

1628

1629

1630

1631

1632

1633

1634

1635

1636

1637

1638

1639

from __future__ import print_function, division 

 

import random 

 

from sympy.core.basic import Basic 

from sympy.core.compatibility import is_sequence, as_int, range 

from sympy.core.function import count_ops 

from sympy.core.decorators import call_highest_priority 

from sympy.core.singleton import S 

from sympy.core.symbol import Symbol 

from sympy.core.sympify import sympify 

from sympy.functions.elementary.trigonometric import cos, sin 

from sympy.functions.elementary.miscellaneous import sqrt 

from sympy.simplify import simplify as _simplify 

from sympy.utilities.misc import filldedent 

from sympy.utilities.decorator import doctest_depends_on 

 

from sympy.matrices.matrices import (MatrixBase, 

    ShapeError, a2idx, classof) 

 

 

def _iszero(x): 

    """Returns True if x is zero.""" 

    return x.is_zero 

 

 

class DenseMatrix(MatrixBase): 

 

    is_MatrixExpr = False 

 

    _op_priority = 10.01 

    _class_priority = 4 

 

    def __getitem__(self, key): 

        """Return portion of self defined by key. If the key involves a slice 

        then a list will be returned (if key is a single slice) or a matrix 

        (if key was a tuple involving a slice). 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy import Matrix, I 

        >>> m = Matrix([ 

        ... [1, 2 + I], 

        ... [3, 4    ]]) 

 

        If the key is a tuple that doesn't involve a slice then that element 

        is returned: 

 

        >>> m[1, 0] 

        3 

 

        When a tuple key involves a slice, a matrix is returned. Here, the 

        first column is selected (all rows, column 0): 

 

        >>> m[:, 0] 

        Matrix([ 

        [1], 

        [3]]) 

 

        If the slice is not a tuple then it selects from the underlying 

        list of elements that are arranged in row order and a list is 

        returned if a slice is involved: 

 

        >>> m[0] 

        1 

        >>> m[::2] 

        [1, 3] 

        """ 

        if isinstance(key, tuple): 

            i, j = key 

            try: 

                i, j = self.key2ij(key) 

                return self._mat[i*self.cols + j] 

            except (TypeError, IndexError): 

                if isinstance(i, slice): 

                    # XXX remove list() when PY2 support is dropped 

                    i = list(range(self.rows))[i] 

                elif is_sequence(i): 

                    pass 

                else: 

                    i = [i] 

                if isinstance(j, slice): 

                    # XXX remove list() when PY2 support is dropped 

                    j = list(range(self.cols))[j] 

                elif is_sequence(j): 

                    pass 

                else: 

                    j = [j] 

                return self.extract(i, j) 

        else: 

            # row-wise decomposition of matrix 

            if isinstance(key, slice): 

                return self._mat[key] 

            return self._mat[a2idx(key)] 

 

    def __setitem__(self, key, value): 

        raise NotImplementedError() 

 

    @property 

    def is_Identity(self): 

        if not self.is_square: 

            return False 

        if not all(self[i, i] == 1 for i in range(self.rows)): 

            return False 

        for i in range(self.rows): 

            for j in range(i + 1, self.cols): 

                if self[i, j] or self[j, i]: 

                    return False 

        return True 

 

    def tolist(self): 

        """Return the Matrix as a nested Python list. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy import Matrix, ones 

        >>> m = Matrix(3, 3, range(9)) 

        >>> m 

        Matrix([ 

        [0, 1, 2], 

        [3, 4, 5], 

        [6, 7, 8]]) 

        >>> m.tolist() 

        [[0, 1, 2], [3, 4, 5], [6, 7, 8]] 

        >>> ones(3, 0).tolist() 

        [[], [], []] 

 

        When there are no rows then it will not be possible to tell how 

        many columns were in the original matrix: 

 

        >>> ones(0, 3).tolist() 

        [] 

 

        """ 

        if not self.rows: 

            return [] 

        if not self.cols: 

            return [[] for i in range(self.rows)] 

        return [self._mat[i: i + self.cols] 

            for i in range(0, len(self), self.cols)] 

 

    def row(self, i): 

        """Elementary row selector. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy import eye 

        >>> eye(2).row(0) 

        Matrix([[1, 0]]) 

 

        See Also 

        ======== 

 

        col 

        row_op 

        row_swap 

        row_del 

        row_join 

        row_insert 

        """ 

        return self[i, :] 

 

    def col(self, j): 

        """Elementary column selector. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy import eye 

        >>> eye(2).col(0) 

        Matrix([ 

        [1], 

        [0]]) 

 

        See Also 

        ======== 

 

        row 

        col_op 

        col_swap 

        col_del 

        col_join 

        col_insert 

        """ 

        return self[:, j] 

 

    def _eval_trace(self): 

        """Calculate the trace of a square matrix. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy.matrices import eye 

        >>> eye(3).trace() 

        3 

 

        """ 

        trace = 0 

        for i in range(self.cols): 

            trace += self._mat[i*self.cols + i] 

        return trace 

 

    def _eval_determinant(self): 

        return self.det() 

 

    def _eval_transpose(self): 

        """Matrix transposition. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy import Matrix, I 

        >>> m=Matrix(((1, 2+I), (3, 4))) 

        >>> m 

        Matrix([ 

        [1, 2 + I], 

        [3,     4]]) 

        >>> m.transpose() 

        Matrix([ 

        [    1, 3], 

        [2 + I, 4]]) 

        >>> m.T == m.transpose() 

        True 

 

        See Also 

        ======== 

 

        conjugate: By-element conjugation 

        """ 

        a = [] 

        for i in range(self.cols): 

            a.extend(self._mat[i::self.cols]) 

        return self._new(self.cols, self.rows, a) 

 

    def _eval_conjugate(self): 

        """By-element conjugation. 

 

        See Also 

        ======== 

 

        transpose: Matrix transposition 

        H: Hermite conjugation 

        D: Dirac conjugation 

        """ 

        out = self._new(self.rows, self.cols, 

                lambda i, j: self[i, j].conjugate()) 

        return out 

 

    def _eval_adjoint(self): 

        return self.T.C 

 

    def _eval_inverse(self, **kwargs): 

        """Return the matrix inverse using the method indicated (default 

        is Gauss elimination). 

 

        kwargs 

        ====== 

 

        method : ('GE', 'LU', or 'ADJ') 

        iszerofunc 

        try_block_diag 

 

        Notes 

        ===== 

 

        According to the ``method`` keyword, it calls the appropriate method: 

 

          GE .... inverse_GE(); default 

          LU .... inverse_LU() 

          ADJ ... inverse_ADJ() 

 

        According to the ``try_block_diag`` keyword, it will try to form block 

        diagonal matrices using the method get_diag_blocks(), invert these 

        individually, and then reconstruct the full inverse matrix. 

 

        Note, the GE and LU methods may require the matrix to be simplified 

        before it is inverted in order to properly detect zeros during 

        pivoting. In difficult cases a custom zero detection function can 

        be provided by setting the ``iszerosfunc`` argument to a function that 

        should return True if its argument is zero. The ADJ routine computes 

        the determinant and uses that to detect singular matrices in addition 

        to testing for zeros on the diagonal. 

 

        See Also 

        ======== 

 

        inverse_LU 

        inverse_GE 

        inverse_ADJ 

        """ 

        from sympy.matrices import diag 

 

        method = kwargs.get('method', 'GE') 

        iszerofunc = kwargs.get('iszerofunc', _iszero) 

        if kwargs.get('try_block_diag', False): 

            blocks = self.get_diag_blocks() 

            r = [] 

            for block in blocks: 

                r.append(block.inv(method=method, iszerofunc=iszerofunc)) 

            return diag(*r) 

 

        M = self.as_mutable() 

        if method == "GE": 

            rv = M.inverse_GE(iszerofunc=iszerofunc) 

        elif method == "LU": 

            rv = M.inverse_LU(iszerofunc=iszerofunc) 

        elif method == "ADJ": 

            rv = M.inverse_ADJ(iszerofunc=iszerofunc) 

        else: 

            # make sure to add an invertibility check (as in inverse_LU) 

            # if a new method is added. 

            raise ValueError("Inversion method unrecognized") 

        return self._new(rv) 

 

    def equals(self, other, failing_expression=False): 

        """Applies ``equals`` to corresponding elements of the matrices, 

        trying to prove that the elements are equivalent, returning True 

        if they are, False if any pair is not, and None (or the first 

        failing expression if failing_expression is True) if it cannot 

        be decided if the expressions are equivalent or not. This is, in 

        general, an expensive operation. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy.matrices import Matrix 

        >>> from sympy.abc import x 

        >>> from sympy import cos 

        >>> A = Matrix([x*(x - 1), 0]) 

        >>> B = Matrix([x**2 - x, 0]) 

        >>> A == B 

        False 

        >>> A.simplify() == B.simplify() 

        True 

        >>> A.equals(B) 

        True 

        >>> A.equals(2) 

        False 

 

        See Also 

        ======== 

        sympy.core.expr.equals 

        """ 

        try: 

            if self.shape != other.shape: 

                return False 

            rv = True 

            for i in range(self.rows): 

                for j in range(self.cols): 

                    ans = self[i, j].equals(other[i, j], failing_expression) 

                    if ans is False: 

                        return False 

                    elif ans is not True and rv is True: 

                        rv = ans 

            return rv 

        except AttributeError: 

            return False 

 

    def __eq__(self, other): 

        try: 

            if self.shape != other.shape: 

                return False 

            if isinstance(other, Matrix): 

                return self._mat == other._mat 

            elif isinstance(other, MatrixBase): 

                return self._mat == Matrix(other)._mat 

        except AttributeError: 

            return False 

 

    def __ne__(self, other): 

        return not self == other 

 

    def _cholesky(self): 

        """Helper function of cholesky. 

        Without the error checks. 

        To be used privately. """ 

        L = zeros(self.rows, self.rows) 

        for i in range(self.rows): 

            for j in range(i): 

                L[i, j] = (1 / L[j, j])*(self[i, j] - 

                    sum(L[i, k]*L[j, k] for k in range(j))) 

            L[i, i] = sqrt(self[i, i] - 

                    sum(L[i, k]**2 for k in range(i))) 

        return self._new(L) 

 

    def _LDLdecomposition(self): 

        """Helper function of LDLdecomposition. 

        Without the error checks. 

        To be used privately. 

        """ 

        D = zeros(self.rows, self.rows) 

        L = eye(self.rows) 

        for i in range(self.rows): 

            for j in range(i): 

                L[i, j] = (1 / D[j, j])*(self[i, j] - sum( 

                    L[i, k]*L[j, k]*D[k, k] for k in range(j))) 

            D[i, i] = self[i, i] - sum(L[i, k]**2*D[k, k] 

                for k in range(i)) 

        return self._new(L), self._new(D) 

 

    def _lower_triangular_solve(self, rhs): 

        """Helper function of function lower_triangular_solve. 

        Without the error checks. 

        To be used privately. 

        """ 

        X = zeros(self.rows, rhs.cols) 

        for j in range(rhs.cols): 

            for i in range(self.rows): 

                if self[i, i] == 0: 

                    raise TypeError("Matrix must be non-singular.") 

                X[i, j] = (rhs[i, j] - sum(self[i, k]*X[k, j] 

                    for k in range(i))) / self[i, i] 

        return self._new(X) 

 

    def _upper_triangular_solve(self, rhs): 

        """Helper function of function upper_triangular_solve. 

        Without the error checks, to be used privately. """ 

        X = zeros(self.rows, rhs.cols) 

        for j in range(rhs.cols): 

            for i in reversed(range(self.rows)): 

                if self[i, i] == 0: 

                    raise ValueError("Matrix must be non-singular.") 

                X[i, j] = (rhs[i, j] - sum(self[i, k]*X[k, j] 

                    for k in range(i + 1, self.rows))) / self[i, i] 

        return self._new(X) 

 

    def _diagonal_solve(self, rhs): 

        """Helper function of function diagonal_solve, 

        without the error checks, to be used privately. 

        """ 

        return self._new(rhs.rows, rhs.cols, lambda i, j: rhs[i, j] / self[i, i]) 

 

    def applyfunc(self, f): 

        """Apply a function to each element of the matrix. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy import Matrix 

        >>> m = Matrix(2, 2, lambda i, j: i*2+j) 

        >>> m 

        Matrix([ 

        [0, 1], 

        [2, 3]]) 

        >>> m.applyfunc(lambda i: 2*i) 

        Matrix([ 

        [0, 2], 

        [4, 6]]) 

 

        """ 

        if not callable(f): 

            raise TypeError("`f` must be callable.") 

 

        out = self._new(self.rows, self.cols, list(map(f, self._mat))) 

        return out 

 

    def reshape(self, rows, cols): 

        """Reshape the matrix. Total number of elements must remain the same. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy import Matrix 

        >>> m = Matrix(2, 3, lambda i, j: 1) 

        >>> m 

        Matrix([ 

        [1, 1, 1], 

        [1, 1, 1]]) 

        >>> m.reshape(1, 6) 

        Matrix([[1, 1, 1, 1, 1, 1]]) 

        >>> m.reshape(3, 2) 

        Matrix([ 

        [1, 1], 

        [1, 1], 

        [1, 1]]) 

 

        """ 

        if len(self) != rows*cols: 

            raise ValueError("Invalid reshape parameters %d %d" % (rows, cols)) 

        return self._new(rows, cols, lambda i, j: self._mat[i*cols + j]) 

 

    def as_mutable(self): 

        """Returns a mutable version of this matrix 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy import ImmutableMatrix 

        >>> X = ImmutableMatrix([[1, 2], [3, 4]]) 

        >>> Y = X.as_mutable() 

        >>> Y[1, 1] = 5 # Can set values in Y 

        >>> Y 

        Matrix([ 

        [1, 2], 

        [3, 5]]) 

        """ 

        return Matrix(self) 

 

    def as_immutable(self): 

        """Returns an Immutable version of this Matrix 

        """ 

        from .immutable import ImmutableMatrix as cls 

        if self.rows and self.cols: 

            return cls._new(self.tolist()) 

        return cls._new(self.rows, self.cols, []) 

 

    @classmethod 

    def zeros(cls, r, c=None): 

        """Return an r x c matrix of zeros, square if c is omitted.""" 

        c = r if c is None else c 

        r = as_int(r) 

        c = as_int(c) 

        return cls._new(r, c, [cls._sympify(0)]*r*c) 

 

    @classmethod 

    def eye(cls, n): 

        """Return an n x n identity matrix.""" 

        n = as_int(n) 

        mat = [cls._sympify(0)]*n*n 

        mat[::n + 1] = [cls._sympify(1)]*n 

        return cls._new(n, n, mat) 

 

    ############################ 

    # Mutable matrix operators # 

    ############################ 

 

    @call_highest_priority('__radd__') 

    def __add__(self, other): 

        return super(DenseMatrix, self).__add__(_force_mutable(other)) 

 

    @call_highest_priority('__add__') 

    def __radd__(self, other): 

        return super(DenseMatrix, self).__radd__(_force_mutable(other)) 

 

    @call_highest_priority('__rsub__') 

    def __sub__(self, other): 

        return super(DenseMatrix, self).__sub__(_force_mutable(other)) 

 

    @call_highest_priority('__sub__') 

    def __rsub__(self, other): 

        return super(DenseMatrix, self).__rsub__(_force_mutable(other)) 

 

    @call_highest_priority('__rmul__') 

    def __mul__(self, other): 

        return super(DenseMatrix, self).__mul__(_force_mutable(other)) 

 

    @call_highest_priority('__mul__') 

    def __rmul__(self, other): 

        return super(DenseMatrix, self).__rmul__(_force_mutable(other)) 

 

    @call_highest_priority('__div__') 

    def __div__(self, other): 

        return super(DenseMatrix, self).__div__(_force_mutable(other)) 

 

    @call_highest_priority('__truediv__') 

    def __truediv__(self, other): 

        return super(DenseMatrix, self).__truediv__(_force_mutable(other)) 

 

    @call_highest_priority('__rpow__') 

    def __pow__(self, other): 

        return super(DenseMatrix, self).__pow__(other) 

 

    @call_highest_priority('__pow__') 

    def __rpow__(self, other): 

        raise NotImplementedError("Matrix Power not defined") 

 

 

def _force_mutable(x): 

    """Return a matrix as a Matrix, otherwise return x.""" 

    if getattr(x, 'is_Matrix', False): 

        return x.as_mutable() 

    elif isinstance(x, Basic): 

        return x 

    elif hasattr(x, '__array__'): 

        a = x.__array__() 

        if len(a.shape) == 0: 

            return sympify(a) 

        return Matrix(x) 

    return x 

 

 

class MutableDenseMatrix(DenseMatrix, MatrixBase): 

    @classmethod 

    def _new(cls, *args, **kwargs): 

        rows, cols, flat_list = cls._handle_creation_inputs(*args, **kwargs) 

        self = object.__new__(cls) 

        self.rows = rows 

        self.cols = cols 

        self._mat = list(flat_list)  # create a shallow copy 

        return self 

 

    def __new__(cls, *args, **kwargs): 

        return cls._new(*args, **kwargs) 

 

    def as_mutable(self): 

        return self.copy() 

 

    def __setitem__(self, key, value): 

        """ 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy import Matrix, I, zeros, ones 

        >>> m = Matrix(((1, 2+I), (3, 4))) 

        >>> m 

        Matrix([ 

        [1, 2 + I], 

        [3,     4]]) 

        >>> m[1, 0] = 9 

        >>> m 

        Matrix([ 

        [1, 2 + I], 

        [9,     4]]) 

        >>> m[1, 0] = [[0, 1]] 

 

        To replace row r you assign to position r*m where m 

        is the number of columns: 

 

        >>> M = zeros(4) 

        >>> m = M.cols 

        >>> M[3*m] = ones(1, m)*2; M 

        Matrix([ 

        [0, 0, 0, 0], 

        [0, 0, 0, 0], 

        [0, 0, 0, 0], 

        [2, 2, 2, 2]]) 

 

        And to replace column c you can assign to position c: 

 

        >>> M[2] = ones(m, 1)*4; M 

        Matrix([ 

        [0, 0, 4, 0], 

        [0, 0, 4, 0], 

        [0, 0, 4, 0], 

        [2, 2, 4, 2]]) 

        """ 

        rv = self._setitem(key, value) 

        if rv is not None: 

            i, j, value = rv 

            self._mat[i*self.cols + j] = value 

 

    def copyin_matrix(self, key, value): 

        """Copy in values from a matrix into the given bounds. 

 

        Parameters 

        ========== 

 

        key : slice 

            The section of this matrix to replace. 

        value : Matrix 

            The matrix to copy values from. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy.matrices import Matrix, eye 

        >>> M = Matrix([[0, 1], [2, 3], [4, 5]]) 

        >>> I = eye(3) 

        >>> I[:3, :2] = M 

        >>> I 

        Matrix([ 

        [0, 1, 0], 

        [2, 3, 0], 

        [4, 5, 1]]) 

        >>> I[0, 1] = M 

        >>> I 

        Matrix([ 

        [0, 0, 1], 

        [2, 2, 3], 

        [4, 4, 5]]) 

 

        See Also 

        ======== 

 

        copyin_list 

        """ 

        rlo, rhi, clo, chi = self.key2bounds(key) 

        shape = value.shape 

        dr, dc = rhi - rlo, chi - clo 

        if shape != (dr, dc): 

            raise ShapeError(filldedent("The Matrix `value` doesn't have the " 

                "same dimensions " 

                "as the in sub-Matrix given by `key`.")) 

 

        for i in range(value.rows): 

            for j in range(value.cols): 

                self[i + rlo, j + clo] = value[i, j] 

 

    def copyin_list(self, key, value): 

        """Copy in elements from a list. 

 

        Parameters 

        ========== 

 

        key : slice 

            The section of this matrix to replace. 

        value : iterable 

            The iterable to copy values from. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy.matrices import eye 

        >>> I = eye(3) 

        >>> I[:2, 0] = [1, 2] # col 

        >>> I 

        Matrix([ 

        [1, 0, 0], 

        [2, 1, 0], 

        [0, 0, 1]]) 

        >>> I[1, :2] = [[3, 4]] 

        >>> I 

        Matrix([ 

        [1, 0, 0], 

        [3, 4, 0], 

        [0, 0, 1]]) 

 

        See Also 

        ======== 

 

        copyin_matrix 

        """ 

        if not is_sequence(value): 

            raise TypeError("`value` must be an ordered iterable, not %s." % type(value)) 

        return self.copyin_matrix(key, Matrix(value)) 

 

    def zip_row_op(self, i, k, f): 

        """In-place operation on row ``i`` using two-arg functor whose args are 

        interpreted as ``(self[i, j], self[k, j])``. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy.matrices import eye 

        >>> M = eye(3) 

        >>> M.zip_row_op(1, 0, lambda v, u: v + 2*u); M 

        Matrix([ 

        [1, 0, 0], 

        [2, 1, 0], 

        [0, 0, 1]]) 

 

        See Also 

        ======== 

        row 

        row_op 

        col_op 

 

        """ 

        i0 = i*self.cols 

        k0 = k*self.cols 

 

        ri = self._mat[i0: i0 + self.cols] 

        rk = self._mat[k0: k0 + self.cols] 

 

        self._mat[i0: i0 + self.cols] = [ f(x, y) for x, y in zip(ri, rk) ] 

 

    def row_op(self, i, f): 

        """In-place operation on row ``i`` using two-arg functor whose args are 

        interpreted as ``(self[i, j], j)``. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy.matrices import eye 

        >>> M = eye(3) 

        >>> M.row_op(1, lambda v, j: v + 2*M[0, j]); M 

        Matrix([ 

        [1, 0, 0], 

        [2, 1, 0], 

        [0, 0, 1]]) 

 

        See Also 

        ======== 

        row 

        zip_row_op 

        col_op 

 

        """ 

        i0 = i*self.cols 

        ri = self._mat[i0: i0 + self.cols] 

        self._mat[i0: i0 + self.cols] = [ f(x, j) for x, j in zip(ri, list(range(self.cols))) ] 

 

    def col_op(self, j, f): 

        """In-place operation on col j using two-arg functor whose args are 

        interpreted as (self[i, j], i). 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy.matrices import eye 

        >>> M = eye(3) 

        >>> M.col_op(1, lambda v, i: v + 2*M[i, 0]); M 

        Matrix([ 

        [1, 2, 0], 

        [0, 1, 0], 

        [0, 0, 1]]) 

 

        See Also 

        ======== 

        col 

        row_op 

        """ 

        self._mat[j::self.cols] = [f(*t) for t in list(zip(self._mat[j::self.cols], list(range(self.rows))))] 

 

    def row_swap(self, i, j): 

        """Swap the two given rows of the matrix in-place. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy.matrices import Matrix 

        >>> M = Matrix([[0, 1], [1, 0]]) 

        >>> M 

        Matrix([ 

        [0, 1], 

        [1, 0]]) 

        >>> M.row_swap(0, 1) 

        >>> M 

        Matrix([ 

        [1, 0], 

        [0, 1]]) 

 

        See Also 

        ======== 

 

        row 

        col_swap 

        """ 

        for k in range(0, self.cols): 

            self[i, k], self[j, k] = self[j, k], self[i, k] 

 

    def col_swap(self, i, j): 

        """Swap the two given columns of the matrix in-place. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy.matrices import Matrix 

        >>> M = Matrix([[1, 0], [1, 0]]) 

        >>> M 

        Matrix([ 

        [1, 0], 

        [1, 0]]) 

        >>> M.col_swap(0, 1) 

        >>> M 

        Matrix([ 

        [0, 1], 

        [0, 1]]) 

 

        See Also 

        ======== 

 

        col 

        row_swap 

        """ 

        for k in range(0, self.rows): 

            self[k, i], self[k, j] = self[k, j], self[k, i] 

 

    def row_del(self, i): 

        """Delete the given row. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy.matrices import eye 

        >>> M = eye(3) 

        >>> M.row_del(1) 

        >>> M 

        Matrix([ 

        [1, 0, 0], 

        [0, 0, 1]]) 

 

        See Also 

        ======== 

 

        row 

        col_del 

        """ 

        if i < -self.rows or i >= self.rows: 

            raise IndexError("Index out of range: 'i = %s', valid -%s <= i < %s" % (i, self.rows, self.rows)) 

        del self._mat[i*self.cols:(i+1)*self.cols] 

        self.rows -= 1 

 

    def col_del(self, i): 

        """Delete the given column. 

 

        Examples 

        ======== 

 

        >>> from sympy.matrices import eye 

        >>> M = eye(3) 

        >>> M.col_del(1) 

        >>> M 

        Matrix([ 

        [1, 0], 

        [0, 0], 

        [0, 1]]) 

 

        See Also 

        ======== 

 

        col 

        row_del 

        """ 

        if i < -self.cols or i >= self.cols: 

            raise IndexError("Index out of range: 'i=%s', valid -%s <= i < %s" % (i, self.cols, self.cols)) 

        for j in range(self.rows - 1, -1, -1): 

            del self._mat[i + j*self.cols] 

        self.cols -= 1 

 

    # Utility functions 

    def simplify(self, ratio=1.7, measure=count_ops): 

        """Applies simplify to the elements of a matrix in place. 

 

        This is a shortcut for M.applyfunc(lambda x: simplify(x, ratio, measure)) 

 

        See Also 

        ======== 

 

        sympy.simplify.simplify.simplify 

        """ 

        for i in range(len(self._mat)): 

            self._mat[i] = _simplify(self._mat[i], ratio=ratio, 

                                     measure=measure) 

 

    def fill(self, value): 

        """Fill the matrix with the scalar value. 

 

        See Also 

        ======== 

 

        zeros 

        ones 

        """ 

        self._mat = [value]*len(self) 

 

MutableMatrix = Matrix = MutableDenseMatrix 

 

########### 

# Numpy Utility Functions: 

# list2numpy, matrix2numpy, symmarray, rot_axis[123] 

########### 

 

 

def list2numpy(l, dtype=object):  # pragma: no cover 

    """Converts python list of SymPy expressions to a NumPy array. 

 

    See Also 

    ======== 

 

    matrix2numpy 

    """ 

    from numpy import empty 

    a = empty(len(l), dtype) 

    for i, s in enumerate(l): 

        a[i] = s 

    return a 

 

 

def matrix2numpy(m, dtype=object):  # pragma: no cover 

    """Converts SymPy's matrix to a NumPy array. 

 

    See Also 

    ======== 

 

    list2numpy 

    """ 

    from numpy import empty 

    a = empty(m.shape, dtype) 

    for i in range(m.rows): 

        for j in range(m.cols): 

            a[i, j] = m[i, j] 

    return a 

 

@doctest_depends_on(modules=('numpy',)) 

def symarray(prefix, shape):  # pragma: no cover 

    """Create a numpy ndarray of symbols (as an object array). 

 

    The created symbols are named ``prefix_i1_i2_``...  You should thus provide a 

    non-empty prefix if you want your symbols to be unique for different output 

    arrays, as SymPy symbols with identical names are the same object. 

 

    Parameters 

    ---------- 

 

    prefix : string 

      A prefix prepended to the name of every symbol. 

 

    shape : int or tuple 

      Shape of the created array.  If an int, the array is one-dimensional; for 

      more than one dimension the shape must be a tuple. 

 

    Examples 

    ======== 

    These doctests require numpy. 

 

    >>> from sympy import symarray 

    >>> symarray('', 3) 

    [_0 _1 _2] 

 

    If you want multiple symarrays to contain distinct symbols, you *must* 

    provide unique prefixes: 

 

    >>> a = symarray('', 3) 

    >>> b = symarray('', 3) 

    >>> a[0] == b[0] 

    True 

    >>> a = symarray('a', 3) 

    >>> b = symarray('b', 3) 

    >>> a[0] == b[0] 

    False 

 

    Creating symarrays with a prefix: 

 

    >>> symarray('a', 3) 

    [a_0 a_1 a_2] 

 

    For more than one dimension, the shape must be given as a tuple: 

 

    >>> symarray('a', (2, 3)) 

    [[a_0_0 a_0_1 a_0_2] 

     [a_1_0 a_1_1 a_1_2]] 

    >>> symarray('a', (2, 3, 2)) 

    [[[a_0_0_0 a_0_0_1] 

      [a_0_1_0 a_0_1_1] 

      [a_0_2_0 a_0_2_1]] 

    <BLANKLINE> 

     [[a_1_0_0 a_1_0_1] 

      [a_1_1_0 a_1_1_1] 

      [a_1_2_0 a_1_2_1]]] 

 

    """ 

    from numpy import empty, ndindex 

    arr = empty(shape, dtype=object) 

    for index in ndindex(shape): 

        arr[index] = Symbol('%s_%s' % (prefix, '_'.join(map(str, index)))) 

    return arr 

 

 

def rot_axis3(theta): 

    """Returns a rotation matrix for a rotation of theta (in radians) about 

    the 3-axis. 

 

    Examples 

    ======== 

 

    >>> from sympy import pi 

    >>> from sympy.matrices import rot_axis3 

 

    A rotation of pi/3 (60 degrees): 

 

    >>> theta = pi/3 

    >>> rot_axis3(theta) 

    Matrix([ 

    [       1/2, sqrt(3)/2, 0], 

    [-sqrt(3)/2,       1/2, 0], 

    [         0,         0, 1]]) 

 

    If we rotate by pi/2 (90 degrees): 

 

    >>> rot_axis3(pi/2) 

    Matrix([ 

    [ 0, 1, 0], 

    [-1, 0, 0], 

    [ 0, 0, 1]]) 

 

    See Also 

    ======== 

 

    rot_axis1: Returns a rotation matrix for a rotation of theta (in radians) 

        about the 1-axis 

    rot_axis2: Returns a rotation matrix for a rotation of theta (in radians) 

        about the 2-axis 

    """ 

    ct = cos(theta) 

    st = sin(theta) 

    lil = ((ct, st, 0), 

           (-st, ct, 0), 

           (0, 0, 1)) 

    return Matrix(lil) 

 

 

def rot_axis2(theta): 

    """Returns a rotation matrix for a rotation of theta (in radians) about 

    the 2-axis. 

 

    Examples 

    ======== 

 

    >>> from sympy import pi 

    >>> from sympy.matrices import rot_axis2 

 

    A rotation of pi/3 (60 degrees): 

 

    >>> theta = pi/3 

    >>> rot_axis2(theta) 

    Matrix([ 

    [      1/2, 0, -sqrt(3)/2], 

    [        0, 1,          0], 

    [sqrt(3)/2, 0,        1/2]]) 

 

    If we rotate by pi/2 (90 degrees): 

 

    >>> rot_axis2(pi/2) 

    Matrix([ 

    [0, 0, -1], 

    [0, 1,  0], 

    [1, 0,  0]]) 

 

    See Also 

    ======== 

 

    rot_axis1: Returns a rotation matrix for a rotation of theta (in radians) 

        about the 1-axis 

    rot_axis3: Returns a rotation matrix for a rotation of theta (in radians) 

        about the 3-axis 

    """ 

    ct = cos(theta) 

    st = sin(theta) 

    lil = ((ct, 0, -st), 

           (0, 1, 0), 

           (st, 0, ct)) 

    return Matrix(lil) 

 

 

def rot_axis1(theta): 

    """Returns a rotation matrix for a rotation of theta (in radians) about 

    the 1-axis. 

 

    Examples 

    ======== 

 

    >>> from sympy import pi 

    >>> from sympy.matrices import rot_axis1 

 

    A rotation of pi/3 (60 degrees): 

 

    >>> theta = pi/3 

    >>> rot_axis1(theta) 

    Matrix([ 

    [1,          0,         0], 

    [0,        1/2, sqrt(3)/2], 

    [0, -sqrt(3)/2,       1/2]]) 

 

    If we rotate by pi/2 (90 degrees): 

 

    >>> rot_axis1(pi/2) 

    Matrix([ 

    [1,  0, 0], 

    [0,  0, 1], 

    [0, -1, 0]]) 

 

    See Also 

    ======== 

 

    rot_axis2: Returns a rotation matrix for a rotation of theta (in radians) 

        about the 2-axis 

    rot_axis3: Returns a rotation matrix for a rotation of theta (in radians) 

        about the 3-axis 

    """ 

    ct = cos(theta) 

    st = sin(theta) 

    lil = ((1, 0, 0), 

           (0, ct, st), 

           (0, -st, ct)) 

    return Matrix(lil) 

 

############### 

# Functions 

############### 

 

 

def matrix_multiply_elementwise(A, B): 

    """Return the Hadamard product (elementwise product) of A and B 

 

    >>> from sympy.matrices import matrix_multiply_elementwise 

    >>> from sympy.matrices import Matrix 

    >>> A = Matrix([[0, 1, 2], [3, 4, 5]]) 

    >>> B = Matrix([[1, 10, 100], [100, 10, 1]]) 

    >>> matrix_multiply_elementwise(A, B) 

    Matrix([ 

    [  0, 10, 200], 

    [300, 40,   5]]) 

 

    See Also 

    ======== 

 

    __mul__ 

    """ 

    if A.shape != B.shape: 

        raise ShapeError() 

    shape = A.shape 

    return classof(A, B)._new(shape[0], shape[1], 

        lambda i, j: A[i, j]*B[i, j]) 

 

 

def ones(r, c=None): 

    """Returns a matrix of ones with ``r`` rows and ``c`` columns; 

    if ``c`` is omitted a square matrix will be returned. 

 

    See Also 

    ======== 

 

    zeros 

    eye 

    diag 

    """ 

    from .dense import Matrix 

 

    c = r if c is None else c 

    r = as_int(r) 

    c = as_int(c) 

    return Matrix(r, c, [S.One]*r*c) 

 

 

def zeros(r, c=None, cls=None): 

    """Returns a matrix of zeros with ``r`` rows and ``c`` columns; 

    if ``c`` is omitted a square matrix will be returned. 

 

    See Also 

    ======== 

 

    ones 

    eye 

    diag 

    """ 

    if cls is None: 

        from .dense import Matrix as cls 

    return cls.zeros(r, c) 

 

 

def eye(n, cls=None): 

    """Create square identity matrix n x n 

 

    See Also 

    ======== 

 

    diag 

    zeros 

    ones 

    """ 

    if cls is None: 

        from sympy.matrices import Matrix as cls 

    return cls.eye(n) 

 

def diag(*values, **kwargs): 

    """Create a sparse, diagonal matrix from a list of diagonal values. 

 

    Notes 

    ===== 

 

    When arguments are matrices they are fitted in resultant matrix. 

 

    The returned matrix is a mutable, dense matrix. To make it a different 

    type, send the desired class for keyword ``cls``. 

 

    Examples 

    ======== 

 

    >>> from sympy.matrices import diag, Matrix, ones 

    >>> diag(1, 2, 3) 

    Matrix([ 

    [1, 0, 0], 

    [0, 2, 0], 

    [0, 0, 3]]) 

    >>> diag(*[1, 2, 3]) 

    Matrix([ 

    [1, 0, 0], 

    [0, 2, 0], 

    [0, 0, 3]]) 

 

    The diagonal elements can be matrices; diagonal filling will 

    continue on the diagonal from the last element of the matrix: 

 

    >>> from sympy.abc import x, y, z 

    >>> a = Matrix([x, y, z]) 

    >>> b = Matrix([[1, 2], [3, 4]]) 

    >>> c = Matrix([[5, 6]]) 

    >>> diag(a, 7, b, c) 

    Matrix([ 

    [x, 0, 0, 0, 0, 0], 

    [y, 0, 0, 0, 0, 0], 

    [z, 0, 0, 0, 0, 0], 

    [0, 7, 0, 0, 0, 0], 

    [0, 0, 1, 2, 0, 0], 

    [0, 0, 3, 4, 0, 0], 

    [0, 0, 0, 0, 5, 6]]) 

 

    When diagonal elements are lists, they will be treated as arguments 

    to Matrix: 

 

    >>> diag([1, 2, 3], 4) 

    Matrix([ 

    [1, 0], 

    [2, 0], 

    [3, 0], 

    [0, 4]]) 

    >>> diag([[1, 2, 3]], 4) 

    Matrix([ 

    [1, 2, 3, 0], 

    [0, 0, 0, 4]]) 

 

    A given band off the diagonal can be made by padding with a 

    vertical or horizontal "kerning" vector: 

 

    >>> hpad = ones(0, 2) 

    >>> vpad = ones(2, 0) 

    >>> diag(vpad, 1, 2, 3, hpad) + diag(hpad, 4, 5, 6, vpad) 

    Matrix([ 

    [0, 0, 4, 0, 0], 

    [0, 0, 0, 5, 0], 

    [1, 0, 0, 0, 6], 

    [0, 2, 0, 0, 0], 

    [0, 0, 3, 0, 0]]) 

 

 

 

    The type is mutable by default but can be made immutable by setting 

    the ``mutable`` flag to False: 

 

    >>> type(diag(1)) 

    <class 'sympy.matrices.dense.MutableDenseMatrix'> 

    >>> from sympy.matrices import ImmutableMatrix 

    >>> type(diag(1, cls=ImmutableMatrix)) 

    <class 'sympy.matrices.immutable.ImmutableMatrix'> 

 

    See Also 

    ======== 

 

    eye 

    """ 

    from .sparse import MutableSparseMatrix 

 

    cls = kwargs.pop('cls', None) 

    if cls is None: 

        from .dense import Matrix as cls 

 

    if kwargs: 

        raise ValueError('unrecognized keyword%s: %s' % ( 

            's' if len(kwargs) > 1 else '', 

            ', '.join(kwargs.keys()))) 

    rows = 0 

    cols = 0 

    values = list(values) 

    for i in range(len(values)): 

        m = values[i] 

        if isinstance(m, MatrixBase): 

            rows += m.rows 

            cols += m.cols 

        elif is_sequence(m): 

            m = values[i] = Matrix(m) 

            rows += m.rows 

            cols += m.cols 

        else: 

            rows += 1 

            cols += 1 

    res = MutableSparseMatrix.zeros(rows, cols) 

    i_row = 0 

    i_col = 0 

    for m in values: 

        if isinstance(m, MatrixBase): 

            res[i_row:i_row + m.rows, i_col:i_col + m.cols] = m 

            i_row += m.rows 

            i_col += m.cols 

        else: 

            res[i_row, i_col] = m 

            i_row += 1 

            i_col += 1 

    return cls._new(res) 

 

 

def jordan_cell(eigenval, n): 

    """ 

    Create matrix of Jordan cell kind: 

 

    Examples 

    ======== 

 

    >>> from sympy.matrices import jordan_cell 

    >>> from sympy.abc import x 

    >>> jordan_cell(x, 4) 

    Matrix([ 

    [x, 1, 0, 0], 

    [0, x, 1, 0], 

    [0, 0, x, 1], 

    [0, 0, 0, x]]) 

    """ 

    n = as_int(n) 

    out = zeros(n) 

    for i in range(n - 1): 

        out[i, i] = eigenval 

        out[i, i + 1] = S.One 

    out[n - 1, n - 1] = eigenval 

    return out 

 

 

def hessian(f, varlist, constraints=[]): 

    """Compute Hessian matrix for a function f wrt parameters in varlist 

    which may be given as a sequence or a row/column vector. A list of 

    constraints may optionally be given. 

 

    Examples 

    ======== 

 

    >>> from sympy import Function, hessian, pprint 

    >>> from sympy.abc import x, y 

    >>> f = Function('f')(x, y) 

    >>> g1 = Function('g')(x, y) 

    >>> g2 = x**2 + 3*y 

    >>> pprint(hessian(f, (x, y), [g1, g2])) 

    [                   d               d            ] 

    [     0        0    --(g(x, y))     --(g(x, y))  ] 

    [                   dx              dy           ] 

    [                                                ] 

    [     0        0        2*x              3       ] 

    [                                                ] 

    [                     2               2          ] 

    [d                   d               d           ] 

    [--(g(x, y))  2*x   ---(f(x, y))   -----(f(x, y))] 

    [dx                   2            dy dx         ] 

    [                   dx                           ] 

    [                                                ] 

    [                     2               2          ] 

    [d                   d               d           ] 

    [--(g(x, y))   3   -----(f(x, y))   ---(f(x, y)) ] 

    [dy                dy dx              2          ] 

    [                                   dy           ] 

 

    References 

    ========== 

 

    http://en.wikipedia.org/wiki/Hessian_matrix 

 

    See Also 

    ======== 

 

    sympy.matrices.mutable.Matrix.jacobian 

    wronskian 

    """ 

    # f is the expression representing a function f, return regular matrix 

    if isinstance(varlist, MatrixBase): 

        if 1 not in varlist.shape: 

            raise ShapeError("`varlist` must be a column or row vector.") 

        if varlist.cols == 1: 

            varlist = varlist.T 

        varlist = varlist.tolist()[0] 

    if is_sequence(varlist): 

        n = len(varlist) 

        if not n: 

            raise ShapeError("`len(varlist)` must not be zero.") 

    else: 

        raise ValueError("Improper variable list in hessian function") 

    if not getattr(f, 'diff'): 

        # check differentiability 

        raise ValueError("Function `f` (%s) is not differentiable" % f) 

    m = len(constraints) 

    N = m + n 

    out = zeros(N) 

    for k, g in enumerate(constraints): 

        if not getattr(g, 'diff'): 

            # check differentiability 

            raise ValueError("Function `f` (%s) is not differentiable" % f) 

        for i in range(n): 

            out[k, i + m] = g.diff(varlist[i]) 

    for i in range(n): 

        for j in range(i, n): 

            out[i + m, j + m] = f.diff(varlist[i]).diff(varlist[j]) 

    for i in range(N): 

        for j in range(i + 1, N): 

            out[j, i] = out[i, j] 

    return out 

 

 

def GramSchmidt(vlist, orthog=False): 

    """ 

    Apply the Gram-Schmidt process to a set of vectors. 

 

    see: http://en.wikipedia.org/wiki/Gram%E2%80%93Schmidt_process 

    """ 

    out = [] 

    m = len(vlist) 

    for i in range(m): 

        tmp = vlist[i] 

        for j in range(i): 

            tmp -= vlist[i].project(out[j]) 

        if not tmp.values(): 

            raise ValueError( 

                "GramSchmidt: vector set not linearly independent") 

        out.append(tmp) 

    if orthog: 

        for i in range(len(out)): 

            out[i] = out[i].normalized() 

    return out 

 

 

def wronskian(functions, var, method='bareis'): 

    """ 

    Compute Wronskian for [] of functions 

 

    :: 

 

                         | f1       f2        ...   fn      | 

                         | f1'      f2'       ...   fn'     | 

                         |  .        .        .      .      | 

        W(f1, ..., fn) = |  .        .         .     .      | 

                         |  .        .          .    .      | 

                         |  (n)      (n)            (n)     | 

                         | D   (f1) D   (f2)  ...  D   (fn) | 

 

    see: http://en.wikipedia.org/wiki/Wronskian 

 

    See Also 

    ======== 

 

    sympy.matrices.mutable.Matrix.jacobian 

    hessian 

    """ 

    from .dense import Matrix 

 

    for index in range(0, len(functions)): 

        functions[index] = sympify(functions[index]) 

    n = len(functions) 

    if n == 0: 

        return 1 

    W = Matrix(n, n, lambda i, j: functions[i].diff(var, j)) 

    return W.det(method) 

 

 

def casoratian(seqs, n, zero=True): 

    """Given linear difference operator L of order 'k' and homogeneous 

       equation Ly = 0 we want to compute kernel of L, which is a set 

       of 'k' sequences: a(n), b(n), ... z(n). 

 

       Solutions of L are linearly independent iff their Casoratian, 

       denoted as C(a, b, ..., z), do not vanish for n = 0. 

 

       Casoratian is defined by k x k determinant:: 

 

                  +  a(n)     b(n)     . . . z(n)     + 

                  |  a(n+1)   b(n+1)   . . . z(n+1)   | 

                  |    .         .     .        .     | 

                  |    .         .       .      .     | 

                  |    .         .         .    .     | 

                  +  a(n+k-1) b(n+k-1) . . . z(n+k-1) + 

 

       It proves very useful in rsolve_hyper() where it is applied 

       to a generating set of a recurrence to factor out linearly 

       dependent solutions and return a basis: 

 

       >>> from sympy import Symbol, casoratian, factorial 

       >>> n = Symbol('n', integer=True) 

 

       Exponential and factorial are linearly independent: 

 

       >>> casoratian([2**n, factorial(n)], n) != 0 

       True 

 

    """ 

    from .dense import Matrix 

 

    seqs = list(map(sympify, seqs)) 

 

    if not zero: 

        f = lambda i, j: seqs[j].subs(n, n + i) 

    else: 

        f = lambda i, j: seqs[j].subs(n, i) 

 

    k = len(seqs) 

 

    return Matrix(k, k, f).det() 

 

 

def randMatrix(r, c=None, min=0, max=99, seed=None, symmetric=False, percent=100): 

    """Create random matrix with dimensions ``r`` x ``c``. If ``c`` is omitted 

    the matrix will be square. If ``symmetric`` is True the matrix must be 

    square. If ``percent`` is less than 100 then only approximately the given 

    percentage of elements will be non-zero. 

 

    Examples 

    ======== 

 

    >>> from sympy.matrices import randMatrix 

    >>> randMatrix(3) # doctest:+SKIP 

    [25, 45, 27] 

    [44, 54,  9] 

    [23, 96, 46] 

    >>> randMatrix(3, 2) # doctest:+SKIP 

    [87, 29] 

    [23, 37] 

    [90, 26] 

    >>> randMatrix(3, 3, 0, 2) # doctest:+SKIP 

    [0, 2, 0] 

    [2, 0, 1] 

    [0, 0, 1] 

    >>> randMatrix(3, symmetric=True) # doctest:+SKIP 

    [85, 26, 29] 

    [26, 71, 43] 

    [29, 43, 57] 

    >>> A = randMatrix(3, seed=1) 

    >>> B = randMatrix(3, seed=2) 

    >>> A == B # doctest:+SKIP 

    False 

    >>> A == randMatrix(3, seed=1) 

    True 

    >>> randMatrix(3, symmetric=True, percent=50) # doctest:+SKIP 

    [0, 68, 43] 

    [0, 68,  0] 

    [0, 91, 34] 

    """ 

    if c is None: 

        c = r 

    if seed is None: 

        prng = random.Random()  # use system time 

    else: 

        prng = random.Random(seed) 

    if symmetric and r != c: 

        raise ValueError( 

            'For symmetric matrices, r must equal c, but %i != %i' % (r, c)) 

    if not symmetric: 

        m = Matrix._new(r, c, lambda i, j: prng.randint(min, max)) 

    else: 

        m = zeros(r) 

        for i in range(r): 

            for j in range(i, r): 

                m[i, j] = prng.randint(min, max) 

        for i in range(r): 

            for j in range(i): 

                m[i, j] = m[j, i] 

    if percent == 100: 

        return m 

    else: 

        z = int(r*c*percent // 100) 

        m._mat[:z] = [S.Zero]*z 

        prng.shuffle(m._mat) 

    return m