]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blob - ring.ml
f9755474c0a59cdd418665328ca663f7d542fbb1
[helm.git] / ring.ml
1 (* Copyright (C) 2002, HELM Team.
2  * 
3  * This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic
4  * Library of Mathematics, developed at the Computer Science
5  * Department, University of Bologna, Italy.
6  * 
7  * HELM is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU General Public License
9  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
10  * of the License, or (at your option) any later version.
11  * 
12  * HELM is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15  * GNU General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
18  * along with HELM; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
20  * MA  02111-1307, USA.
21  * 
22  * For details, see the HELM World-Wide-Web page,
23  * http://cs.unibo.it/helm/.
24  *)
25
26 open CicReduction
27 open PrimitiveTactics
28 open ProofEngineTypes
29 open UriManager
30
31 open HelmLibraryObjects
32
33 (** DEBUGGING *)
34
35   (** perform debugging output? *)
36 let debug = false
37
38   (** debugging print *)
39 let warn s =
40   if debug then
41     prerr_endline ("RING WARNING: " ^ s)
42
43 (** CIC URIS *)
44
45 (**
46   Note: For constructors URIs aren't really URIs but rather triples of
47   the form (uri, typeno, consno).  This discrepancy is to preserver an
48   uniformity of invocation of "mkXXX" functions.
49 *)
50
51 let equality_is_a_congruence_A =
52  uri_of_string "cic:/Coq/Init/Logic/Logic_lemmas/equality/A.var"
53 let equality_is_a_congruence_x =
54  uri_of_string "cic:/Coq/Init/Logic/Logic_lemmas/equality/x.var"
55 let equality_is_a_congruence_y =
56  uri_of_string "cic:/Coq/Init/Logic/Logic_lemmas/equality/y.var"
57
58 let apolynomial_uri =
59   uri_of_string "cic:/Coq/ring/Ring_abstract/apolynomial.ind"
60 let apvar_uri = (apolynomial_uri, 0, 1)
61 let ap0_uri = (apolynomial_uri, 0, 2)
62 let ap1_uri = (apolynomial_uri, 0, 3)
63 let applus_uri = (apolynomial_uri, 0, 4)
64 let apmult_uri = (apolynomial_uri, 0, 5)
65 let apopp_uri = (apolynomial_uri, 0, 6)
66
67 let quote_varmap_A_uri = uri_of_string "cic:/Coq/ring/Quote/variables_map/A.var"
68 let varmap_uri = uri_of_string "cic:/Coq/ring/Quote/varmap.ind"
69 let empty_vm_uri = (varmap_uri, 0, 1)
70 let node_vm_uri = (varmap_uri, 0, 2)
71 let varmap_find_uri = uri_of_string "cic:/Coq/ring/Quote/varmap_find.con"
72 let index_uri = uri_of_string "cic:/Coq/ring/Quote/index.ind"
73 let left_idx_uri = (index_uri, 0, 1)
74 let right_idx_uri = (index_uri, 0, 2)
75 let end_idx_uri = (index_uri, 0, 3)
76
77 let abstract_rings_A_uri =
78  uri_of_string "cic:/Coq/ring/Ring_abstract/abstract_rings/A.var"
79 let abstract_rings_Aplus_uri =
80  uri_of_string "cic:/Coq/ring/Ring_abstract/abstract_rings/Aplus.var"
81 let abstract_rings_Amult_uri =
82  uri_of_string "cic:/Coq/ring/Ring_abstract/abstract_rings/Amult.var"
83 let abstract_rings_Aone_uri =
84  uri_of_string "cic:/Coq/ring/Ring_abstract/abstract_rings/Aone.var"
85 let abstract_rings_Azero_uri =
86  uri_of_string "cic:/Coq/ring/Ring_abstract/abstract_rings/Azero.var"
87 let abstract_rings_Aopp_uri =
88  uri_of_string "cic:/Coq/ring/Ring_abstract/abstract_rings/Aopp.var"
89 let abstract_rings_Aeq_uri =
90  uri_of_string "cic:/Coq/ring/Ring_abstract/abstract_rings/Aeq.var"
91 let abstract_rings_vm_uri =
92  uri_of_string "cic:/Coq/ring/Ring_abstract/abstract_rings/vm.var"
93 let abstract_rings_T_uri =
94  uri_of_string "cic:/Coq/ring/Ring_abstract/abstract_rings/T.var"
95 let interp_ap_uri = uri_of_string "cic:/Coq/ring/Ring_abstract/interp_ap.con"
96 let interp_sacs_uri =
97   uri_of_string "cic:/Coq/ring/Ring_abstract/interp_sacs.con"
98 let apolynomial_normalize_uri =
99   uri_of_string "cic:/Coq/ring/Ring_abstract/apolynomial_normalize.con"
100 let apolynomial_normalize_ok_uri =
101   uri_of_string "cic:/Coq/ring/Ring_abstract/apolynomial_normalize_ok.con"
102
103 (** CIC PREDICATES *)
104
105   (**
106     check whether a term is a constant or not, if argument "uri" is given and is
107     not "None" also check if the constant correspond to the given one or not
108   *)
109 let cic_is_const ?(uri: uri option = None) term =
110   match uri with
111   | None ->
112       (match term with
113         | Cic.Const _ -> true
114         | _ -> false)
115   | Some realuri ->
116       (match term with
117         | Cic.Const (u, _) when (eq u realuri) -> true
118         | _ -> false)
119
120 (** PROOF AND GOAL ACCESSORS *)
121
122   (**
123     @param proof a proof
124     @return the uri of a given proof
125   *)
126 let uri_of_proof ~proof:(uri, _, _, _) = uri
127
128   (**
129     @param status current proof engine status
130     @raise Failure if proof is None
131     @return current goal's metasenv
132   *)
133 let metasenv_of_status ~status:((_,m,_,_), _) = m
134
135   (**
136     @param status a proof engine status
137     @raise Failure when proof or goal are None
138     @return context corresponding to current goal
139   *)
140 let context_of_status ~status:(proof, goal as status) =
141   let metasenv = metasenv_of_status ~status:status in
142   let _, context, _ = CicUtil.lookup_meta goal metasenv in
143    context
144
145 (** CIC TERM CONSTRUCTORS *)
146
147   (**
148     Create a Cic term consisting of a constant
149     @param uri URI of the constant
150     @proof current proof
151     @exp_named_subst explicit named substitution
152   *)
153 let mkConst ~uri ~exp_named_subst =
154   Cic.Const (uri, exp_named_subst)
155
156   (**
157     Create a Cic term consisting of a constructor
158     @param uri triple <uri, typeno, consno> where uri is the uri of an inductive
159     type, typeno is the type number in a mutind structure (0 based), consno is
160     the constructor number (1 based)
161     @exp_named_subst explicit named substitution
162   *)
163 let mkCtor ~uri:(uri, typeno, consno) ~exp_named_subst =
164  Cic.MutConstruct (uri, typeno, consno, exp_named_subst)
165
166   (**
167     Create a Cic term consisting of a type member of a mutual induction
168     @param uri pair <uri, typeno> where uri is the uri of a mutual inductive
169     type and typeno is the type number (0 based) in the mutual induction
170     @exp_named_subst explicit named substitution
171   *)
172 let mkMutInd ~uri:(uri, typeno) ~exp_named_subst =
173  Cic.MutInd (uri, typeno, exp_named_subst)
174
175 (** EXCEPTIONS *)
176
177   (**
178     raised when the current goal is not ringable; a goal is ringable when is an
179     equality on reals (@see r_uri)
180   *)
181 exception GoalUnringable
182
183 (** RING's FUNCTIONS LIBRARY *)
184
185   (**
186     Check whether the ring tactic can be applied on a given term (i.e. that is
187     an equality on reals)
188     @param term to be tested
189     @return true if the term is ringable, false otherwise
190   *)
191 let ringable =
192   let is_equality = function
193     | Cic.MutInd (uri, 0, []) when (eq uri Logic.eq_URI) -> true
194     | _ -> false
195   in
196   let is_real = function
197     | Cic.Const (uri, _) when (eq uri Reals.r_URI) -> true
198     | _ -> false
199   in
200   function
201     | Cic.Appl (app::set::_::_::[]) when (is_equality app && is_real set) ->
202         warn "Goal Ringable!";
203         true
204     | _ ->
205         warn "Goal Not Ringable :-((";
206         false
207
208   (**
209     split an equality goal of the form "t1 = t2" in its two subterms t1 and t2
210     after checking that the goal is ringable
211     @param goal the current goal
212     @return a pair (t1,t2) that are two sides of the equality goal
213     @raise GoalUnringable if the goal isn't ringable
214   *)
215 let split_eq = function
216   | (Cic.Appl (_::_::t1::t2::[])) as term when ringable term ->
217         warn ("<term1>" ^ (CicPp.ppterm t1) ^ "</term1>");
218         warn ("<term2>" ^ (CicPp.ppterm t2) ^ "</term2>");
219         (t1, t2)
220   | _ -> raise GoalUnringable
221
222   (**
223     @param i an integer index representing a 1 based number of node in a binary
224     search tree counted in a fbs manner (i.e.: 1 is the root, 2 is the left
225     child of the root (if any), 3 is the right child of the root (if any), 4 is
226     the left child of the left child of the root (if any), ....)
227     @param proof the current proof
228     @return an index representing the same node in a varmap (@see varmap_uri),
229     the returned index is as defined in index (@see index_uri)
230   *)
231 let path_of_int n =
232   let rec digits_of_int n =
233     if n=1 then [] else (n mod 2 = 1)::(digits_of_int (n lsr 1))
234   in
235   List.fold_right
236     (fun digit path ->
237       Cic.Appl [
238         mkCtor (if (digit = true) then right_idx_uri else left_idx_uri) [];
239         path])
240     (List.rev (digits_of_int n)) (* remove leading true (i.e. digit 1) *)
241     (mkCtor end_idx_uri [])
242
243   (**
244     Build a variable map (@see varmap_uri) from a variables array.
245     A variable map is almost a binary tree so this function receiving a var list
246     like [v;w;x;y;z] will build a varmap of shape:       v
247                                                         / \
248                                                        w   x
249                                                       / \
250                                                      y   z
251     @param vars variables array
252     @return a cic term representing the variable map containing vars variables
253   *)
254 let btree_of_array ~vars =
255   let r = Reals.r in
256   let empty_vm_r = mkCtor empty_vm_uri [quote_varmap_A_uri,r] in
257   let node_vm_r = mkCtor node_vm_uri [quote_varmap_A_uri,r] in
258   let size = Array.length vars in
259   let halfsize = size lsr 1 in
260   let rec aux n =   (* build the btree starting from position n *)
261       (*
262         n is the position in the vars array _1_based_ in order to access
263         left and right child using (n*2, n*2+1) trick
264       *)
265     if n > size then
266       empty_vm_r
267     else if n > halfsize then  (* no more children *)
268       Cic.Appl [node_vm_r; vars.(n-1); empty_vm_r; empty_vm_r]
269     else  (* still children *)
270       Cic.Appl [node_vm_r; vars.(n-1); aux (n*2); aux (n*2+1)]
271   in
272   aux 1
273
274   (**
275     abstraction function:
276     concrete polynoms       ----->      (abstract polynoms, varmap)
277     @param terms list of conrete polynoms
278     @return a pair <aterms, varmap> where aterms is a list of abstract polynoms
279     and varmap is the variable map needed to interpret them
280   *)
281 let abstract_poly ~terms =
282   let varhash = Hashtbl.create 19 in (* vars hash, to speed up lookup *)
283   let varlist = ref [] in  (* vars list in reverse order *)
284   let counter = ref 1 in  (* index of next new variable *)
285   let rec aux = function  (* TODO not tail recursive *)
286     (* "bop" -> binary operator | "uop" -> unary operator *)
287     | Cic.Appl (bop::t1::t2::[])
288       when (cic_is_const ~uri:(Some Reals.rplus_URI) bop) -> (* +. *)
289         Cic.Appl [mkCtor applus_uri []; aux t1; aux t2]
290     | Cic.Appl (bop::t1::t2::[])
291       when (cic_is_const ~uri:(Some Reals.rmult_URI) bop) -> (* *. *)
292         Cic.Appl [mkCtor apmult_uri []; aux t1; aux t2]
293     | Cic.Appl (uop::t::[])
294       when (cic_is_const ~uri:(Some Reals.ropp_URI) uop) -> (* ~-. *)
295         Cic.Appl [mkCtor apopp_uri []; aux t]
296     | t when (cic_is_const ~uri:(Some Reals.r0_URI) t) -> (* 0. *)
297         mkCtor ap0_uri []
298     | t when (cic_is_const ~uri:(Some Reals.r1_URI) t) -> (* 1. *)
299         mkCtor ap1_uri []
300     | t ->  (* variable *)
301       try
302         Hashtbl.find varhash t (* use an old var *)
303       with Not_found -> begin (* create a new var *)
304         let newvar =
305           Cic.Appl [mkCtor apvar_uri []; path_of_int !counter]
306         in
307         incr counter;
308         varlist := t :: !varlist;
309         Hashtbl.add varhash t newvar;
310         newvar
311       end
312   in
313   let aterms = List.map aux terms in  (* abstract vars *)
314   let varmap =  (* build varmap *)
315     btree_of_array ~vars:(Array.of_list (List.rev !varlist))
316   in
317   (aterms, varmap)
318
319   (**
320     given a list of abstract terms (i.e. apolynomials) build the ring "segments"
321     that is triples like (t', t'', t''') where
322           t'    = interp_ap(varmap, at)
323           t''   = interp_sacs(varmap, (apolynomial_normalize at))
324           t'''  = apolynomial_normalize_ok(varmap, at)
325     at is the abstract term built from t, t is a single member of aterms
326   *)
327 let build_segments ~terms =
328   let theory_args_subst varmap =
329    [abstract_rings_A_uri, Reals.r ;
330     abstract_rings_Aplus_uri, Reals.rplus ;
331     abstract_rings_Amult_uri, Reals.rmult ;
332     abstract_rings_Aone_uri, Reals.r1 ;
333     abstract_rings_Azero_uri, Reals.r0 ;
334     abstract_rings_Aopp_uri, Reals.ropp ;
335     abstract_rings_vm_uri, varmap] in
336   let theory_args_subst' eq varmap t =
337    [abstract_rings_A_uri, Reals.r ;
338     abstract_rings_Aplus_uri, Reals.rplus ;
339     abstract_rings_Amult_uri, Reals.rmult ;
340     abstract_rings_Aone_uri, Reals.r1 ;
341     abstract_rings_Azero_uri, Reals.r0 ;
342     abstract_rings_Aopp_uri, Reals.ropp ;
343     abstract_rings_Aeq_uri, eq ;
344     abstract_rings_vm_uri, varmap ;
345     abstract_rings_T_uri, t] in
346   let interp_ap varmap =
347    mkConst interp_ap_uri (theory_args_subst varmap) in
348   let interp_sacs varmap =
349    mkConst interp_sacs_uri (theory_args_subst varmap) in
350   let apolynomial_normalize = mkConst apolynomial_normalize_uri [] in
351   let apolynomial_normalize_ok eq varmap t =
352    mkConst apolynomial_normalize_ok_uri (theory_args_subst' eq varmap t) in
353   let lxy_false =   (** Cic funcion "fun (x,y):R -> false" *)
354     Cic.Lambda (Cic.Anonymous, Reals.r,
355       Cic.Lambda (Cic.Anonymous, Reals.r, Datatypes.falseb))
356   in
357   let (aterms, varmap) = abstract_poly ~terms in  (* abstract polys *)
358   List.map    (* build ring segments *)
359    (fun t ->
360      Cic.Appl [interp_ap varmap ; t],
361      Cic.Appl (
362        [interp_sacs varmap ; Cic.Appl [apolynomial_normalize; t]]),
363      Cic.Appl [apolynomial_normalize_ok lxy_false varmap Reals.rtheory ; t]
364    ) aterms
365
366
367 let status_of_single_goal_tactic_result =
368  function
369     proof,[goal] -> proof,goal
370   | _ ->
371     raise (Fail "status_of_single_goal_tactic_result: the tactic did not produce exactly a new goal")
372
373 (* Galla: spostata in variousTactics.ml 
374   (**
375     auxiliary tactic "elim_type"
376     @param status current proof engine status
377     @param term term to cut
378   *)
379 let elim_type_tac ~term ~status =
380   warn "in Ring.elim_type_tac";
381   Tacticals.thens ~start:(cut_tac ~term)
382    ~continuations:[elim_simpl_intros_tac ~term:(Cic.Rel 1) ; Tacticals.id_tac] ~status
383 *)
384
385   (**
386     auxiliary tactic, use elim_type and try to close 2nd subgoal using proof
387     @param status current proof engine status
388     @param term term to cut
389     @param proof term used to prove second subgoal generated by elim_type
390   *)
391 let elim_type2_tac ~term ~proof ~status =
392   let module E = EliminationTactics in
393   warn "in Ring.elim_type2";
394   Tacticals.thens ~start:(E.elim_type_tac ~term)
395    ~continuations:[Tacticals.id_tac ; exact_tac ~term:proof] ~status
396
397 (* Galla: spostata in variousTactics.ml
398   (**
399     Reflexivity tactic, try to solve current goal using "refl_eqT"
400     Warning: this isn't equale to the coq's Reflexivity because this one tries
401     only refl_eqT, coq's one also try "refl_equal"
402     @param status current proof engine status
403   *)
404 let reflexivity_tac ~status:(proof, goal) =
405   warn "in Ring.reflexivity_tac";
406   let refl_eqt = mkCtor ~uri:refl_eqt_uri ~exp_named_subst:[] in
407   try
408     apply_tac ~status:(proof, goal) ~term:refl_eqt
409   with (Fail _) as e ->
410     let e_str = Printexc.to_string e in
411     raise (Fail ("Reflexivity failed with exception: " ^ e_str))
412 *)
413
414   (** lift an 8-uple of debrujins indexes of n *)
415 let lift ~n (a,b,c,d,e,f,g,h) =
416   match (List.map (CicSubstitution.lift n) [a;b;c;d;e;f;g;h]) with
417   | [a;b;c;d;e;f;g;h] -> (a,b,c,d,e,f,g,h)
418   | _ -> assert false
419
420   (**
421     remove hypothesis from a given status starting from the last one
422     @param count number of hypotheses to remove
423     @param status current proof engine status
424   *)
425 let purge_hyps_tac ~count ~status:(proof, goal as status) =
426   let module S = ProofEngineStructuralRules in
427   let rec aux n context status =
428     assert(n>=0);
429     match (n, context) with
430     | (0, _) -> status
431     | (n, hd::tl) ->
432         aux (n-1) tl
433          (status_of_single_goal_tactic_result (S.clear ~hyp:hd ~status))
434     | (_, []) -> failwith "Ring.purge_hyps_tac: no hypotheses left"
435   in
436    let (_, metasenv, _, _) = proof in
437     let (_, context, _) = CicUtil.lookup_meta goal metasenv in
438      let proof',goal' = aux count context status in
439       assert (goal = goal') ;
440       proof',[goal']
441
442 (** THE TACTIC! *)
443
444   (**
445     Ring tactic, does associative and commutative rewritings in Reals ring
446     @param status current proof engine status
447   *)
448 let ring_tac ~status:((proof, goal) as status) =
449   warn "in Ring tactic";
450   let eqt = mkMutInd (Logic.eq_URI, 0) [] in
451   let r = Reals.r in
452   let metasenv = metasenv_of_status ~status in
453   let (metano, context, ty) = CicUtil.lookup_meta goal metasenv in
454   let (t1, t2) = split_eq ty in (* goal like t1 = t2 *)
455   match (build_segments ~terms:[t1; t2]) with
456   | (t1', t1'', t1'_eq_t1'')::(t2', t2'', t2'_eq_t2'')::[] -> begin
457       List.iter  (* debugging, feel free to remove *)
458         (fun (descr, term) ->
459           warn (descr ^ " " ^ (CicPp.ppterm term)))
460         (List.combine
461           ["t1"; "t1'"; "t1''"; "t1'_eq_t1''";
462            "t2"; "t2'"; "t2''"; "t2'_eq_t2''"]
463           [t1; t1'; t1''; t1'_eq_t1'';
464            t2; t2'; t2''; t2'_eq_t2'']);
465       try
466         let new_hyps = ref 0 in  (* number of new hypotheses created *)
467         Tacticals.try_tactics
468           ~status
469           ~tactics:[
470             "reflexivity", EqualityTactics.reflexivity_tac ;
471             "exact t1'_eq_t1''", exact_tac ~term:t1'_eq_t1'' ;
472             "exact t2'_eq_t2''", exact_tac ~term:t2'_eq_t2'' ;
473             "exact sym_eqt su t1 ...", exact_tac
474             ~term:(
475               Cic.Appl
476                [mkConst Logic.sym_eq_URI
477                  [equality_is_a_congruence_A, Reals.r;
478                   equality_is_a_congruence_x, t1'' ;
479                   equality_is_a_congruence_y, t1
480                  ] ;
481                 t1'_eq_t1''
482                ]) ;
483             "elim_type eqt su t1 ...", (fun ~status ->
484               let status' = (* status after 1st elim_type use *)
485                 let context = context_of_status ~status in
486                 if not (are_convertible context t1'' t1) then begin
487                   warn "t1'' and t1 are NOT CONVERTIBLE";
488                   let newstatus =
489                     elim_type2_tac  (* 1st elim_type use *)
490                       ~status ~proof:t1'_eq_t1''
491                       ~term:(Cic.Appl [eqt; r; t1''; t1])
492                   in
493                    incr new_hyps; (* elim_type add an hyp *)
494                    match newstatus with
495                       (proof,[goal]) -> proof,goal
496                     | _ -> assert false
497                 end else begin
498                   warn "t1'' and t1 are CONVERTIBLE";
499                   status
500                 end
501               in
502               let (t1,t1',t1'',t1'_eq_t1'',t2,t2',t2'',t2'_eq_t2'') =
503                 lift 1 (t1,t1',t1'',t1'_eq_t1'', t2,t2',t2'',t2'_eq_t2'')
504               in
505               let status'' =
506                 Tacticals.try_tactics (* try to solve 1st subgoal *)
507                   ~status:status'
508                   ~tactics:[
509                     "exact t2'_eq_t2''", exact_tac ~term:t2'_eq_t2'';
510                     "exact sym_eqt su t2 ...",
511                       exact_tac
512                        ~term:(
513                          Cic.Appl
514                           [mkConst Logic.sym_eq_URI
515                             [equality_is_a_congruence_A, Reals.r;
516                              equality_is_a_congruence_x, t2'' ;
517                              equality_is_a_congruence_y, t2
518                             ] ;
519                            t2'_eq_t2''
520                           ]) ;
521                     "elim_type eqt su t2 ...", (fun ~status ->
522                       let status' =
523                         let context = context_of_status ~status in
524                         if not (are_convertible context t2'' t2) then begin
525                           warn "t2'' and t2 are NOT CONVERTIBLE";
526                           let newstatus =
527                             elim_type2_tac  (* 2nd elim_type use *)
528                               ~status ~proof:t2'_eq_t2''
529                               ~term:(Cic.Appl [eqt; r; t2''; t2])
530                           in
531                           incr new_hyps; (* elim_type add an hyp *)
532                           match newstatus with
533                              (proof,[goal]) -> proof,goal
534                            | _ -> assert false
535                         end else begin
536                           warn "t2'' and t2 are CONVERTIBLE";
537                           status
538                         end
539                       in
540                       try (* try to solve main goal *)
541                         warn "trying reflexivity ....";
542                         EqualityTactics.reflexivity_tac ~status:status'
543                       with (Fail _) ->  (* leave conclusion to the user *)
544                         warn "reflexivity failed, solution's left as an ex :-)";
545                         purge_hyps_tac ~count:!new_hyps ~status:status')]
546               in
547               status'')]
548       with (Fail s) ->
549         raise (Fail ("Ring failure: " ^ s))
550     end
551   | _ -> (* impossible: we are applying ring exacty to 2 terms *)
552     assert false
553
554   (* wrap ring_tac catching GoalUnringable and raising Fail *)
555 let ring_tac ~status =
556   try
557     ring_tac ~status
558   with GoalUnringable ->
559     raise (Fail "goal unringable")
560