]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blobdiff - helm/software/matita/contribs/dama/dama/models/q_bars.ma
some work
[helm.git] / helm / software / matita / contribs / dama / dama / models / q_bars.ma
index 6be729db5492c6e55bbdeedfa97de1f011b21607..06b4a67e08fcd2ea405265ea5f04caa5b544526f 100644 (file)
 (*                                                                        *)
 (**************************************************************************)
 
+include "nat_ordered_set.ma".
 include "models/q_support.ma".
 include "models/list_support.ma".
 include "cprop_connectives.ma". 
 
-definition bar ≝ ratio × ℚ. (* base (Qpos) , height *)
-record q_f : Type ≝ { start : ℚ; bars: list bar }.
+definition bar ≝ ℚ × ℚ.
 
 notation < "\rationals \sup 2" non associative with precedence 90 for @{'q2}.
 interpretation "Q x Q" 'q2 = (Prod Q Q).
 
-definition empty_bar : bar ≝ 〈one,OQ〉.
+definition empty_bar : bar ≝ 〈Qpos one,OQ〉.
 notation "\rect" with precedence 90 for @{'empty_bar}.
 interpretation "q0" 'empty_bar = empty_bar.
 
 notation < "\ldots\rect\square\EmptySmallSquare\ldots" with precedence 90 for @{'lq2}.
-interpretation "lq2" 'lq2 = (list bar).
-
-let rec sum_bases (l:list bar) (i:nat)on i ≝
-    match i with
-    [ O ⇒ OQ
-    | S m ⇒ 
-         match l with
-         [ nil ⇒ sum_bases l m + Qpos one
-         | cons x tl ⇒ sum_bases tl m + Qpos (\fst x)]].
-         
-axiom sum_bases_empty_nat_of_q_ge_OQ:
-  ∀q:ℚ.OQ ≤ sum_bases [] (nat_of_q q). 
-axiom sum_bases_empty_nat_of_q_le_q:
-  ∀q:ℚ.sum_bases [] (nat_of_q q) ≤ q.
-axiom sum_bases_empty_nat_of_q_le_q_one:
-  ∀q:ℚ.q < sum_bases [] (nat_of_q q) + Qpos one.
-
-definition eject1 ≝
+interpretation "lq2" 'lq2 = (list bar). 
+
+inductive sorted : list bar → Prop ≝ 
+| sorted_nil : sorted []
+| sorted_one : ∀x. sorted [x]
+| sorted_cons : ∀x,y,tl. \fst x < \fst y → sorted (y::tl) → sorted (x::y::tl). 
+
+definition nth_base ≝ λf,n. \fst (nth f ▭ n).
+definition nth_height ≝ λf,n. \snd (nth f ▭ n).
+
+record q_f : Type ≝ {
+ bars: list bar; 
+ bars_sorted : sorted bars;
+ bars_begin_OQ : nth_base bars O = OQ;
+ bars_tail_OQ : nth_height bars (pred (len bars)) = OQ
+}.
+
+lemma nth_nil: ∀T,i.∀def:T. nth [] def i = def.
+intros; elim i; simplify; [reflexivity;] assumption; qed.
+
+inductive non_empty_list (A:Type) : list A → Type := 
+| show_head: ∀x,l. non_empty_list A (x::l).
+
+lemma bars_not_nil: ∀f:q_f.non_empty_list ? (bars f).
+intro f; generalize in match (bars_begin_OQ f); cases (bars f); 
+[1: intro X; normalize in X; destruct X;
+|2: intros; constructor 1;]
+qed.
+
+lemma sorted_tail: ∀x,l.sorted (x::l) → sorted l.
+intros; inversion H; intros; [destruct H1;|destruct H1;constructor 1;]
+destruct H4; assumption;
+qed.
+
+lemma sorted_skip: ∀x,y,l. sorted (x::y::l) → sorted (x::l).
+intros; inversion H; intros; [1,2: destruct H1]
+destruct H4; inversion H2; intros; [destruct H4]
+[1: destruct H4; constructor 2;
+|2: destruct H7; constructor 3; [apply (q_lt_trans ??? H1 H4);]
+    apply (sorted_tail ?? H2);]
+qed.
+
+lemma sorted_tail_bigger : ∀x,l.sorted (x::l) → ∀i. i < len l → \fst x < nth_base l i.
+intros 2; elim l; [ cases (not_le_Sn_O i H1);]
+cases i in H2;
+[2: intros; apply (H ? n);[apply (sorted_skip ??? H1)|apply le_S_S_to_le; apply H2]
+|1: intros; inversion H1; intros; [1,2: destruct H3]
+    destruct H6; simplify; assumption;]
+qed. 
+
+lemma all_bases_positive : ∀f:q_f.∀i. OQ < nth_base (bars f) (S i).
+intro f; generalize in match (bars_begin_OQ f); generalize in match (bars_sorted f);
+cases (bars_not_nil f); intros;
+cases (cmp_nat i (len l));
+[1: lapply (sorted_tail_bigger ?? H ? H2) as K; simplify in H1;
+    rewrite > H1 in K; apply K;
+|2: rewrite > H2; simplify; elim l; simplify; [apply (q_pos_OQ one)] 
+    assumption;
+|3: simplify; elim l in i H2;[simplify; rewrite > nth_nil; apply (q_pos_OQ one)]
+    cases n in H3; intros; [cases (not_le_Sn_O ? H3)] apply (H2 n1);
+    apply (le_S_S_to_le ?? H3);]
+qed.
+
+definition eject_NxQ ≝
   λP.λp:∃x:nat × ℚ.P x.match p with [ex_introT p _ ⇒ p].
-coercion eject1.
-definition inject1 ≝ λP.λp:nat × ℚ.λh:P p. ex_introT ? P p h.
-coercion inject1 with 0 1 nocomposites.
-
-definition value : 
-  ∀f:q_f.∀i:ℚ.∃p:nat × ℚ. 
-   match q_cmp i (start f) with
-   [ q_lt _ ⇒ \snd p = OQ
-   | _ ⇒ 
-        And3
-         (sum_bases (bars f) (\fst p) ≤ ⅆ[i,start f]) 
-         (ⅆ[i, start f] < sum_bases (bars f) (S (\fst p))) 
-         (\snd p = \snd (nth (bars f) ▭ (\fst p)))].
+coercion eject_NxQ.
+definition inject_NxQ ≝ λP.λp:nat × ℚ.λh:P p. ex_introT ? P p h.
+coercion inject_NxQ with 0 1 nocomposites.
+
+definition value_spec : q_f → ℚ → nat × ℚ → Prop ≝
+  λf,i,q. nth_height (bars f) (\fst q) = \snd q ∧  
+        (nth_base (bars f) (\fst q)  < i ∧
+         ∀n.\fst q < n → n < len (bars f) → i ≤ nth_base (bars f) n). 
+
+definition value :  ∀f:q_f.∀i:ratio.∃p:ℚ.∃j.value_spec f (Qpos i) 〈j,p〉.
 intros;
 alias symbol "pi2" = "pair pi2".
 alias symbol "pi1" = "pair pi1".
+alias symbol "lt" (instance 6) = "Q less than".
+alias symbol "leq" = "Q less or equal than".
+letin value_spec_aux ≝ (
+  λf,i,q.
+   \snd q = nth_height f (\fst q) ∧  
+    (nth_base f (\fst q) < i ∧ ∀n.(\fst q) < n → n < len f → i ≤ nth_base f n));
+alias symbol "lt" (instance 5) = "Q less than".
 letin value ≝ (
-  let rec value (p: ℚ) (l : list bar) on l ≝
+  METTERE IN ACC LA LISTA PROCESSATA SO FAR
+  E DIRE CHE QUELLA@L=BARS
+  let rec value (acc: nat × ℚ) (l : list bar) on l : nat × ℚ ≝
     match l with
-    [ nil ⇒ 〈nat_of_q p,OQ〉
+    [ nil ⇒ acc
     | cons x tl ⇒
-        match q_cmp p (Qpos (\fst x)) with
-        [ q_lt _ ⇒ 〈O, \snd x〉
-        | _ ⇒
-           let rc ≝ value (p - Qpos (\fst x)) tl in
-           〈S (\fst rc),\snd rc〉]]
+        match q_cmp (\fst x) (Qpos i) with
+        [ q_leq _ ⇒ value 〈S (\fst acc), \snd x〉 tl  
+        | q_gt _ ⇒ acc]]
   in value :
-  ∀acc,l.∃p:nat × ℚ. OQ ≤ acc →
-     And3
-       (sum_bases l (\fst p) ≤ acc) 
-       (acc < sum_bases l (S (\fst p))) 
-       (\snd p = \snd (nth l ▭ (\fst p))));
+  ∀acc,l.∃p:nat × ℚ.
+    (∀i.i < len l → nth_base (bars f) (\fst acc) < nth_base l i) →
+    nth_height (bars f) (\fst acc) = \snd acc → 
+    value_spec_aux l (Qpos i) p);
+[3: intros; unfold;
+[4: clearbody value;  unfold value_spec;
+    generalize in match (bars_begin_OQ f);
+    generalize in match (bars_sorted f);
+    cases (bars_not_nil f); intro S; generalize in match (sorted_tail_bigger ?? S);
+    clear S; cases (value 〈O,\snd x〉 (x::l)) (p Hp); intros; 
+    exists[apply (\snd p)];exists [apply (\fst p)] 
+    cases (Hp ?) (Hg HV); 
+    [unfold; split[reflexivity]simplify;split;
+      [rewrite > H1;apply q_pos_OQ;
+      |intros; cases n in H2 H3; [intro X; cases (not_le_Sn_O ? X)]
+       intros; 
+       rewrite > H1; apply q_pos_OQ;
+    cases HV (Hi Hm); clear Hp value value_spec_aux HV; 
+    exists [apply (\fst p)]; split;[rewrite > Hg;reflexivity|split;[assumption]intros]
+    apply Hm; assumption;
+|1: unfold value_spec_aux; clear value value_spec_aux H2;intros; split[2:split]
+    [1: apply (q_lt_le_trans ??? (H4 (\fst p))); clear H4 H5; 
+
 [5: clearbody value; 
     cases (q_cmp i (start f));
-    [2: exists [apply 〈O,OQ〉] simplify; reflexivity;
-    |*: cases (value ⅆ[i,start f] (bars f)) (p Hp);
-        cases (Hp (q_dist_ge_OQ ? ?)); clear Hp value;
-        exists[1,3:apply p]; simplify; split; assumption;]
-|1,3: intros; split;
-    [1,4: clear H2; cases (value (q-Qpos (\fst b)) l1);
+    [2: exists [apply 〈O,OQ〉] simplify; constructor 1; split; try assumption; 
+        try reflexivity; apply q_lt_to_le; assumption;
+    |1: cases (bars f); [exists [apply 〈O,OQ〉] simplify; constructor 3; split;try assumption;reflexivity;]
+        cases (value ⅆ[i,start f] (b::l)) (p Hp);
+        cases (Hp (q_dist_ge_OQ ? ?)); clear Hp value; [cases H1; destruct H2]
+        cases H1; clear H1; lapply (sum_bases_O (b::l) (\fst p)) as H1;
+        [2: apply (q_le_trans ??? H2); rewrite > H; apply q_eq_to_le;
+            rewrite > q_d_x_x; reflexivity;
+        |1: exists [apply p] simplify; constructor 4; rewrite > H1; split;
+            try split; try rewrite > q_d_x_x; try autobatch depth=2;
+            [1: rewrite > H; rewrite > q_plus_sym; apply q_lt_plus;
+                rewrite > q_plus_minus; apply q_lt_plus_trans; [apply sum_bases_ge_OQ]
+                apply q_pos_lt_OQ;
+            |2: rewrite > H; rewrite > q_d_x_x; apply q_eq_to_le; reflexivity;
+            |3: rewrite > H; rewrite > q_d_x_x; apply q_lt_plus_trans;
+                try apply sum_bases_ge_OQ; apply q_pos_lt_OQ;]]
+    |3: cases (q_cmp i (start f+sum_bases (bars f) (len (bars f))));
+        [1: exists [apply 〈O,OQ〉] simplify; constructor 2; split; try assumption; 
+            try reflexivity; rewrite > H1; apply q_eq_to_le; reflexivity;  
+        |3: exists [apply 〈O,OQ〉] simplify; constructor 2; split; try assumption; 
+            try reflexivity; apply q_lt_to_le; assumption;
+        |2: generalize in match (refl_eq ? (bars f): bars f = bars f);
+            generalize in match (bars f) in ⊢ (??? % → %); intro X; cases X; clear X;
+            intros;
+            [1: exists [apply 〈O,OQ〉] simplify; constructor 3; split; reflexivity;
+            |2: cases (value ⅆ[i,start f] (b::l)) (p Hp);
+                cases (Hp (q_dist_ge_OQ ? ?)); clear Hp value; [cases H3;destruct H4]
+                cases H3; clear H3;
+                exists [apply p]; constructor 4; split; try split; try assumption;
+                [1: intro X; destruct X;  
+                |2: apply q_lt_to_le; assumption;
+                |3: rewrite < H2; assumption;
+                |4: cases (cmp_nat (\fst p) (len (bars f)));
+                    [1:apply lt_to_le;rewrite <H2; assumption|rewrite > H3;rewrite < H2;apply le_n]   
+                    cases (?:False); cases (\fst p) in H3 H4 H6; clear H5;
+                    [1: intros; apply (not_le_Sn_O ? H5);
+                    |2: rewrite > q_d_sym; rewrite > q_d_noabs; [2: apply q_lt_to_le; assumption] 
+                        intros; lapply (q_lt_inj_plus_r ?? (Qopp (start f)) H1); clear H1;
+                        generalize in match Hletin;
+                        rewrite > (q_plus_sym (start f)); rewrite < q_plus_assoc;
+                        do 2 rewrite < q_elim_minus; rewrite > q_plus_minus;
+                        rewrite > q_plus_OQ; intro K; apply (q_lt_corefl (i-start f));
+                        apply (q_lt_le_trans ???? H3); rewrite < H2; 
+                        apply (q_lt_trans ??? K); apply sum_bases_increasing; 
+                        assumption;]]]]]                                 
+|1,3: intros; right; split;
+     [1,4: clear H2; cases (value (q-Qpos (\fst b)) l1);
            cases (H2 (q_le_to_diff_ge_OQ ?? (? H1)));
-          [1,3: intros; [apply q_lt_to_le|apply q_eq_to_le;symmetry] assumption]
-          simplify; apply q_le_minus; assumption;
+           [1: intro; apply q_lt_to_le;assumption;
+           |3: simplify; cases H4; apply q_le_minus; assumption;
+           |2,5: simplify; cases H4; rewrite > H5; rewrite > H6;
+                 apply q_le_minus; apply sum_bases_empty_nat_of_q_le_q;
+           |4: intro X; rewrite > X; apply q_eq_to_le; reflexivity;
+           |*: simplify; apply q_le_minus; cases H4; assumption;]   
     |2,5: cases (value (q-Qpos (\fst b)) l1); 
           cases (H4 (q_le_to_diff_ge_OQ ?? (? H1)));
-          [1,3: intros; [apply q_lt_to_le|apply q_eq_to_le;symmetry] assumption]
-          clear H3 H2 value;
-          change with (q < sum_bases l1 (S (\fst w)) + Qpos (\fst b));
-          apply q_lt_plus; assumption;
+          [1,4: intros; [apply q_lt_to_le|apply q_eq_to_le;symmetry] assumption;
+          |3,6: cases H5; simplify; change with (q < sum_bases l1 (S (\fst w)) + Qpos (\fst b));
+                apply q_lt_plus; assumption;
+          |2,5: simplify; cases H5; rewrite > H6; simplify; rewrite > H7;
+                apply q_lt_plus; apply sum_bases_empty_nat_of_q_le_q_one;] 
     |*: cases (value (q-Qpos (\fst b)) l1); simplify; 
         cases (H4 (q_le_to_diff_ge_OQ ?? (? H1))); 
-        [1,3: intros; [apply q_lt_to_le|apply q_eq_to_le;symmetry] assumption]
-        assumption;]
-|2: clear value H2; simplify; intros; split; [assumption|3:reflexivity]
+        [1,4: intros; [apply q_lt_to_le|apply q_eq_to_le;symmetry] assumption;
+        |3,6: cases H5; assumption;
+        |*: cases H5; rewrite > H6; rewrite > H8;
+            elim (\fst w); [1,3:reflexivity;] simplify; assumption;]]
+|2: clear value H2; simplify; intros; right; split; [assumption|3:reflexivity]
     rewrite > q_plus_sym; rewrite > q_plus_OQ; assumption;
-|4: simplify; intros; split; 
-    [1: apply sum_bases_empty_nat_of_q_le_q;
-    |2: apply sum_bases_empty_nat_of_q_le_q_one;
-    |3: elim (nat_of_q q); [reflexivity] simplify; assumption]] 
+|4: intros; left; split; reflexivity;] 
+qed.
+
+lemma value_OQ_l:
+  ∀l,i.i < start l → \snd (\fst (value l i)) = OQ.
+intros; cases (value l i) (q Hq); cases Hq; clear Hq; simplify; cases H1; clear H1;
+try assumption; cases H2; cases (?:False); apply (q_lt_le_incompat ?? H H6);
+qed.
+    
+lemma value_OQ_r:
+  ∀l,i.start l + sum_bases (bars l) (len (bars l)) ≤ i → \snd (\fst (value l i)) = OQ.
+intros; cases (value l i) (q Hq); cases Hq; clear Hq; simplify; cases H1; clear H1;
+try assumption; cases H2; cases (?:False); apply (q_lt_le_incompat ?? H7 H);
 qed.
     
-          
+lemma value_OQ_e:
+  ∀l,i.bars l = [] → \snd (\fst (value l i)) = OQ.
+intros; cases (value l i) (q Hq); cases Hq; clear Hq; simplify; cases H1; clear H1;
+try assumption; cases H2; cases (?:False); apply (H1 H);
+qed.
+
+inductive value_ok_spec (f : q_f) (i : ℚ) : nat × ℚ → Type ≝
+ | value_ok : ∀n,q. n ≤ (len (bars f)) → 
+      q = \snd (nth (bars f) ▭ n) →
+      sum_bases (bars f) n ≤ ⅆ[i,start f] →
+           ⅆ[i, start f] < sum_bases (bars f) (S n) → value_ok_spec f i 〈n,q〉.
+  
+lemma value_ok:
+  ∀f,i.bars f ≠ [] → start f ≤ i → i < start f + sum_bases (bars f) (len (bars f)) → 
+    value_ok_spec f i (\fst (value f i)). 
+intros; cases (value f i); simplify;   
+cases H3; simplify; clear H3; cases H4; clear H4;
+[1,2,3: cases (?:False); 
+  [1: apply (q_lt_le_incompat ?? H3 H1);
+  |2: apply (q_lt_le_incompat ?? H2 H3);
+  |3: apply (H H3);]
+|4: cases H7; clear H7; cases w in H3 H4 H5 H6 H8; simplify; intros;
+    constructor 1; assumption;]
+qed.
+
 definition same_values ≝
   λl1,l2:q_f.
    ∀input.\snd (\fst (value l1 input)) = \snd (\fst (value l2 input)). 
 
 definition same_bases ≝ 
-  λl1,l2:q_f.
-    (∀i.\fst (nth (bars l1) ▭ i) = \fst (nth (bars l2) ▭ i)).
+  λl1,l2:list bar. (∀i.\fst (nth l1 ▭ i) = \fst (nth l2 ▭ i)).
 
 alias symbol "lt" = "Q less than".
 lemma unpos: ∀x:ℚ.OQ < x → ∃r:ratio.Qpos r = x.
@@ -123,28 +271,6 @@ cases (?:False);
 [ apply (q_lt_corefl ? H)|apply (q_neg_gt ? H)]
 qed.
 
-notation < "\blacksquare" non associative with precedence 90 for @{'hide}.
-definition hide ≝ λT:Type.λx:T.x.
-interpretation "hide" 'hide = (hide _ _).
-
-lemma sum_bases_ge_OQ:
-  ∀l,n. OQ ≤ sum_bases l n.
-intro; elim l; simplify; intros;
-[1: elim n; [apply q_eq_to_le;reflexivity] simplify;
-    apply q_le_plus_trans; try assumption; apply q_lt_to_le; apply q_pos_lt_OQ;
-|2: cases n; [apply q_eq_to_le;reflexivity] simplify; 
-    apply q_le_plus_trans; [apply H| apply q_lt_to_le; apply q_pos_lt_OQ;]]
-qed.
-
-lemma sum_bases_O:
-  ∀l:q_f.∀x.sum_bases (bars l) x ≤ OQ → x = O.
-intros; cases x in H; [intros; reflexivity] intro; cases (?:False);
-cases (q_le_cases ?? H); 
-[1: apply (q_lt_corefl OQ); rewrite < H1 in ⊢ (?? %); 
-|2: apply (q_lt_antisym ??? H1);] clear H H1; cases (bars l);
-simplify; apply q_lt_plus_trans;
-try apply q_pos_lt_OQ; 
-try apply (sum_bases_ge_OQ []);
-apply (sum_bases_ge_OQ l1);
-qed.
+notation < "x \blacksquare" non associative with precedence 50 for @{'unpos $x}.
+interpretation "hide unpos proof" 'unpos x = (unpos x _).