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Erschienen in: Applicable Algebra in Engineering, Communication and Computing 6/2019

06.06.2019 | Original Paper

Fast Gröbner basis computation and polynomial reduction for generic bivariate ideals

Erschienen in: Applicable Algebra in Engineering, Communication and Computing | Ausgabe 6/2019

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Abstract

Let \(A, B \in \mathbb {K} [X, Y]\) be two bivariate polynomials over an effective field \(\mathbb {K}\), and let G be the reduced Gröbner basis of the ideal \(I :=\langle A, B \rangle \) generated by A and B with respect to the usual degree lexicographic order. Assuming A and B sufficiently generic, we design a quasi-optimal algorithm for the reduction of \(P \in \mathbb {K} [X, Y]\) modulo G, where “quasi-optimal” is meant in terms of the size of the input ABP. Immediate applications are an ideal membership test and a multiplication algorithm for the quotient algebra \(\mathbb {A} :=\mathbb {K} [X, Y] / \langle A, B \rangle \), both in quasi-linear time. Moreover, we show that G itself can be computed in quasi-linear time with respect to the output size.

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Fußnoten
1
The results from [18] actually apply for more general types of supports, but this will not be needed in this paper.
 
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Bardet, M., Faugère, J.-C., Salvy, B.: On the complexity of the F5 Gröbner basis algorithm. J. Symb. Comput. 70, 1–24 (2014)MATH Bardet, M., Faugère, J.-C., Salvy, B.: On the complexity of the F5 Gröbner basis algorithm. J. Symb. Comput. 70, 1–24 (2014)MATH
2.
Zurück zum Zitat Becker, T., Weispfenning, V.: Gröbner bases: a computational approach to commutative algebra. In: Axler, S., Gehring, F.W., Ribet, K.A. (eds.) Graduate Texts in Mathematics, vol. 141. Springer, New York (1993)CrossRef Becker, T., Weispfenning, V.: Gröbner bases: a computational approach to commutative algebra. In: Axler, S., Gehring, F.W., Ribet, K.A. (eds.) Graduate Texts in Mathematics, vol. 141. Springer, New York (1993)CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Buchberger, B.: Ein Algorithmus zum Auffinden der Basiselemente des Restklassenrings nach einem nulldimensionalen Polynomideal. Ph.D. Thesis, Universitat Innsbruck, Austria (1965) Buchberger, B.: Ein Algorithmus zum Auffinden der Basiselemente des Restklassenrings nach einem nulldimensionalen Polynomideal. Ph.D. Thesis, Universitat Innsbruck, Austria (1965)
4.
Zurück zum Zitat Cantor, D.G., Kaltofen, E.: On fast multiplication of polynomials over arbitrary algebras. Acta Inf. 28(7), 693–701 (1991)MathSciNetCrossRef Cantor, D.G., Kaltofen, E.: On fast multiplication of polynomials over arbitrary algebras. Acta Inf. 28(7), 693–701 (1991)MathSciNetCrossRef
5.
Zurück zum Zitat Faugère, J.-C.: A new efficient algorithm for computing Gröbner bases (F4). J. Pure Appl. Algebra 139(1–3), 61–88 (1999)MathSciNetCrossRef Faugère, J.-C.: A new efficient algorithm for computing Gröbner bases (F4). J. Pure Appl. Algebra 139(1–3), 61–88 (1999)MathSciNetCrossRef
6.
Zurück zum Zitat Faugère, J.-C.: A new efficient algorithm for computing Gröbner bases without reduction to zero (F5). In: Proceedings of the 2002 International Symposium on Symbolic and Algebraic Computation, ISSAC’02, pp. 75–83. ACM, New York (2002) Faugère, J.-C.: A new efficient algorithm for computing Gröbner bases without reduction to zero (F5). In: Proceedings of the 2002 International Symposium on Symbolic and Algebraic Computation, ISSAC’02, pp. 75–83. ACM, New York (2002)
7.
Zurück zum Zitat Faugère, J.-C., Gaudry, P., Huot, L., Renault, G.: Polynomial systems solving by fast linear algebra. arXiv:1304.6039 (2013) Faugère, J.-C., Gaudry, P., Huot, L., Renault, G.: Polynomial systems solving by fast linear algebra. arXiv:​1304.​6039 (2013)
8.
Zurück zum Zitat Faugère, J.-C., Gianni, P., Lazard, D., Mora, T.: Efficient computation of zero-dimensional Gröbner bases by change of ordering. J. Symb. Comput. 16(4), 329–344 (1993)CrossRef Faugère, J.-C., Gianni, P., Lazard, D., Mora, T.: Efficient computation of zero-dimensional Gröbner bases by change of ordering. J. Symb. Comput. 16(4), 329–344 (1993)CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Fischer, M.J., Stockmeyer, L.J.: Fast on-line integer multiplication. In: Proceedings of the 5th ACM Symposium on Theory of Computing, vol. 9, pp. 67–72 (1974) Fischer, M.J., Stockmeyer, L.J.: Fast on-line integer multiplication. In: Proceedings of the 5th ACM Symposium on Theory of Computing, vol. 9, pp. 67–72 (1974)
10.
Zurück zum Zitat Fröberg, R., Hollman, J.: Hilbert series for ideals generated by generic forms. J. Symb. Comput. 17(2), 149–157 (1994)MathSciNetCrossRef Fröberg, R., Hollman, J.: Hilbert series for ideals generated by generic forms. J. Symb. Comput. 17(2), 149–157 (1994)MathSciNetCrossRef
11.
Zurück zum Zitat Galligo, A.: A propos du théoreme de préparation de Weierstrass. In: Norguet, F. (ed.) Fonctions de plusieurs Variables Complexes, pp. 543–579. Springer, Berlin (1974) Galligo, A.: A propos du théoreme de préparation de Weierstrass. In: Norguet, F. (ed.) Fonctions de plusieurs Variables Complexes, pp. 543–579. Springer, Berlin (1974)
12.
Zurück zum Zitat von zur Gathen, J., Gerhard, J.: Modern Computer Algebra, 3rd edn. Cambridge University Press, Cambridge (2013) von zur Gathen, J., Gerhard, J.: Modern Computer Algebra, 3rd edn. Cambridge University Press, Cambridge (2013)
13.
Zurück zum Zitat Gerdt, V.P., Blinkov, Y.A.: Involutive bases of polynomial ideals. Math. Comput. Simul. 45(5), 519–541 (1998)MathSciNetCrossRef Gerdt, V.P., Blinkov, Y.A.: Involutive bases of polynomial ideals. Math. Comput. Simul. 45(5), 519–541 (1998)MathSciNetCrossRef
15.
Zurück zum Zitat Harvey, D., van der Hoeven, J., Lecerf, G.: Faster polynomial multiplication over finite fields. J. ACM 63(6), 52 (2017)MathSciNetCrossRef Harvey, D., van der Hoeven, J., Lecerf, G.: Faster polynomial multiplication over finite fields. J. ACM 63(6), 52 (2017)MathSciNetCrossRef
17.
Zurück zum Zitat van der Hoeven, J.: Faster relaxed multiplication. In: Proceeding of the ISSAC’14, pp. 405–412, Kobe (July 2014) van der Hoeven, J.: Faster relaxed multiplication. In: Proceeding of the ISSAC’14, pp. 405–412, Kobe (July 2014)
18.
Zurück zum Zitat van der Hoeven, J.: On the complexity of polynomial reduction. In: Kotsireas, I., Martínez-Moro, E. (eds.) Proceeding of the Applications of Computer Algebra 2015, Volume 198 of Springer Proceedings in Mathematics and Statistics, pp. 447–458. Springer, Cham (2015) van der Hoeven, J.: On the complexity of polynomial reduction. In: Kotsireas, I., Martínez-Moro, E. (eds.) Proceeding of the Applications of Computer Algebra 2015, Volume 198 of Springer Proceedings in Mathematics and Statistics, pp. 447–458. Springer, Cham (2015)
19.
Zurück zum Zitat van der Hoeven, J., Larrieu, R.: Fast reduction of bivariate polynomials with respect to sufficiently regular Gröbner bases. In: Kauers, M., Ovchinnikov, A., Schost, É. (eds.) Proceeding of the ISSAC’18, pp. 199–206. ACM, New York (2018) van der Hoeven, J., Larrieu, R.: Fast reduction of bivariate polynomials with respect to sufficiently regular Gröbner bases. In: Kauers, M., Ovchinnikov, A., Schost, É. (eds.) Proceeding of the ISSAC’18, pp. 199–206. ACM, New York (2018)
20.
21.
Zurück zum Zitat Lebreton, R., Schost, E., Mehrabi, E.: On the complexity of solving bivariate systems: the case of non-singular solutions. In: ISSAC: International Symposium on Symbolic and Algebraic Computation, pp. 251–258, Boston (June 2013) Lebreton, R., Schost, E., Mehrabi, E.: On the complexity of solving bivariate systems: the case of non-singular solutions. In: ISSAC: International Symposium on Symbolic and Algebraic Computation, pp. 251–258, Boston (June 2013)
22.
Zurück zum Zitat Mayr, E.: Membership in polynomial ideals over \(Q\) is exponential space complete. STACS 89, 400–406 (1989)MathSciNet Mayr, E.: Membership in polynomial ideals over \(Q\) is exponential space complete. STACS 89, 400–406 (1989)MathSciNet
23.
Zurück zum Zitat Moreno-Socías, G.: Degrevlex Gröbner bases of generic complete intersections. J. Pure Appl. Algebra 180(3), 263–283 (2003)MathSciNetCrossRef Moreno-Socías, G.: Degrevlex Gröbner bases of generic complete intersections. J. Pure Appl. Algebra 180(3), 263–283 (2003)MathSciNetCrossRef
24.
Zurück zum Zitat Schönhage, A.: Schnelle Multiplikation von Polynomen über Körpern der Charakteristik 2. Acta Inf. 7, 395–398 (1977)CrossRef Schönhage, A.: Schnelle Multiplikation von Polynomen über Körpern der Charakteristik 2. Acta Inf. 7, 395–398 (1977)CrossRef
25.
Metadaten
Titel
Fast Gröbner basis computation and polynomial reduction for generic bivariate ideals
Publikationsdatum
06.06.2019
Erschienen in
Applicable Algebra in Engineering, Communication and Computing / Ausgabe 6/2019
Print ISSN: 0938-1279
Elektronische ISSN: 1432-0622
DOI
https://doi.org/10.1007/s00200-019-00389-9