测试矩阵在有限域上是否可逆
问题内容:
我想测试一种特定类型的随机矩阵在有限域上是否可逆,尤其是F_2。我可以使用以下简单代码测试矩阵是否可逆。
import random
from scipy.linalg import toeplitz
import numpy as np
n=10
column = [random.choice([0,1]) for x in xrange(n)]
row = [column[0]]+[random.choice([0,1]) for x in xrange(n-1)]
matrix = toeplitz(column, row)
if (np.linalg.matrix_rank(matrix) < n):
print "Not invertible!"
除了通过F_2之外,还有其他方法可以实现相同的目的吗?
问题答案:
为此,最好使用Sage或其他一些合适的工具。
以下只是做某事的不复杂的非专家尝试,但是枢轴的高斯消去应该给出可逆性的确切结果:
import random
from scipy.linalg import toeplitz
import numpy as np
def is_invertible_F2(a):
"""
Determine invertibility by Gaussian elimination
"""
a = np.array(a, dtype=np.bool_)
n = a.shape[0]
for i in range(n):
pivots = np.where(a[i:,i])[0]
if len(pivots) == 0:
return False
# swap pivot
piv = i + pivots[0]
row = a[piv,i:].copy()
a[piv,i:] = a[i,i:]
a[i,i:] = row
# eliminate
a[i+1:,i:] -= a[i+1:,i,None]*row[None,:]
return True
n = 10
column = [random.choice([0,1]) for x in xrange(n)]
row = [column[0]]+[random.choice([0,1]) for x in xrange(n-1)]
matrix = toeplitz(column, row)
print(is_invertible_F2(matrix))
print(int(np.round(np.linalg.det(matrix))) % 2)
请注意,np.bool_
只有在有限的意义上是类似的F_2 —二进制运行+
在F_2是-
对布尔,和一元运算-
是+
。但是,乘法是相同的。
>>> x = np.array([0, 1], dtype=np.bool_)
>>> x[:,None] - x[None,:]
array([[False, True],
[ True, False]], dtype=bool)
>>> x[:,None] * x[None,:]
array([[False, False],
[False, True]], dtype=bool)
上面的高斯消除仅使用这些运算,因此可以正常工作。