关于gap的Buchberger算法

本文探讨了GAP软件中Buchberger算法的实际应用限制,并提到该算法通常不建议使用。文中进一步指出,对于相关计算任务,更推荐采用Singular软件进行处理。

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今天继续学习使用GAP,惊奇的发现GAP的Buchberger算法居然是玩具性质的,通常并不推荐使用


通过在群里发问,专家的解答是通畅调用Singular的视线


难道我们又要返回Singular?




### Buchberger算法的Python实现及Gröbner基计算 以下是一个基于Python的Buchberger算法实现,用于计算给定多项式的Gröbner基。代码使用`sympy`库进行符号计算,并支持多变量多项式。 #### 代码实现 ```python from sympy import symbols, div, lcm, Poly # 定义变量 x1, x2, x3, x4 = symbols('x1 x2 x3 x4') # 输入多项式 f1 = x1*x4 + x3 - x1*x2 f2 = x3*x4 - 2*x2**2 - x1*x2 - 1 f3 = x1*x4**2 + x4**2 - x1*x2*x4 - x2*x4 + x1*x2 + 3*x2 # 初始化多项式集合F F = [f1, f2, f3] defbuchberger_algorithm(F): G = F[:] # 当前基 pairs = [(G[i], G[j]) for i in range(len(G)) for j in range(i+1, len(G))] while pairs: f, g = pairs.pop(0) # 计算S-多项式 f_poly = Poly(f, x1, x2, x3, x4) g_poly = Poly(g, x1, x2, x3, x4) lcm_monomial = lcm(f_poly.LM(), g_poly.LM()) S = (lcm_monomial / f_poly.LT() * f) - (lcm_monomial / g_poly.LT() * g) # 约化S-多项式 r, _ = reduce(S, G) if r != 0: # 如果约化结果不为零,则加入基中 G.append(r) pairs += [(g, r) for g in G[:-1]] return G defreduce(polynomial, G): """对多项式进行约化""" polynomial = Poly(polynomial, x1, x2, x3, x4) remainder = polynomial quotient = 0 for g in G: g_poly = Poly(g, x1, x2, x3, x4) quo, rem = div(remainder, g_poly, domain='QQ') remainder = rem quotient += quo*g_poly return remainder.as_expr(), quotient.as_expr() # 运行Buchberger算法 G =buchberger_algorithm(F) # 输出Gröbner基 print("Gröbner基为:") for g in G: print(g) ``` #### 代码解释 1. **多项式定义**:通过`sympy.symbols`定义变量,并构造输入多项式。 2. **Buchberger算法**:核心逻辑包括生成S-多项式、约化以及更新基。 - S-多项式由两个多项式的首项最小公倍数构造[^2]。 - 约化过程确保新的多项式不能被已有基中的元素进一步约化。 3. **输出Gröbner基**:最终输出的`G`即为所求的Gröbner基。 #### 示例输出 运行上述代码后,将得到一个Gröbner基集合`G`,其形式取决于多项式输入和项序选择。 --- ###
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