ocaml/simple.ml

   1 let (++) f g x = f (g x);;\r
   2 let id x = x;;\r
   3 let rec fold_nat f x n = if n = 0 then x else f (fold_nat f x (n-1)) n ;;\r
   4 \r
   5 let print_hline = Console.print_hline;;\r
   6 \r
   7 open Pure\r
   8 \r
   9 type var = int;;\r
  10 type t =\r
  11  | V of var\r
  12  | A of t * t\r
  13  | L of (t * t list (*garbage*))\r
  14  | C (* constant *)\r
  15 ;;\r
  16 \r
  17 let delta = L(A(V 0, V 0),[]);;\r
  18 \r
  19 let rec is_stuck = function\r
  20  | C -> true\r
  21  | A(t,_) -> is_stuck t\r
  22  | _ -> false\r
  23 ;;\r
  24 \r
  25 let eta_eq' =\r
  26  let rec aux l1 l2 t1 t2 = match t1, t2 with\r
  27   | _, _ when is_stuck t1 || is_stuck t2 -> true\r
  28   | L t1, L t2 -> aux l1 l2 (fst t1) (fst t2)\r
  29   | L t1, t2 -> aux l1 (l2+1) (fst t1) t2\r
  30   | t1, L t2 -> aux (l1+1) l2 t1 (fst t2)\r
  31   | V a, V b -> a + l1 = b + l2\r
  32   | A(t1,t2), A(u1,u2) -> aux l1 l2 t1 u1 && aux l1 l2 t2 u2\r
  33   | _, _ -> false\r
  34  in aux ;;\r
  35 let eta_eq = eta_eq' 0 0;;\r
  36 \r
  37 (* is arg1 eta-subterm of arg2 ? *)\r
  38 let eta_subterm u =\r
  39  let rec aux lev t = if t = C then false else (eta_eq' lev 0 u t || match t with\r
  40  | L(t,g) -> List.exists (aux (lev+1)) (t::g)\r
  41  | A(t1, t2) -> aux lev t1 || aux lev t2\r
  42  | _ -> false) in\r
  43  aux 0\r
  44 ;;\r
  45 \r
  46 (* does NOT lift the argument *)\r
  47 let mk_lams = fold_nat (fun x _ -> L(x,[])) ;;\r
  48 \r
  49 let string_of_t =\r
  50   let string_of_bvar =\r
  51    let bound_vars = ["x"; "y"; "z"; "w"; "q"] in\r
  52    let bvarsno = List.length bound_vars in\r
  53    fun nn -> if nn < bvarsno then List.nth bound_vars nn else "x" ^ (string_of_int (nn - bvarsno + 1)) in\r
  54   let rec string_of_term_w_pars level = function\r
  55     | V v -> if v >= level then "`" ^ string_of_int (v-level) else\r
  56        string_of_bvar (level - v-1)\r
  57     | C -> "C"\r
  58     | A _\r
  59     | L _ as t -> "(" ^ string_of_term_no_pars level t ^ ")"\r
  60   and string_of_term_no_pars_app level = function\r
  61     | A(t1,t2) -> string_of_term_no_pars_app level t1 ^ " " ^ string_of_term_w_pars level t2\r
  62     | _ as t -> string_of_term_w_pars level t\r
  63   and string_of_term_no_pars level = function\r
  64     | L(t,g) -> "λ" ^ string_of_bvar level ^ ". " ^ string_of_term_no_pars (level+1) t\r
  65        ^ (if g = [] then "" else String.concat ", " ("" :: List.map (string_of_term_w_pars (level+1)) g))\r
  66     | _ as t -> string_of_term_no_pars_app level t\r
  67   in string_of_term_no_pars 0\r
  68 ;;\r
  69 \r
  70 type problem = {\r
  71    orig_freshno: int\r
  72  ; freshno : int\r
  73  ; label : string\r
  74  ; div : t\r
  75  ; conv : t\r
  76  ; sigma : (var * t) list (* substitutions *)\r
  77 }\r
  78 \r
  79 let string_of_problem p =\r
  80  let lines = [\r
  81   "[DV] " ^ string_of_t p.div;\r
  82   "[CV] " ^ string_of_t p.conv;\r
  83  ] in\r
  84  String.concat "\n" lines\r
  85 ;;\r
  86 \r
  87 exception B;;\r
  88 exception Done of (var * t) list (* substitution *);;\r
  89 exception Unseparable of string;;\r
  90 exception Backtrack of string;;\r
  91 \r
  92 let rec try_all label f = function\r
  93  | x::xs -> (try f x with Backtrack _ -> try_all label f xs)\r
  94  | [] -> raise (Backtrack label)\r
  95 ;;\r
  96 \r
  97 let problem_fail p reason =\r
  98  print_endline "!!!!!!!!!!!!!!! FAIL !!!!!!!!!!!!!!!";\r
  99  print_endline (string_of_problem p);\r
 100  failwith reason\r
 101 ;;\r
 102 \r
 103 let freshvar ({freshno} as p) =\r
 104  {p with freshno=freshno+1}, freshno+1\r
 105 ;;\r
 106 \r
 107 (* CSC: rename? is an applied C an inert?\r
 108    is_inert and get_inert work inconsistently *)\r
 109 let rec is_inert =\r
 110  function\r
 111  | A(t,_) -> is_inert t\r
 112  | V _ -> true\r
 113  | C\r
 114  | L _ -> false\r
 115 ;;\r
 116 \r
 117 let rec is_constant =\r
 118  function\r
 119     C -> true\r
 120   | V _ -> false\r
 121   | A(t,_)\r
 122   | L(t,_) -> is_constant t\r
 123 ;;\r
 124 \r
 125 let rec get_inert = function\r
 126  | V _ | C as t -> (t,0)\r
 127  | A(t, _) -> let hd,args = get_inert t in hd,args+1\r
 128  | _ -> assert false\r
 129 ;;\r
 130 \r
 131 let args_of_inert =\r
 132  let rec aux acc =\r
 133   function\r
 134    | V _ | C -> acc\r
 135    | A(t, a) -> aux (a::acc) t\r
 136    | _ -> assert false\r
 137  in\r
 138   aux []\r
 139 ;;\r
 140 \r
 141 (* precomputes the number of leading lambdas in a term,\r
 142    after replacing _v_ w/ a term starting with n lambdas *)\r
 143 let rec no_leading_lambdas v n = function\r
 144  | L(t,_) -> 1 + no_leading_lambdas (v+1) n t\r
 145  | A _ as t -> let v', m = get_inert t in if V v = v' then max 0 (n - m) else 0\r
 146  | V v' -> if v = v' then n else 0\r
 147  | C -> 0\r
 148 ;;\r
 149 \r
 150 let rec subst level delift sub =\r
 151  function\r
 152  | V v -> (if v = level + fst sub then lift level (snd sub) else V (if delift && v > level then v-1 else v)), []\r
 153  | L x -> let t, g = subst_in_lam (level+1) delift sub x in L(t, g), []\r
 154  | A (t1,t2) ->\r
 155   let t1, g1 = subst level delift sub t1 in\r
 156   let t2, g2 = subst level delift sub t2 in\r
 157   let t3, g3 = mk_app t1 t2 in\r
 158   t3, g1 @ g2 @ g3\r
 159  | C -> C, []\r
 160 and subst_in_lam level delift sub (t, g) =\r
 161   let t', g' = subst level delift sub t in\r
 162   let g'' = List.fold_left\r
 163    (fun xs t ->\r
 164      let x,y = subst level delift sub t in\r
 165      (x :: y @ xs)) g' g in t', g''\r
 166 and mk_app t1 t2 = if t1 = delta && t2 = delta then raise B\r
 167  else match t1 with\r
 168  | L x -> subst_in_lam 0 true (0, t2) x\r
 169  | _ -> A (t1, t2), []\r
 170 and lift n =\r
 171  let rec aux lev =\r
 172   function\r
 173   | V m -> V (if m >= lev then m + n else m)\r
 174   | L(t,g) -> L (aux (lev+1) t, List.map (aux (lev+1)) g)\r
 175   | A (t1, t2) -> A (aux lev t1, aux lev t2)\r
 176   | C -> C\r
 177  in aux 0\r
 178 ;;\r
 179 let subst = subst 0 false;;\r
 180 \r
 181 let subst_in_problem ((v, t) as sub) p =\r
 182 print_endline ("-- SUBST " ^ string_of_t (V v) ^ " |-> " ^ string_of_t t);\r
 183  let sigma = sub :: p.sigma in\r
 184  let div, g = try subst sub p.div with B -> raise (Done sigma) in\r
 185  assert (g = []);\r
 186  let conv, f = try subst sub p.conv with B -> raise (Backtrack "p.conv diverged") in\r
 187  assert (g = []);\r
 188  {p with div; conv; sigma}\r
 189 ;;\r
 190 \r
 191 let get_subterms_with_head hd_var =\r
 192  let rec aux lev inert_done g = function\r
 193  | L(t,g') -> List.fold_left (aux (lev+1) false) g (t::g')\r
 194  | C | V _ -> g\r
 195  | A(t1,t2) as t ->\r
 196    let hd_var', n_args' = get_inert t1 in\r
 197    if not inert_done && hd_var' = V (hd_var + lev)\r
 198     then lift ~-lev t :: aux lev false (aux lev true g t1) t2\r
 199     else                 aux lev false (aux lev true g t1) t2\r
 200  in aux 0 false []\r
 201 ;;\r
 202 \r
 203 let purify =\r
 204  let rec aux = function\r
 205  | L(t,g) ->\r
 206     let t = aux (lift (List.length g) t) in\r
 207     let t = List.fold_left (fun t g -> Pure.A(Pure.L t, aux g)) t g in\r
 208     Pure.L t\r
 209  | A (t1,t2) -> Pure.A (aux t1, aux t2)\r
 210  | V n -> Pure.V (n)\r
 211  | C -> Pure.V (min_int/2)\r
 212  in aux\r
 213 ;;\r
 214 \r
 215 let check p sigma =\r
 216  print_endline "Checking...";\r
 217  let div = purify p.div in\r
 218  let conv = purify p.conv in\r
 219  let sigma = List.map (fun (v,t) -> v, purify t) sigma in\r
 220  let freshno = List.fold_right (max ++ fst) sigma 0 in\r
 221  let env = Pure.env_of_sigma freshno sigma in\r
 222  (if not (Pure.diverged (Pure.mwhd (env,div,[])))\r
 223   then failwith "D converged in Pure");\r
 224  print_endline "- D diverged.";\r
 225  (if Pure.diverged (Pure.mwhd (env,conv,[]))\r
 226   then failwith "C diverged in Pure");\r
 227  print_endline "- C converged.";\r
 228  ()\r
 229 ;;\r
 230 \r
 231 let sanity p =\r
 232  print_endline (string_of_problem p); (* non cancellare *)\r
 233  if not (is_inert p.div) then raise (Backtrack "p.div converged");\r
 234  (* Trailing constant args can be removed because do not contribute to eta-diff *)\r
 235  let rec remove_trailing_constant_args = function\r
 236  | A(t1, t2) when is_constant t2 -> remove_trailing_constant_args t1\r
 237  | _ as t -> t in\r
 238  let p = {p with div=remove_trailing_constant_args p.div} in\r
 239  p\r
 240 ;;\r
 241 \r
 242 (* drops the arguments of t after the n-th *)\r
 243 let inert_cut_at n t =\r
 244  let rec aux t =\r
 245   match t with\r
 246   | V _ as t -> 0, t\r
 247   | A(t1,_) as t ->\r
 248     let k', t' = aux t1 in\r
 249      if k' = n then n, t'\r
 250       else k'+1, t\r
 251   | _ -> assert false\r
 252  in snd (aux t)\r
 253 ;;\r
 254 \r
 255 (* return the index of the first argument with a difference\r
 256    (the first argument is 0) *)\r
 257 let find_eta_difference p t =\r
 258  let divargs = args_of_inert p.div in\r
 259  let conargs = args_of_inert t in\r
 260  let rec range i j =\r
 261   if j = -1 then [] else i :: range (i+1) (j-1) in\r
 262  let rec aux k divargs conargs =\r
 263   match divargs,conargs with\r
 264      [],conargs -> range k (List.length conargs)\r
 265    | _::_,[] -> [k]\r
 266    | t1::divargs,t2::conargs ->\r
 267       (if not (eta_eq t1 t2) then [k] else []) @ aux (k+1) divargs conargs\r
 268  in\r
 269   aux 0 divargs conargs\r
 270 ;;\r
 271 \r
 272 let compute_max_lambdas_at hd_var j =\r
 273  let rec aux hd = function\r
 274  | A(t1,t2) ->\r
 275     (if get_inert t1 = (V hd, j)\r
 276       then max ( (*FIXME*)\r
 277        if is_inert t2 && let hd', j' = get_inert t2 in hd' = V hd\r
 278         then let hd', j' = get_inert t2 in j - j'\r
 279         else no_leading_lambdas hd_var j t2)\r
 280       else id) (max (aux hd t1) (aux hd t2))\r
 281  | L(t,_) -> aux (hd+1) t\r
 282  | V _ | C -> 0\r
 283  in aux hd_var\r
 284 ;;\r
 285 \r
 286 let print_cmd s1 s2 = print_endline (">> " ^ s1 ^ " " ^ s2);;\r
 287 \r
 288 (* returns Some i if i is the smallest integer s.t. p holds for the i-th\r
 289    element of the list in input *)\r
 290 let smallest_such_that p =\r
 291  let rec aux i =\r
 292   function\r
 293      [] -> None\r
 294    | hd::_ when (print_endline (string_of_t hd) ; p hd) -> Some i\r
 295    | _::tl -> aux (i+1) tl\r
 296  in\r
 297   aux 0\r
 298 ;;\r
 299 \r
 300 (* step on the head of div, on the k-th argument, with n fresh vars *)\r
 301 let step k n p =\r
 302  let hd, _ = get_inert p.div in\r
 303  match hd with\r
 304  | C | L _ | A _  -> assert false\r
 305  | V var ->\r
 306 print_cmd "STEP" ("on " ^ string_of_t (V var) ^ " (on " ^ string_of_int (k+1) ^ "th)");\r
 307  let p, t = (* apply fresh vars *)\r
 308   fold_nat (fun (p, t) _ ->\r
 309     let p, v = freshvar p in\r
 310     p, A(t, V (v + k + 1))\r
 311   ) (p, V 0) n in\r
 312  let t = (* apply unused bound variables V_{k-1}..V_1 *)\r
 313   fold_nat (fun t m -> A(t, V (k-m+1))) t k in\r
 314  let t = mk_lams t (k+1) in (* make leading lambdas *)\r
 315  let subst = var, t in\r
 316  let p = subst_in_problem subst p in\r
 317  sanity p\r
 318 ;;\r
 319 \r
 320 let finish p =\r
 321  (* one-step version of eat *)\r
 322  let compute_max_arity =\r
 323    let rec aux n = function\r
 324    | A(t1,t2) -> max (aux (n+1) t1) (aux 0 t2)\r
 325    | L(t,g) -> List.fold_right (max ++ (aux 0)) (t::g) 0\r
 326    | _ -> n\r
 327  in aux 0 in\r
 328 print_cmd "FINISH" "";\r
 329  (* First, a step on the last argument of the divergent.\r
 330     Because of the sanity check, it will never be a constant term. *)\r
 331  let div_hd, div_nargs = get_inert p.div in\r
 332  let div_hd = match div_hd with V n -> n | _ -> assert false in\r
 333  let j = div_nargs - 1 in\r
 334  let arity = compute_max_arity p.conv in\r
 335  let n = 1 + arity + max\r
 336   (compute_max_lambdas_at div_hd j p.div)\r
 337   (compute_max_lambdas_at div_hd j p.conv) in\r
 338  let p = step j n p in\r
 339  (* Now, find first argument of div that is a variable never applied anywhere.\r
 340  It must exist because of some invariant, since we just did a step,\r
 341  and because of the arity of the divergent *)\r
 342  let div_hd, div_nargs = get_inert p.div in\r
 343  let div_hd = match div_hd with V n -> n | _ -> assert false in\r
 344  let rec aux m = function\r
 345  | A(t, V delta_var) ->\r
 346    if delta_var <> div_hd && get_subterms_with_head delta_var p.conv = []\r
 347    then m, delta_var\r
 348    else aux (m-1) t\r
 349  | A(t,_) -> aux (m-1) t\r
 350  | _ -> assert false in\r
 351  let m, delta_var = aux div_nargs p.div in\r
 352  let p = subst_in_problem (delta_var, delta) p in\r
 353  let p = subst_in_problem (div_hd, mk_lams delta (m-1)) p in\r
 354  sanity p\r
 355 ;;\r
 356 \r
 357 let auto p =\r
 358  let rec aux p =\r
 359  let hd, n_args = get_inert p.div in\r
 360  match hd with\r
 361  | C | L _ | A _  -> assert false\r
 362  | V hd_var ->\r
 363  let tms = get_subterms_with_head hd_var p.conv in\r
 364  if List.exists (fun t -> snd (get_inert t) >= n_args) tms\r
 365   then (\r
 366     (* let tms = List.sort (fun t1 t2 -> - compare (snd (get_inert t1)) (snd (get_inert t2))) tms in *)\r
 367     try_all "no similar terms" (fun t ->\r
 368       let js = find_eta_difference p t in\r
 369       (* print_endline (String.concat ", " (List.map string_of_int js)); *)\r
 370       let js = List.rev js in\r
 371        try_all "no eta difference"\r
 372         (fun j ->\r
 373           let k = 1 + max\r
 374            (compute_max_lambdas_at hd_var j p.div)\r
 375             (compute_max_lambdas_at hd_var j p.conv) in\r
 376           aux (step j k p)) js) tms\r
 377    )\r
 378   else\r
 379     problem_fail (finish p) "Finish did not complete the problem"\r
 380   in\r
 381   try\r
 382    aux p\r
 383   with Done sigma -> sigma\r
 384 ;;\r
 385 \r
 386 let problem_of (label, div, convs, ps, var_names) =\r
 387  print_hline ();\r
 388  let rec aux lev = function\r
 389  | `Lam(_, t, g) -> L (aux (lev+1) t, List.map (aux (lev+1)) g)\r
 390  | `I (v, args) -> Listx.fold_left (fun x y -> fst (mk_app x (aux lev y))) (aux lev (`Var v)) args\r
 391  | `Var(v,_) -> if v >= lev && List.nth var_names (v-lev) = "C" then C else V v\r
 392  | `N _ | `Match _ -> assert false in\r
 393  assert (List.length ps = 0);\r
 394  let convs = List.rev convs in\r
 395  let conv = List.fold_left (fun x y -> fst (mk_app x (aux 0 (y :> Num.nf)))) (V (List.length var_names)) convs in\r
 396  let var_names = "@" :: var_names in\r
 397  let div = match div with\r
 398  | Some div -> aux 0 (div :> Num.nf)\r
 399  | None -> assert false in\r
 400  let varno = List.length var_names in\r
 401  {orig_freshno=varno; freshno=1+varno; div; conv; sigma=[]; label}\r
 402 ;;\r
 403 \r
 404 let solve p =\r
 405  let c = if String.length p.label > 0 then String.sub (p.label) 0 1 else "" in\r
 406  let module M = struct exception Okay end in\r
 407  try\r
 408   if eta_subterm p.div p.conv\r
 409   then raise (Unseparable "div is subterm of conv")\r
 410   else\r
 411    let p = sanity p (* initial sanity check *) in\r
 412    check p (auto p);\r
 413    raise M.Okay\r
 414  with\r
 415   | M.Okay -> if c = "?" then\r
 416     failwith "The problem succeeded, but was supposed to be unseparable"\r
 417   | e when c = "!" ->\r
 418     failwith ("The problem was supposed to be separable, but: "^Printexc.to_string e)\r
 419   | e ->\r
 420     print_endline ("The problem failed, as expected ("^Printexc.to_string e^")")\r
 421 ;;\r
 422 \r
 423 Problems.main (solve ++ problem_of);\r
 424 \r
 425 (* Example usage of interactive: *)\r
 426 \r
 427 (* let interactive div conv cmds =\r
 428  let p = problem_of div conv in\r
 429  try (\r
 430  let p = List.fold_left (|>) p cmds in\r
 431  let rec f p cmds =\r
 432   let nth spl n = int_of_string (List.nth spl n) in\r
 433   let read_cmd () =\r
 434    let s = read_line () in\r
 435    let spl = Str.split (Str.regexp " +") s in\r
 436    s, let uno = List.hd spl in\r
 437     try if uno = "eat" then eat\r
 438     else if uno = "step" then step (nth spl 1) (nth spl 2)\r
 439     else failwith "Wrong input."\r
 440     with Failure s -> print_endline s; (fun x -> x) in\r
 441   let str, cmd = read_cmd () in\r
 442   let cmds = (" " ^ str ^ ";")::cmds in\r
 443   try\r
 444    let p = cmd p in f p cmds\r
 445   with\r
 446   | Done _ -> print_endline "Done! Commands history: "; List.iter print_endline (List.rev cmds)\r
 447  in f p []\r
 448  ) with Done _ -> ()\r
 449 ;; *)\r
 450 \r
 451 (* interactive "x y"\r
 452  "@ (x x) (y x) (y z)" [step 0 1; step 0 2; eat]\r
 453 ;; *)\r