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[helm.git] / matita / matita / lib / turing / while_machine.ma
index 2323094b4271588c4b90d3f79a11239daa42090b..24e3cfd55a095931062acf5a5e6161d6c3605d29 100644 (file)
 include "basics/star.ma".
 include "turing/mono.ma".
 
+(* The following machine implements a while-loop over a body machine $M$. 
+We just need to extend $M$ adding a single transition leading back from a 
+distinguished final state $q$ to the initial state. *)
+
 definition while_trans ≝ λsig. λM : TM sig. λq:states sig M. λp.
   let 〈s,a〉 ≝ p in
-  if s == q then 〈start ? M, None ?〉
+  if s == q then 〈start ? M, None ?,N
   else trans ? M p.
   
 definition whileTM ≝ λsig. λM : TM sig. λqacc: states ? M.
@@ -23,8 +27,6 @@ definition whileTM ≝ λsig. λM : TM sig. λqacc: states ? M.
     (while_trans sig M qacc)
     (start sig M)
     (λs.halt sig M s ∧ ¬ s==qacc).
-    
-(* axiom daemon : ∀X:Prop.X. *)
 
 lemma while_trans_false : ∀sig,M,q,p.
   \fst p ≠ q → trans sig (whileTM sig M q) p = trans sig M p.
@@ -52,13 +54,20 @@ generalize in match c1; elim k
  ]
 qed.
 
-axiom tech1: ∀A.∀R1,R2:relation A. 
+lemma tech1: ∀A.∀R1,R2:relation A. 
   ∀a,b. (R1 ∘ ((star ? R1) ∘ R2)) a b → ((star ? R1) ∘ R2) a b.
-  
+#A #R1 #R2 #a #b #H lapply (sub_assoc_l ?????? H) @sub_comp_l -a -b 
+#a #b * #c * /2/ 
+qed.
+
 lemma halt_while_acc : 
   ∀sig,M,acc.halt sig (whileTM sig M acc) acc = false.
-#sig #M #acc normalize >(\b ?) //
-cases (halt sig M acc) %
+#sig #M #acc normalize >(\b ?) // cases (halt sig M acc) %
+qed.
+
+lemma halt_while_not_acc : 
+  ∀sig,M,acc,s.s == acc = false → halt sig (whileTM sig M acc) s = halt sig M s.
+#sig #M #acc #s #neqs normalize >neqs cases (halt sig M s) %
 qed.
 
 lemma step_while_acc :
@@ -67,15 +76,10 @@ lemma step_while_acc :
 #sig #M #acc * #s #t #Hs normalize >(\b Hs) %
 qed.
 
-lemma loop_p_true : 
-  ∀A,k,f,p,a.p a = true → loop A (S k) f p a = Some ? a.
-#A #k #f #p #a #Ha normalize >Ha %
-qed.
-
 theorem sem_while: ∀sig,M,acc,Rtrue,Rfalse.
   halt sig M acc = true →
-  accRealize sig M acc Rtrue Rfalse → 
-    WRealize sig (whileTM sig M acc) ((star ? Rtrue) ∘ Rfalse).
+  M ⊨ [acc: Rtrue,Rfalse] → 
+    whileTM sig M acc ⊫ (star ? Rtrue) ∘ Rfalse.
 #sig #M #acc #Rtrue #Rfalse #Hacctrue #HaccR #t #i
 generalize in match t;
 @(nat_elim1 … i) #m #Hind #intape #outc #Hloop
@@ -123,618 +127,82 @@ cases (loop_split ?? (λc. halt sig M (cstate ?? c)) ????? Hloop)
  ]
 qed.
 
-(* inductive move_states : Type[0] ≝ 
-| start : move_states
-| q1 : move_states
-| q2 : move_states
-| q3 : move_states
-| qacc : move_states
-| qfail : move_states.
-
-definition 
-*)
-
-definition mystates : FinSet → FinSet ≝ λalpha:FinSet.FinProd (initN 5) alpha.
-
-definition move_char ≝ 
- λalpha:FinSet.λsep:alpha.
- mk_TM alpha (mystates alpha)
- (λp.let 〈q,a〉 ≝ p in
-  let 〈q',b〉 ≝ q in
-  match a with 
-  [ None ⇒ 〈〈4,sep〉,None ?〉 
-  | Some a' ⇒ 
-  match q' with
-  [ O ⇒ (* qinit *)
-    match a' == sep with
-    [ true ⇒ 〈〈4,sep〉,None ?〉
-    | false ⇒ 〈〈1,a'〉,Some ? 〈a',L〉〉 ]
-  | S q' ⇒ match q' with
-    [ O ⇒ (* q1 *)
-      〈〈2,a'〉,Some ? 〈b,R〉〉
-    | S q' ⇒ match q' with
-      [ O ⇒ (* q2 *)
-        〈〈3,sep〉,Some ? 〈b,R〉〉
-      | S q' ⇒ match q' with
-        [ O ⇒ (* qacc *)
-          〈〈3,sep〉,None ?〉
-        | S q' ⇒ (* qfail *)
-          〈〈4,sep〉,None ?〉 ] ] ] ] ])
-  〈0,sep〉
-  (λq.let 〈q',a〉 ≝ q in q' == 3 ∨ q' == 4).
-
-definition mk_tape : 
-  ∀sig:FinSet.list sig → option sig → list sig → tape sig ≝ 
-  λsig,lt,c,rt.match c with
-  [ Some c' ⇒ midtape sig lt c' rt
-  | None ⇒ match lt with 
-    [ nil ⇒ match rt with
-      [ nil ⇒ niltape ?
-      | cons r0 rs0 ⇒ leftof ? r0 rs0 ]
-    | cons l0 ls0 ⇒ rightof ? l0 ls0 ] ].
-    
-lemma cmove_q0_q1 : 
-  ∀alpha:FinSet.∀sep,a,ls,a0,rs.
-  a0 == sep = false → 
-  step alpha (move_char alpha sep)
-    (mk_config ?? 〈0,a〉 (mk_tape … ls (Some ? a0) rs)) =
-  mk_config alpha (states ? (move_char alpha sep)) 〈1,a0〉
-    (tape_move_left alpha ls a0 rs).
-#alpha #sep #a *
-[ #a0 #rs #Ha0 whd in ⊢ (??%?); 
-  normalize in match (trans ???); >Ha0 %
-| #a1 #ls #a0 #rs #Ha0 whd in ⊢ (??%?);
-  normalize in match (trans ???); >Ha0 %
-]
-qed.
-    
-lemma cmove_q1_q2 :
-  ∀alpha:FinSet.∀sep,a,ls,a0,rs.
-  step alpha (move_char alpha sep) 
-    (mk_config ?? 〈1,a〉 (mk_tape … ls (Some ? a0) rs)) = 
-  mk_config alpha (states ? (move_char alpha sep)) 〈2,a0〉 
-    (tape_move_right alpha ls a rs).
-#alpha #sep #a #ls #a0 * //
-qed.
-
-lemma cmove_q2_q3 :
-  ∀alpha:FinSet.∀sep,a,ls,a0,rs.
-  step alpha (move_char alpha sep) 
-    (mk_config ?? 〈2,a〉 (mk_tape … ls (Some ? a0) rs)) = 
-  mk_config alpha (states ? (move_char alpha sep)) 〈3,sep〉 
-    (tape_move_right alpha ls a rs).
-#alpha #sep #a #ls #a0 * //
-qed.
-
-definition option_hd ≝ 
-  λA.λl:list A. match l with
-  [ nil ⇒ None ?
-  | cons a _ ⇒ Some ? a ].
-
-definition Rmove_char_true ≝ 
-  λalpha,sep,t1,t2.
-   ∀a,b,ls,rs. b ≠ sep → 
-    t1 = midtape alpha (a::ls) b rs → 
-    t2 = mk_tape alpha (a::b::ls) (option_hd ? rs) (tail ? rs).
-
-definition Rmove_char_false ≝ 
-  λalpha,sep,t1,t2.
-    left ? t1 ≠ [] → current alpha t1 ≠ None alpha → 
-      current alpha t1 = Some alpha sep ∧ t2 = t1.
-    
-lemma loop_S_true : 
-  ∀A,n,f,p,a.  p a = true → 
-  loop A (S n) f p a = Some ? a. /2/
-qed.
-
-lemma loop_S_false : 
-  ∀A,n,f,p,a.  p a = false → 
-  loop A (S n) f p a = loop A n f p (f a).
-normalize #A #n #f #p #a #Hpa >Hpa %
-qed.
-
-notation < "𝐅" non associative with precedence 90 
- for @{'bigF}.
-notation < "𝐃" non associative with precedence 90 
- for @{'bigD}.
-interpretation "FinSet" 'bigF = (mk_FinSet ???).
-interpretation "DeqSet" 'bigD = (mk_DeqSet ???).
-
-lemma trans_init_sep: 
-  ∀alpha,sep,x.
-  trans ? (move_char alpha sep) 〈〈0,x〉,Some ? sep〉 = 〈〈4,sep〉,None ?〉.
-#alpha #sep #x normalize >(\b ?) //
-qed.
-lemma trans_init_not_sep: 
-  ∀alpha,sep,x,y.y == sep = false → 
-  trans ? (move_char alpha sep) 〈〈0,x〉,Some ? y〉 = 〈〈1,y〉,Some ? 〈y,L〉〉.
-#alpha #sep #x #y #H1 normalize >H1 //
-qed.
-
-lemma sem_move_char :
-  ∀alpha,sep.
-  accRealize alpha (move_char alpha sep) 
-    〈3,sep〉 (Rmove_char_true alpha sep) (Rmove_char_false alpha sep).
-#alpha #sep *
-[@(ex_intro ?? 2)  
-  @(ex_intro … (mk_config ?? 〈4,sep〉 (niltape ?)))
-  % [% [whd in ⊢ (??%?);% |#Hfalse destruct ] |#H1 #H2 @False_ind @(absurd ?? H2) %]
-|#l0 #lt0 @(ex_intro ?? 2)  
-  @(ex_intro … (mk_config ?? 〈4,sep〉 (leftof ? l0 lt0)))
-  % [% [whd in ⊢ (??%?);% |#Hfalse destruct ] |#H1 #H2 @False_ind @(absurd ?? H2) %]
-|#r0 #rt0 @(ex_intro ?? 2)  
-  @(ex_intro … (mk_config ?? 〈4,sep〉 (rightof ? r0 rt0)))
-  % [% [whd in ⊢ (??%?);% |#Hfalse destruct ] |#H1 #H2 #H3 @False_ind @(absurd ?? H3) %]
-| #lt #c #rt cases (true_or_false (c == sep)) #Hc
-  [ @(ex_intro ?? 2) 
-    @(ex_intro ?? (mk_config ?? 〈4,sep〉 (midtape ? lt c rt)))
-    % 
-    [% 
-      [ >(\P Hc) >loop_S_false //
-       >loop_S_true 
-       [ @eq_f whd in ⊢ (??%?); >trans_init_sep %
-       |>(\P Hc) whd in ⊢(??(???(???%))?);
-         >trans_init_sep % ]
-     | #Hfalse destruct
+theorem terminate_while: ∀sig,M,acc,Rtrue,Rfalse,t.
+  halt sig M acc = true →
+  M ⊨ [acc: Rtrue,Rfalse] → 
+  WF ? (inv … Rtrue) t → whileTM sig M acc ↓ t.
+#sig #M #acc #Rtrue #Rfalse #t #Hacctrue #HM #HWF elim HWF
+#t1 #H #Hind cases (HM … t1) #i * #outc * * #Hloop
+#Htrue #Hfalse cases (true_or_false (cstate … outc == acc)) #Hcase
+  [cases (Hind ? (Htrue … (\P Hcase))) #iwhile * #outcfinal
+   #Hloopwhile @(ex_intro … (i+iwhile)) 
+   @(ex_intro … outcfinal) @(loop_merge … outc … Hloopwhile)
+    [@(λc.halt sig M (cstate … c))
+    |* #s0 #t0 normalize cases (s0 == acc) normalize
+     [ cases (halt sig M s0) // 
+     | cases (halt sig M s0) normalize //
      ]
-    |#_ #H1 #H2 % // normalize >(\P Hc) % ]
-  | @(ex_intro ?? 4)
-    cases lt
-    [ @ex_intro
-      [|%
-        [ %
-          [ >loop_S_false //
-            >cmove_q0_q1 //
-          | normalize in ⊢ (%→?); #Hfalse destruct (Hfalse)
-          ]
-        | normalize in ⊢ (%→?); #_ #H1 @False_ind @(absurd ?? H1) %
-        ]
-      ]
-    | #l0 #lt @ex_intro
-      [| %
-       [ %
-         [ >loop_S_false //
-           >cmove_q0_q1 //
-         | #_ #a #b #ls #rs #Hb #Htape
-           destruct (Htape)
-           >cmove_q1_q2
-           >cmove_q2_q3
-           cases rs normalize //
-         ]
-       | normalize in ⊢ (% → ?); * #Hfalse
-         @False_ind /2/
-       ]
+    |@(loop_lift ?? i (λc.c) ? 
+                (step ? (whileTM ? M acc)) ? 
+                (λc.halt sig M (cstate ?? c)) ?? 
+                ?? Hloop)
+     [ #x %
+     | * #s #t #Hx whd in ⊢ (??%%); >while_trans_false
+       [%
+       |% #Hfalse <Hfalse in Hacctrue; >Hx #H0 destruct ]
      ]
+   |@step_while_acc @(\P Hcase)
+   |>(\P Hcase) @halt_while_acc
    ]
- ]
-]
-qed.
-
-definition R_while_cmove ≝ 
-  λalpha,sep,t1,t2.
-   ∀a,b,ls,rs,rs'. b ≠ sep → memb ? sep rs = false → 
-    t1 = midtape alpha (a::ls) b (rs@sep::rs') → 
-    t2 = midtape alpha (a::reverse ? rs@b::ls) sep rs'.
-    
-lemma star_cases : 
-  ∀A,R,x,y.star A R x y → x = y ∨ ∃z.R x z ∧ star A R z y.
-#A #R #x #y #Hstar elim Hstar
-[ #b #c #Hleft #Hright *
-  [ #H1 %2 @(ex_intro ?? c) % //
-  | * #x0 * #H1 #H2 %2 @(ex_intro ?? x0) % /2/ ]
-| /2/ ]
-qed.
-
-axiom star_ind_r : 
-  ∀A:Type[0].∀R:relation A.∀Q:A → A → Prop.
-  (∀a.Q a a) → 
-  (∀a,b,c.R a b → star A R b c → Q b c → Q a c) → 
-  ∀x,y.star A R x y → Q x y.
-(* #A #R #Q #H1 #H2 #x #y #H0 elim H0
-[ #b #c #Hleft #Hright #IH
-  cases (star_cases ???? Hleft)
-  [ #Hx @H2 //
-  | * #z * #H3 #H4 @(H2 … H3) /2/
-[
-|
-generalize in match (λb.H2 x b y); elim H0
-[#b #c #Hleft #Hright #H2' #H3 @H3
- @(H3 b)
- elim H0
-[ #b #c #Hleft #Hright #IH //
-| *)
-
-lemma sem_move_char :
-  ∀alpha,sep.
-  WRealize alpha (whileTM alpha (move_char alpha sep) 〈3,sep〉)
-    (R_while_cmove alpha sep).
-#alpha #sep #inc #i #outc #Hloop
-lapply (sem_while … (sem_move_char alpha sep) inc i outc Hloop) [%]
-* #t1 * #Hstar @(star_ind_r ??????? Hstar)
-[ #a whd in ⊢ (% → ?); #H1 #a #b #ls #rs #rs' #Hb #Hrs #Hinc
-  >Hinc in H1; normalize in ⊢ (% → ?); #H1
-  cases (H1 ??)
-  [ #Hfalse @False_ind @(absurd ?? Hb) destruct %
-  |% #H2 destruct (H2)
-  |% #H2 destruct ]
-| #a #b #c #Hstar1 #HRtrue #IH #HRfalse 
-  lapply (IH HRfalse) -IH whd in ⊢ (%→%); #IH
-  #a0 #b0 #ls #rs #rs' #Hb0 #Hrs #Ha
-  whd in Hstar1;
-  lapply (Hstar1 … Hb0 Ha) #Hb
-  @(IH … Hb0 Hrs) >Hb whd in HRfalse;
-  [
-  inc Rtrue* b Rtrue c Rfalse outc
-
-|
-]
-qed.
-  
-   #H1 
-  #a #b #ls #rs #rs #Hb #Hrs #Hinc
-  >Hinc in H2;whd in ⊢ ((??%? → ?) → ?);
-
-lapply (H inc i outc Hloop) *
-
-
-(* (*
-
-(* We do not distinuish an input tape *)
-
-record TM (sig:FinSet): Type[1] ≝ 
-{ states : FinSet;
-  trans : states × (option sig) → states × (option (sig × move));
-  start: states;
-  halt : states → bool
-}.
-
-record config (sig:FinSet) (M:TM sig): Type[0] ≝ 
-{ cstate : states sig M;
-  ctape: tape sig
-}.
-
-definition option_hd ≝ λA.λl:list A.
-  match l with
-  [nil ⇒ None ?
-  |cons a _ ⇒ Some ? a
-  ].
-
-definition tape_move ≝ λsig.λt: tape sig.λm:option (sig × move).
-  match m with 
-  [ None ⇒ t
-  | Some m1 ⇒ 
-    match \snd m1 with
-    [ R ⇒ mk_tape sig ((\fst m1)::(left ? t)) (tail ? (right ? t))
-    | L ⇒ mk_tape sig (tail ? (left ? t)) ((\fst m1)::(right ? t))
-    ]
-  ].
-
-definition step ≝ λsig.λM:TM sig.λc:config sig M.
-  let current_char ≝ option_hd ? (right ? (ctape ?? c)) in
-  let 〈news,mv〉 ≝ trans sig M 〈cstate ?? c,current_char〉 in
-  mk_config ?? news (tape_move sig (ctape ?? c) mv).
-  
-let rec loop (A:Type[0]) n (f:A→A) p a on n ≝
-  match n with 
-  [ O ⇒ None ?
-  | S m ⇒ if p a then (Some ? a) else loop A m f p (f a)
-  ].
-  
-lemma loop_incr : ∀A,f,p,k1,k2,a1,a2. 
-  loop A k1 f p a1 = Some ? a2 → 
-    loop A (k2+k1) f p a1 = Some ? a2.
-#A #f #p #k1 #k2 #a1 #a2 generalize in match a1; elim k1
-[normalize #a0 #Hfalse destruct
-|#k1' #IH #a0 <plus_n_Sm whd in ⊢ (??%? → ??%?);
- cases (true_or_false (p a0)) #Hpa0 >Hpa0 whd in ⊢ (??%? → ??%?); // @IH
-]
-qed.
-
-lemma loop_split : ∀A,f,p,q.(∀b. p b = false → q b = false) →
- ∀k1,k2,a1,a2,a3,a4.
-   loop A k1 f p a1 = Some ? a2 → 
-     f a2 = a3 → q a2 = false → 
-       loop A k2 f q a3 = Some ? a4 →
-         loop A (k1+k2) f q a1 = Some ? a4.
-#Sig #f #p #q #Hpq #k1 elim k1 
-  [normalize #k2 #a1 #a2 #a3 #a4 #H destruct
-  |#k1' #Hind #k2 #a1 #a2 #a3 #a4 normalize in ⊢ (%→?);
-   cases (true_or_false (p a1)) #pa1 >pa1 normalize in ⊢ (%→?);
-   [#eqa1a2 destruct #eqa2a3 #Hqa2 #H
-    whd in ⊢ (??(??%???)?); >plus_n_Sm @loop_incr
-    whd in ⊢ (??%?); >Hqa2 >eqa2a3 @H
-   |normalize >(Hpq … pa1) normalize 
-    #H1 #H2 #H3 @(Hind … H2) //
+ |@(ex_intro … i) @(ex_intro … outc)
+  @(loop_lift_acc ?? i (λc.c) ?????? (λc.cstate ?? c == acc) ???? Hloop)
+   [#x #Hx >(\P Hx) //
+   |#x @halt_while_not_acc
+   |#x #H whd in ⊢ (??%%); >while_trans_false [%]
+    % #eqx >eqx in H; >Hacctrue #H destruct
+   |@Hcase
    ]
  ]
 qed.
 
-(*
-lemma loop_split : ∀A,f,p,q.(∀b. p b = false → q b = false) →
- ∀k1,k2,a1,a2,a3.
-   loop A k1 f p a1 = Some ? a2 → 
-     loop A k2 f q a2 = Some ? a3 →
-       loop A (k1+k2) f q a1 = Some ? a3.
-#Sig #f #p #q #Hpq #k1 elim k1 
-  [normalize #k2 #a1 #a2 #a3 #H destruct
-  |#k1' #Hind #k2 #a1 #a2 #a3 normalize in ⊢ (%→?→?);
-   cases (true_or_false (p a1)) #pa1 >pa1 normalize in ⊢ (%→?);
-   [#eqa1a2 destruct #H @loop_incr //
-   |normalize >(Hpq … pa1) normalize 
-    #H1 #H2 @(Hind … H2) //
+theorem terminate_while_guarded: ∀sig,M,acc,Pre,Rtrue,Rfalse.
+  halt sig M acc = true →
+  accGRealize sig M acc Pre Rtrue Rfalse → 
+  (∀t1,t2. Pre t1 → Rtrue t1 t2 → Pre t2) → ∀t.
+  WF ? (inv … Rtrue) t → Pre t → whileTM sig M acc ↓ t.
+#sig #M #acc #Pre #Rtrue #Rfalse #Hacctrue #HM #Hinv #t #HWF elim HWF
+#t1 #H #Hind #HPre cases (HM … t1 HPre) #i * #outc * * #Hloop
+#Htrue #Hfalse cases (true_or_false (cstate … outc == acc)) #Hcase
+  [cases (Hind ? (Htrue … (\P Hcase)) ?) 
+    [2: @(Hinv … HPre) @Htrue @(\P Hcase)]
+   #iwhile * #outcfinal
+   #Hloopwhile @(ex_intro … (i+iwhile)) 
+   @(ex_intro … outcfinal) @(loop_merge … outc … Hloopwhile)
+    [@(λc.halt sig M (cstate … c))
+    |* #s0 #t0 normalize cases (s0 == acc) normalize
+     [ cases (halt sig M s0) // 
+     | cases (halt sig M s0) normalize //
+     ]
+    |@(loop_lift ?? i (λc.c) ? 
+                (step ? (whileTM ? M acc)) ? 
+                (λc.halt sig M (cstate ?? c)) ?? 
+                ?? Hloop)
+     [ #x %
+     | * #s #t #Hx whd in ⊢ (??%%); >while_trans_false
+       [%
+       |% #Hfalse <Hfalse in Hacctrue; >Hx #H0 destruct ]
+     ]
+   |@step_while_acc @(\P Hcase)
+   |>(\P Hcase) @halt_while_acc
+   ]
+ |@(ex_intro … i) @(ex_intro … outc)
+  @(loop_lift_acc ?? i (λc.c) ?????? (λc.cstate ?? c == acc) ???? Hloop)
+   [#x #Hx >(\P Hx) //
+   |#x @halt_while_not_acc
+   |#x #H whd in ⊢ (??%%); >while_trans_false [%]
+    % #eqx >eqx in H; >Hacctrue #H destruct
+   |@Hcase
    ]
  ]
 qed.
-*)
-
-definition initc ≝ λsig.λM:TM sig.λt.
-  mk_config sig M (start sig M) t.
-
-definition Realize ≝ λsig.λM:TM sig.λR:relation (tape sig).
-∀t.∃i.∃outc.
-  loop ? i (step sig M) (λc.halt sig M (cstate ?? c)) (initc sig M t) = Some ? outc ∧
-  R t (ctape ?? outc).
-
-(* Compositions *)
-
-definition seq_trans ≝ λsig. λM1,M2 : TM sig. 
-λp. let 〈s,a〉 ≝ p in
-  match s with 
-  [ inl s1 ⇒ 
-      if halt sig M1 s1 then 〈inr … (start sig M2), None ?〉
-      else 
-      let 〈news1,m〉 ≝ trans sig M1 〈s1,a〉 in
-      〈inl … news1,m〉
-  | inr s2 ⇒ 
-      let 〈news2,m〉 ≝ trans sig M2 〈s2,a〉 in
-      〈inr … news2,m〉
-  ].
-definition seq ≝ λsig. λM1,M2 : TM sig. 
-  mk_TM sig 
-    (FinSum (states sig M1) (states sig M2))
-    (seq_trans sig M1 M2) 
-    (inl … (start sig M1))
-    (λs.match s with
-      [ inl _ ⇒ false | inr s2 ⇒ halt sig M2 s2]). 
-
-definition Rcomp ≝ λA.λR1,R2:relation A.λa1,a2.
-  ∃am.R1 a1 am ∧ R2 am a2.
-
-(*
-definition injectRl ≝ λsig.λM1.λM2.λR.
-   λc1,c2. ∃c11,c12. 
-     inl … (cstate sig M1 c11) = cstate sig (seq sig M1 M2) c1 ∧ 
-     inl … (cstate sig M1 c12) = cstate sig (seq sig M1 M2) c2 ∧
-     ctape sig M1 c11 = ctape sig (seq sig M1 M2) c1 ∧ 
-     ctape sig M1 c12 = ctape sig (seq sig M1 M2) c2 ∧ 
-     R c11 c12.
-
-definition injectRr ≝ λsig.λM1.λM2.λR.
-   λc1,c2. ∃c21,c22. 
-     inr … (cstate sig M2 c21) = cstate sig (seq sig M1 M2) c1 ∧ 
-     inr … (cstate sig M2 c22) = cstate sig (seq sig M1 M2) c2 ∧
-     ctape sig M2 c21 = ctape sig (seq sig M1 M2) c1 ∧ 
-     ctape sig M2 c22 = ctape sig (seq sig M1 M2) c2 ∧ 
-     R c21 c22.
-     
-definition Rlink ≝ λsig.λM1,M2.λc1,c2.
-  ctape sig (seq sig M1 M2) c1 = ctape sig (seq sig M1 M2) c2 ∧
-  cstate sig (seq sig M1 M2) c1 = inl … (halt sig M1) ∧
-  cstate sig (seq sig M1 M2) c2 = inr … (start sig M2). *)
-  
-interpretation "relation composition" 'compose R1 R2 = (Rcomp ? R1 R2).
-
-definition lift_confL ≝ 
-  λsig,M1,M2,c.match c with
-  [ mk_config s t ⇒ mk_config ? (seq sig M1 M2) (inl … s) t ].
-definition lift_confR ≝ 
-  λsig,M1,M2,c.match c with
-  [ mk_config s t ⇒ mk_config ? (seq sig M1 M2) (inr … s) t ].
-  
-definition halt_liftL ≝ 
-  λsig.λM1,M2:TM sig.λs:FinSum (states ? M1) (states ? M2).
-  match s with
-  [ inl s1 ⇒ halt sig M1 s1
-  | inr _ ⇒ true ]. (* should be vacuous in all cases we use halt_liftL *)
-
-definition halt_liftR ≝ 
-  λsig.λM1,M2:TM sig.λs:FinSum (states ? M1) (states ? M2).
-  match s with
-  [ inl _ ⇒ false 
-  | inr s2 ⇒ halt sig M2 s2 ].
-      
-lemma p_halt_liftL : ∀sig,M1,M2,c.
-  halt sig M1 (cstate … c) =
-     halt_liftL sig M1 M2 (cstate … (lift_confL … c)).
-#sig #M1 #M2 #c cases c #s #t %
-qed.
-
-lemma trans_liftL : ∀sig,M1,M2,s,a,news,move.
-  halt ? M1 s = false → 
-  trans sig M1 〈s,a〉 = 〈news,move〉 → 
-  trans sig (seq sig M1 M2) 〈inl … s,a〉 = 〈inl … news,move〉.
-#sig (*#M1*) * #Q1 #T1 #init1 #halt1 #M2 #s #a #news #move
-#Hhalt #Htrans whd in ⊢ (??%?); >Hhalt >Htrans %
-qed.
-
-lemma config_eq : 
-  ∀sig,M,c1,c2.
-  cstate sig M c1 = cstate sig M c2 → 
-  ctape sig M c1 = ctape sig M c2 →  c1 = c2.
-#sig #M1 * #s1 #t1 * #s2 #t2 //
-qed.
-
-lemma step_lift_confL : ∀sig,M1,M2,c0.
- halt ? M1 (cstate ?? c0) = false → 
- step sig (seq sig M1 M2) (lift_confL sig M1 M2 c0) =
- lift_confL sig M1 M2 (step sig M1 c0).
-#sig #M1 (* * #Q1 #T1 #init1 #halt1 *) #M2 * #s * #lt
-#rs #Hhalt
-whd in ⊢ (???(????%));whd in ⊢ (???%);
-lapply (refl ? (trans ?? 〈s,option_hd sig rs〉))
-cases (trans ?? 〈s,option_hd sig rs〉) in ⊢ (???% → %);
-#s0 #m0 #Heq whd in ⊢ (???%);
-whd in ⊢ (??(???%)?); whd in ⊢ (??%?);
->(trans_liftL … Heq)
-[% | //]
-qed.
-
-lemma loop_liftL : ∀sig,k,M1,M2,c1,c2.
-  loop ? k (step sig M1) (λc.halt sig M1 (cstate ?? c)) c1 = Some ? c2 →
-    loop ? k (step sig (seq sig M1 M2)) 
-      (λc.halt_liftL sig M1 M2 (cstate ?? c)) (lift_confL … c1) = 
-    Some ? (lift_confL … c2).
-#sig #k #M1 #M2 #c1 #c2 generalize in match c1;
-elim k
-[#c0 normalize in ⊢ (??%? → ?); #Hfalse destruct (Hfalse)
-|#k0 #IH #c0 whd in ⊢ (??%? → ??%?);
- lapply (refl ? (halt ?? (cstate sig M1 c0))) 
- cases (halt ?? (cstate sig M1 c0)) in ⊢ (???% → ?); #Hc0 >Hc0
- [ >(?: halt_liftL ??? (cstate sig (seq ? M1 M2) (lift_confL … c0)) = true)
-   [ whd in ⊢ (??%? → ??%?); #Hc2 destruct (Hc2) %
-   | // ]
- | >(?: halt_liftL ??? (cstate sig (seq ? M1 M2) (lift_confL … c0)) = false)
-   [whd in ⊢ (??%? → ??%?); #Hc2 <(IH ? Hc2) @eq_f
-    @step_lift_confL //
-   | // ]
-qed.
-
-STOP!
-
-lemma loop_liftR : ∀sig,k,M1,M2,c1,c2.
-  loop ? k (step sig M2) (λc.halt sig M2 (cstate ?? c)) c1 = Some ? c2 →
-    loop ? k (step sig (seq sig M1 M2)) 
-      (λc.halt sig (seq sig M1 M2) (cstate ?? c)) (lift_confR … c1) = 
-    Some ? (lift_confR … c2).
-#sig #k #M1 #M2 #c1 #c2
-elim k
-[normalize in ⊢ (??%? → ?); #Hfalse destruct (Hfalse)
-|#k0 #IH whd in ⊢ (??%? → ??%?);
- lapply (refl ? (halt ?? (cstate sig M2 c1))) 
- cases (halt ?? (cstate sig M2 c1)) in ⊢ (???% → ?); #Hc0 >Hc0
- [ >(?: halt ?? (cstate sig (seq ? M1 M2) (lift_confR … c1)) = true)
-   [ whd in ⊢ (??%? → ??%?); #Hc2 destruct (Hc2)
-   | (* ... *) ]
- | >(?: halt ?? (cstate sig (seq ? M1 M2) (lift_confR … c1)) = false)
-   [whd in ⊢ (??%? → ??%?); #Hc2 <IH
-     [@eq_f (* @step_lift_confR // *)
-     | 
-   | // ]
-qed. *)
-    
-lemma loop_Some : 
-  ∀A,k,f,p,a,b.loop A k f p a = Some ? b → p b = true.
-#A #k #f #p #a #b elim k
-[normalize #Hfalse destruct
-|#k0 #IH whd in ⊢ (??%? → ?); cases (p a)
- [ normalize #H1 destruct
-
-lemma trans_liftL_true : ∀sig,M1,M2,s,a.
-  halt ? M1 s = true → 
-  trans sig (seq sig M1 M2) 〈inl … s,a〉 = 〈inr … (start ? M2),None ?〉.
-#sig #M1 #M2 #s #a
-#Hhalt whd in ⊢ (??%?); >Hhalt %
-qed.
-
-lemma eq_ctape_lift_conf_L : ∀sig,M1,M2,outc.
-  ctape sig (seq sig M1 M2) (lift_confL … outc) = ctape … outc.
-#sig #M1 #M2 #outc cases outc #s #t %
-qed.
-  
-lemma eq_ctape_lift_conf_R : ∀sig,M1,M2,outc.
-  ctape sig (seq sig M1 M2) (lift_confR … outc) = ctape … outc.
-#sig #M1 #M2 #outc cases outc #s #t %
-qed.
-
-theorem sem_seq: ∀sig,M1,M2,R1,R2.
-  Realize sig M1 R1 → Realize sig M2 R2 → 
-    Realize sig (seq sig M1 M2) (R1 ∘ R2).
-#sig #M1 #M2 #R1 #R2 #HR1 #HR2 #t 
-cases (HR1 t) #k1 * #outc1 * #Hloop1 #HM1
-cases (HR2 (ctape sig M1 outc1)) #k2 * #outc2 * #Hloop2 #HM2
-@(ex_intro … (k1+k2)) @(ex_intro … (lift_confR … outc2))
-%
-[@(loop_split ??????????? (loop_liftL … Hloop1))
- [* *
-   [ #sl #tl whd in ⊢ (??%? → ?); #Hl %
-   | #sr #tr whd in ⊢ (??%? → ?); #Hr destruct (Hr) ]
- ||4:cases outc1 #s1 #t1 %
- |5:@(loop_liftR … Hloop2) 
- |whd in ⊢ (??(???%)?);whd in ⊢ (??%?);
-  generalize in match Hloop1; cases outc1 #sc1 #tc1 #Hloop10 
-  >(trans_liftL_true sig M1 M2 ??) 
-  [ whd in ⊢ (??%?); whd in ⊢ (???%);
-    @config_eq //
-  | @(loop_Some ?????? Hloop10) ]
- ]
-| @(ex_intro … (ctape ? (seq sig M1 M2) (lift_confL … outc1)))
-  % //
-]
-qed.
-
-(* boolean machines: machines with two distinguished halting states *)
-
-
-
-(* old stuff *)
-definition empty_tapes ≝ λsig.λn.
-mk_Vector ? n (make_list (tape sig) (mk_tape sig [] []) n) ?.
-elim n // normalize //
-qed.
-
-definition init ≝ λsig.λM:TM sig.λi:(list sig).
-  mk_config ??
-    (start sig M)
-    (vec_cons ? (mk_tape sig [] i) ? (empty_tapes sig (tapes_no sig M)))
-    [ ].
-
-definition stop ≝ λsig.λM:TM sig.λc:config sig M.
-  halt sig M (state sig M c).
-
-let rec loop (A:Type[0]) n (f:A→A) p a on n ≝
-  match n with 
-  [ O ⇒ None ?
-  | S m ⇒ if p a then (Some ? a) else loop A m f p (f a)
-  ].
-
-(* Compute ? M f states that f is computed by M *)
-definition Compute ≝ λsig.λM:TM sig.λf:(list sig) → (list sig).
-∀l.∃i.∃c.
-  loop ? i (step sig M) (stop sig M) (init sig M l) = Some ? c ∧
-  out ?? c = f l.
-
-(* for decision problems, we accept a string if on termination
-output is not empty *)
-
-definition ComputeB ≝ λsig.λM:TM sig.λf:(list sig) → bool.
-∀l.∃i.∃c.
-  loop ? i (step sig M) (stop sig M) (init sig M l) = Some ? c ∧
-  (isnilb ? (out ?? c) = false).
-
-(* alternative approach.
-We define the notion of computation. The notion must be constructive,
-since we want to define functions over it, like lenght and size 
-
-Perche' serve Type[2] se sposto a e b a destra? *)
-
-inductive cmove (A:Type[0]) (f:A→A) (p:A →bool) (a,b:A): Type[0] ≝
-  mk_move: p a = false → b = f a → cmove A f p a b.
-  
-inductive cstar (A:Type[0]) (M:A→A→Type[0]) : A →A → Type[0] ≝
-| empty : ∀a. cstar A M a a
-| more : ∀a,b,c. M a b → cstar A M b c → cstar A M a c.
-
-definition computation ≝ λsig.λM:TM sig.
-  cstar ? (cmove ? (step sig M) (stop sig M)).
-
-definition Compute_expl ≝ λsig.λM:TM sig.λf:(list sig) → (list sig).
-  ∀l.∃c.computation sig M (init sig M l) c → 
-   (stop sig M c = true) ∧ out ?? c = f l.
-
-definition ComputeB_expl ≝ λsig.λM:TM sig.λf:(list sig) → bool.
-  ∀l.∃c.computation sig M (init sig M l) c → 
-   (stop sig M c = true) ∧ (isnilb ? (out ?? c) = false).
-*)
\ No newline at end of file
\ No newline at end of file