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我有一个 ladder operator â,满足 commutator relation有自己的伴随词:
[â, â⁺] = 1
在 sympy 中我写了这段代码:
import sympy
from sympy import *
from sympy.physics.quantum import *
a = Operator('a')
ad = Dagger(a)
ccr = Eq( Commutator(a, ad), 1 )
现在我需要像这样扩展和简化表达式:
(â⁺ + â)⁴
如果我只使用 ((ad + a)**4).expand()
,则 sympy 不使用换向器关系。如何在使用正则换向器关系时简化表达式?
最佳答案
我找不到任何内置的方法来做到这一点,所以我为它编写了一个非常基本的算法。它是这样使用的:
((ad + a)**4).expand().apply_ccr(ccr)
结果
3 + 12 a⁺ a + 4 a⁺ a³ + 6 a⁺² + 6 a⁺² a² + 4 a⁺³ a + a⁺⁴ + 6a² + a⁴
.
有一个名为 reverse
的可选参数,它会将表达式重新排列为首先是 a
,然后是 a⁺
。这是克服 sympy 的限制所必需的,它不允许您以不同的顺序指定 Commutator
[source] .
这是apply_ccr
的实现:
from sympy.core.operations import AssocOp
def apply_ccr(expr, ccr, reverse=False):
if not isinstance(expr, Basic):
raise TypeError("The expression to simplify is not a sympy expression.")
if not isinstance(ccr, Eq):
if isinstance(ccr, Basic):
ccr = Eq(ccr, 0)
else:
raise TypeError("The canonical commutation relation is not a sympy expression.")
comm = None
for node in preorder_traversal(ccr):
if isinstance(node, Commutator):
comm = node
break
if comm is None:
raise ValueError("The cannonical commutation relation doesn not include a commutator.")
solutions = solve(ccr, comm)
if len(solutions) != 1:
raise ValueError("There are more solutions to the cannonical commutation relation.")
value = solutions[0]
A = comm.args[0]
B = comm.args[1]
if reverse:
(A, B) = (B, A)
value = -value
def is_expandable_pow_of(base, expr):
return isinstance(expr, Pow) \
and base == expr.args[0] \
and isinstance(expr.args[1], Number) \
and expr.args[1] >= 1
def walk_tree(expr):
if isinstance(expr, Number):
return expr
if not isinstance(expr, AssocOp) and not isinstance(expr, Function):
return expr.copy()
elif not isinstance(expr, Mul):
return expr.func(*(walk_tree(node) for node in expr.args))
else:
args = [arg for arg in expr.args]
for i in range(len(args)-1):
x = args[i]
y = args[i+1]
if B == x and A == y:
args = args[0:i] + [A*B - value] + args[i+2:]
return walk_tree( Mul(*args).expand() )
if B == x and is_expandable_pow_of(A, y):
ypow = Pow(A, y.args[1] - 1)
args = args[0:i] + [A*B - value, ypow] + args[i+2:]
return walk_tree( Mul(*args).expand() )
if is_expandable_pow_of(B, x) and A == y:
xpow = Pow(B, x.args[1] - 1)
args = args[0:i] + [xpow, A*B - value] + args[i+2:]
return walk_tree( Mul(*args).expand() )
if is_expandable_pow_of(B, x) and is_expandable_pow_of(A, y):
xpow = Pow(B, x.args[1] - 1)
ypow = Pow(A, y.args[1] - 1)
args = args[0:i] + [xpow, A*B - value, ypow] + args[i+2:]
return walk_tree( Mul(*args).expand() )
return expr.copy()
return walk_tree(expr)
Basic.apply_ccr = lambda self, ccr, reverse=False: apply_ccr(self, ccr, reverse)
关于python - 在 sympy 中,使用规范交换关系简化表达式,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/59523322/
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