Mention that we use Z-polyhedra
[linpy.git] / linpy / linexprs.py
index 82d75d0..eff4a7e 100644 (file)
@@ -62,7 +62,7 @@ class LinExpr:
         symbols to their coefficients, and a constant term. The coefficients and
         the constant term must be rational numbers.
 
-        For example, the linear expression x + 2y + 1 can be constructed using
+        For example, the linear expression x + 2*y + 1 can be constructed using
         one of the following instructions:
 
         >>> x, y = symbols('x y')
@@ -76,7 +76,7 @@ class LinExpr:
 
         Alternatively, linear expressions can be constructed from a string:
 
-        >>> LinExpr('x + 2*y + 1')
+        >>> LinExpr('x + 2y + 1')
 
         A linear expression with a single symbol of coefficient 1 and no
         constant term is automatically subclassed as a Symbol instance. A linear
@@ -122,7 +122,7 @@ class LinExpr:
         """
         if not isinstance(symbol, Symbol):
             raise TypeError('symbol must be a Symbol instance')
-        return Rational(self._coefficients.get(symbol, 0))
+        return self._coefficients.get(symbol, Fraction(0))
 
     __getitem__ = coefficient
 
@@ -131,15 +131,14 @@ class LinExpr:
         Iterate over the pairs (symbol, value) of linear terms in the
         expression. The constant term is ignored.
         """
-        for symbol, coefficient in self._coefficients.items():
-            yield symbol, Rational(coefficient)
+        yield from self._coefficients.items()
 
     @property
     def constant(self):
         """
         The constant term of the expression.
         """
-        return Rational(self._constant)
+        return self._constant
 
     @property
     def symbols(self):
@@ -179,9 +178,8 @@ class LinExpr:
         Iterate over the coefficient values in the expression, and the constant
         term.
         """
-        for coefficient in self._coefficients.values():
-            yield Rational(coefficient)
-        yield Rational(self._constant)
+        yield from self._coefficients.values()
+        yield self._constant
 
     def __bool__(self):
         return True
@@ -247,36 +245,43 @@ class LinExpr:
     @_polymorphic
     def __eq__(self, other):
         """
-        Test whether two linear expressions are equal.
+        Test whether two linear expressions are equal. Unlike methods
+        LinExpr.__lt__(), LinExpr.__le__(), LinExpr.__ge__(), LinExpr.__gt__(),
+        the result is a boolean value, not a polyhedron. To express that two
+        linear expressions are equal or not equal, use functions Eq() and Ne()
+        instead.
         """
-        return isinstance(other, LinExpr) and \
-            self._coefficients == other._coefficients and \
+        return self._coefficients == other._coefficients and \
             self._constant == other._constant
 
-    def __le__(self, other):
-        from .polyhedra import Le
-        return Le(self, other)
-
+    @_polymorphic
     def __lt__(self, other):
-        from .polyhedra import Lt
-        return Lt(self, other)
+        from .polyhedra import Polyhedron
+        return Polyhedron([], [other - self - 1])
 
+    @_polymorphic
+    def __le__(self, other):
+        from .polyhedra import Polyhedron
+        return Polyhedron([], [other - self])
+
+    @_polymorphic
     def __ge__(self, other):
-        from .polyhedra import Ge
-        return Ge(self, other)
+        from .polyhedra import Polyhedron
+        return Polyhedron([], [self - other])
 
+    @_polymorphic
     def __gt__(self, other):
-        from .polyhedra import Gt
-        return Gt(self, other)
+        from .polyhedra import Polyhedron
+        return Polyhedron([], [self - other - 1])
 
     def scaleint(self):
         """
         Return the expression multiplied by its lowest common denominator to
         make all values integer.
         """
-        lcm = functools.reduce(lambda a, b: a*b // gcd(a, b),
+        lcd = functools.reduce(lambda a, b: a*b // gcd(a, b),
             [value.denominator for value in self.values()])
-        return self * lcm
+        return self * lcd
 
     def subs(self, symbol, expression=None):
         """
@@ -295,21 +300,16 @@ class LinExpr:
         2*x + y + 1
         """
         if expression is None:
-            if isinstance(symbol, Mapping):
-                symbol = symbol.items()
-            substitutions = symbol
+            substitutions = dict(symbol)
         else:
-            substitutions = [(symbol, expression)]
-        result = self
-        for symbol, expression in substitutions:
+            substitutions = {symbol: expression}
+        for symbol in substitutions:
             if not isinstance(symbol, Symbol):
                 raise TypeError('symbols must be Symbol instances')
-            coefficients = [(othersymbol, coefficient)
-                for othersymbol, coefficient in result._coefficients.items()
-                if othersymbol != symbol]
-            coefficient = result._coefficients.get(symbol, 0)
-            constant = result._constant
-            result = LinExpr(coefficients, constant) + coefficient*expression
+        result = self._constant
+        for symbol, coefficient in self._coefficients.items():
+            expression = substitutions.get(symbol, symbol)
+            result += coefficient * expression
         return result
 
     @classmethod
@@ -337,7 +337,7 @@ class LinExpr:
                 return left / right
         raise SyntaxError('invalid syntax')
 
-    _RE_NUM_VAR = re.compile(r'(\d+|\))\s*([^\W\d_]\w*|\()')
+    _RE_NUM_VAR = re.compile(r'(\d+|\))\s*([^\W\d]\w*|\()')
 
     @classmethod
     def fromstring(cls, string):
@@ -345,10 +345,13 @@ class LinExpr:
         Create an expression from a string. Raise SyntaxError if the string is
         not properly formatted.
         """
-        # add implicit multiplication operators, e.g. '5x' -> '5*x'
+        # Add implicit multiplication operators, e.g. '5x' -> '5*x'.
         string = LinExpr._RE_NUM_VAR.sub(r'\1*\2', string)
         tree = ast.parse(string, 'eval')
-        return cls._fromast(tree)
+        expr = cls._fromast(tree)
+        if not isinstance(expr, cls):
+            raise SyntaxError('invalid syntax')
+        return expr
 
     def __repr__(self):
         string = ''
@@ -408,7 +411,7 @@ class LinExpr:
     @classmethod
     def fromsympy(cls, expr):
         """
-        Create a linear expression from a sympy expression. Raise ValueError is
+        Create a linear expression from a SymPy expression. Raise TypeError is
         the sympy expression is not linear.
         """
         import sympy
@@ -418,16 +421,23 @@ class LinExpr:
             coefficient = Fraction(coefficient.p, coefficient.q)
             if symbol == sympy.S.One:
                 constant = coefficient
+            elif isinstance(symbol, sympy.Dummy):
+                # We cannot properly convert dummy symbols with respect to
+                # symbol equalities.
+                raise TypeError('cannot convert dummy symbols')
             elif isinstance(symbol, sympy.Symbol):
                 symbol = Symbol(symbol.name)
                 coefficients.append((symbol, coefficient))
             else:
-                raise ValueError('non-linear expression: {!r}'.format(expr))
-        return LinExpr(coefficients, constant)
+                raise TypeError('non-linear expression: {!r}'.format(expr))
+        expr = LinExpr(coefficients, constant)
+        if not isinstance(expr, cls):
+            raise TypeError('cannot convert to a {} instance'.format(cls.__name__))
+        return expr
 
     def tosympy(self):
         """
-        Convert the linear expression to a sympy expression.
+        Convert the linear expression to a SymPy expression.
         """
         import sympy
         expr = 0
@@ -447,20 +457,37 @@ class Symbol(LinExpr):
     Two instances of Symbol are equal if they have the same name.
     """
 
+    __slots__ = (
+        '_name',
+        '_constant',
+        '_symbols',
+        '_dimension',
+    )
+
     def __new__(cls, name):
         """
         Return a symbol with the name string given in argument.
         """
         if not isinstance(name, str):
             raise TypeError('name must be a string')
+        node = ast.parse(name)
+        try:
+            name = node.body[0].value.id
+        except (AttributeError, SyntaxError):
+            raise SyntaxError('invalid syntax')
         self = object().__new__(cls)
-        self._name = name.strip()
-        self._coefficients = {self: Fraction(1)}
+        self._name = name
         self._constant = Fraction(0)
         self._symbols = (self,)
         self._dimension = 1
         return self
 
+    @property
+    def _coefficients(self):
+        # This is not implemented as an attribute, because __hash__ is not
+        # callable in __new__ in class Dummy.
+        return {self: Fraction(1)}
+
     @property
     def name(self):
         """
@@ -485,7 +512,9 @@ class Symbol(LinExpr):
         return True
 
     def __eq__(self, other):
-        return self.sortkey() == other.sortkey()
+        if isinstance(other, Symbol):
+            return self.sortkey() == other.sortkey()
+        return NotImplemented
 
     def asdummy(self):
         """
@@ -493,31 +522,26 @@ class Symbol(LinExpr):
         """
         return Dummy(self.name)
 
-    @classmethod
-    def _fromast(cls, node):
-        if isinstance(node, ast.Module) and len(node.body) == 1:
-            return cls._fromast(node.body[0])
-        elif isinstance(node, ast.Expr):
-            return cls._fromast(node.value)
-        elif isinstance(node, ast.Name):
-            return Symbol(node.id)
-        raise SyntaxError('invalid syntax')
-
     def __repr__(self):
         return self.name
 
     def _repr_latex_(self):
         return '$${}$$'.format(self.name)
 
-    @classmethod
-    def fromsympy(cls, expr):
-        import sympy
-        if isinstance(expr, sympy.Dummy):
-            return Dummy(expr.name)
-        elif isinstance(expr, sympy.Symbol):
-            return Symbol(expr.name)
-        else:
-            raise TypeError('expr must be a sympy.Symbol instance')
+
+def symbols(names):
+    """
+    This function returns a tuple of symbols whose names are taken from a comma
+    or whitespace delimited string, or a sequence of strings. It is useful to
+    define several symbols at once.
+
+    >>> x, y = symbols('x y')
+    >>> x, y = symbols('x, y')
+    >>> x, y = symbols(['x', 'y'])
+    """
+    if isinstance(names, str):
+        names = names.replace(',', ' ').split()
+    return tuple(Symbol(name) for name in names)
 
 
 class Dummy(Symbol):
@@ -548,15 +572,8 @@ class Dummy(Symbol):
         """
         if name is None:
             name = 'Dummy_{}'.format(Dummy._count)
-        elif not isinstance(name, str):
-            raise TypeError('name must be a string')
-        self = object().__new__(cls)
+        self = super().__new__(cls, name)
         self._index = Dummy._count
-        self._name = name.strip()
-        self._coefficients = {self: Fraction(1)}
-        self._constant = Fraction(0)
-        self._symbols = (self,)
-        self._dimension = 1
         Dummy._count += 1
         return self
 
@@ -573,21 +590,6 @@ class Dummy(Symbol):
         return '$${}_{{{}}}$$'.format(self.name, self._index)
 
 
-def symbols(names):
-    """
-    This function returns a tuple of symbols whose names are taken from a comma
-    or whitespace delimited string, or a sequence of strings. It is useful to
-    define several symbols at once.
-
-    >>> x, y = symbols('x y')
-    >>> x, y = symbols('x, y')
-    >>> x, y = symbols(['x', 'y'])
-    """
-    if isinstance(names, str):
-        names = names.replace(',', ' ').split()
-    return tuple(Symbol(name) for name in names)
-
-
 class Rational(LinExpr, Fraction):
     """
     A particular case of linear expressions are rational values, i.e. linear
@@ -596,6 +598,13 @@ class Rational(LinExpr, Fraction):
     fractions.Fraction classes.
     """
 
+    __slots__ = (
+        '_coefficients',
+        '_constant',
+        '_symbols',
+        '_dimension',
+    ) + Fraction.__slots__
+
     def __new__(cls, numerator=0, denominator=None):
         self = object().__new__(cls)
         self._coefficients = {}
@@ -634,13 +643,3 @@ class Rational(LinExpr, Fraction):
         else:
             return '$$\\frac{{{}}}{{{}}}$$'.format(self.numerator,
                 self.denominator)
-
-    @classmethod
-    def fromsympy(cls, expr):
-        import sympy
-        if isinstance(expr, sympy.Rational):
-            return Rational(expr.p, expr.q)
-        elif isinstance(expr, numbers.Rational):
-            return Rational(expr)
-        else:
-            raise TypeError('expr must be a sympy.Rational instance')