Bases of relations in one or several variables: fast algorithms and applications
Bases de relations en une ou plusieurs variables : algorithmes rapides et applications
Résumé
In this thesis, we study algorithms for a problem of finding relations in one or several
variables. It generalizes that of computing a solution to a system of linear modular
equations over a polynomial ring, including in particular the computation of Hermite-Padé
approximants and bivariate interpolants. Rather than a single solution, we aim at
computing generators of the solution set which have good properties.
Precisely, the input of our problem consists of a finite-dimensional module given by
the action of the variables on its elements, and of some elements of this module; the goal
is to compute a Gröbner basis of the module of syzygies between these elements. In terms
of linear algebra, the input describes a matrix with a type of Krylov structure, and the
goal is to compute a compact representation of a basis of the nullspace of this matrix.
We propose several algorithms in accordance with the structure of the multiplication
matrices which specify the action of the variables. In the case of a Jordan matrix, we
accelerate the computation of multivariate interpolants under degree constraints; our
result for a Frobenius matrix leads to a faster algorithm for computing normal forms of
univariate polynomial matrices. In the case of several dense matrices, we accelerate the
change of monomial order for Gröbner bases of multivariate zero-dimensional ideals.
Dans cette thèse, nous étudions des algorithmes pour un problème de recherche de relations
à une ou plusieurs variables. Il généralise celui de calculer une solution à un système
d’équations linéaires modulaires sur un anneau de polynômes, et inclut par exemple le
calcul d’approximants de Hermite-Padé ou d’interpolants bivariés. Plutôt qu’une seule solution,
nous nous attacherons à calculer un ensemble de générateurs possédant de bonnes
propriétés.
Précisément, l’entrée de notre problème consiste en un module de dimension finie
spécifié par l’action des variables sur ses éléments, et en un certain nombre d’éléments
de ce module ; il s’agit de calculer une base de Gröbner du module des relations entre
ces éléments. En termes d’algèbre linéaire, l’entrée décrit une matrice avec une structure
de type Krylov, et il s’agit de calculer sous forme compacte une base du noyau de cette
matrice.
Nous proposons plusieurs algorithmes en fonction de la forme des matrices de multiplication
qui représentent l’action des variables. Dans le cas d’une matrice de Jordan, nous
accélérons le calcul d’interpolants multivariés sous certaines contraintes de degré ; nos résultats
pour une forme de Frobenius permettent d’accélérer le calcul de formes normales
de matrices polynomiales univariées. Enfin, dans le cas de plusieurs matrices denses,
nous accélérons le changement d’ordre pour des bases de Gröbner d’idéaux multivariés
zéro-dimensionnels.
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