]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blob - helm/software/components/ng_paramodulation/paramod.ml
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[helm.git] / helm / software / components / ng_paramodulation / paramod.ml
1 (*
2     ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic        
3     ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science     
4     ||T||  Department, University of Bologna, Italy.                     
5     ||I||                                                                
6     ||T||  HELM is free software; you can redistribute it and/or         
7     ||A||  modify it under the terms of the GNU General Public License   
8     \   /  version 2 or (at your option) any later version.      
9      \ /   This software is distributed as is, NO WARRANTY.     
10       V_______________________________________________________________ *)
11
12 (* $Id: orderings.ml 9869 2009-06-11 22:52:38Z denes $ *)
13
14 let print s = prerr_endline (Lazy.force s) ;; 
15 let noprint s = ();;  
16 let debug = noprint;;
17
18 let monster = 100;;
19     
20 module type Paramod =
21   sig
22     type t
23     type input
24     type szsontology = 
25       | Unsatisfiable of 
26           (t Terms.bag * int * t Terms.substitution * int list) list
27       | GaveUp 
28       | Error of string 
29       | Timeout of int * t Terms.bag
30     type bag = t Terms.bag * int
31     type state
32     val empty_state : state
33     val bag_of_state : state -> bag
34     val replace_bag: state -> bag -> state
35     val mk_passive : bag -> input * input -> bag * t Terms.unit_clause
36     val mk_goal : bag -> input * input -> bag * t Terms.unit_clause
37     val forward_infer_step : 
38       state ->
39       t Terms.unit_clause ->
40       int ->
41       state
42     val goal_narrowing : 
43       int 
44       -> int
45       -> float option
46       -> state
47       -> state
48     val paramod :
49       useage:bool ->
50       max_steps:int ->
51       ?timeout:float ->
52       bag -> 
53       g_passives:t Terms.unit_clause list -> 
54       passives:t Terms.unit_clause list -> szsontology
55     val demod :
56       state -> input* input -> szsontology
57     val fast_eq_check :
58       state -> input* input -> szsontology
59     val nparamod :
60       useage:bool ->
61       max_steps:int ->
62       ?timeout:float ->
63       state -> input* input -> szsontology
64   end
65
66 module Paramod (B : Orderings.Blob) = struct
67   module Pp = Pp.Pp (B) 
68   module FU = FoUnif.Founif(B) 
69   module IDX = Index.Index(B) 
70   module Sup = Superposition.Superposition(B) 
71   module Utils = FoUtils.Utils(B) 
72   module Order = B
73   module WeightOrderedPassives =
74       struct
75         type t = B.t Terms.passive_clause
76         let compare = Utils.compare_passive_clauses_weight
77       end
78
79   module AgeOrderedPassives =
80       struct
81         type t = B.t Terms.passive_clause
82         let compare = Utils.compare_passive_clauses_age
83       end
84   
85   module WeightPassiveSet = Set.Make(WeightOrderedPassives)
86   module AgePassiveSet = Set.Make(AgeOrderedPassives)
87
88   type t = B.t
89   type input = B.input
90   type bag = B.t Terms.bag * int 
91   type szsontology = 
92     | Unsatisfiable of 
93         (B.t Terms.bag * int * B.t Terms.substitution * int list) list
94     | GaveUp 
95     | Error of string 
96     | Timeout of int * B.t Terms.bag
97   exception Stop of szsontology
98   type state = 
99       t Terms.bag 
100       * int
101       * Index.Index(B).active_set 
102       * (IDX.DT.t * WeightPassiveSet.t * AgePassiveSet.t) 
103       * B.t Terms.unit_clause list 
104       * (WeightPassiveSet.t * AgePassiveSet.t)
105
106   let empty_state = 
107     Terms.empty_bag,
108     0,
109     ([],IDX.DT.empty),
110     (IDX.DT.empty,WeightPassiveSet.empty,AgePassiveSet.empty),
111     [],
112     (WeightPassiveSet.empty,AgePassiveSet.empty)
113   ;;
114
115   let bag_of_state (bag,n,_,_,_,_) = bag,n
116   ;;
117   
118   let replace_bag (_,_,a,b,c,d) (bag,n) = bag,n,a,b,c,d
119   ;;
120
121   let add_passive_clause ?(no_weight=false)
122       (passive_t,passives_w,passives_a) cl =
123     let pcl = if no_weight then (0,cl)
124     else Utils.mk_passive_clause cl in
125     IDX.index_unit_clause passive_t cl,
126     WeightPassiveSet.add pcl passives_w, 
127     AgePassiveSet.add pcl passives_a
128   ;;
129
130   let add_passive_goal ?(no_weight=false) (passives_w,passives_a) g =
131     let g = if no_weight then (0,g)
132     else Utils.mk_passive_goal g in
133     WeightPassiveSet.add g passives_w, AgePassiveSet.add g passives_a
134   ;;
135
136   let remove_passive_clause (passive_t,passives_w,passives_a) cl =
137     let passive_t = IDX.remove_unit_clause passive_t (snd cl) in
138     let passives_w = WeightPassiveSet.remove cl passives_w in
139     let passives_a = AgePassiveSet.remove cl passives_a in
140       passive_t,passives_w,passives_a
141   ;;
142
143   let add_passive_clauses ?(no_weight=false) =
144     List.fold_left (add_passive_clause ~no_weight)
145   ;;
146
147   let add_passive_goals ?(no_weight=false)
148       (passives_w,passives_a) new_clauses =
149     let new_clauses_w,new_clauses_a =
150       List.fold_left (add_passive_goal ~no_weight)
151       (WeightPassiveSet.empty,AgePassiveSet.empty) new_clauses
152     in
153       (WeightPassiveSet.union new_clauses_w passives_w,
154        AgePassiveSet.union new_clauses_a passives_a)
155   ;;
156
157   let remove_passive_goal (passives_w,passives_a) cl =
158     let passives_w = WeightPassiveSet.remove cl passives_w in
159     let passives_a = AgePassiveSet.remove cl passives_a in
160       passives_w,passives_a
161   ;;
162
163   let is_passive_set_empty (_,passives_w,passives_a) =
164     if (WeightPassiveSet.is_empty passives_w) then begin
165       assert (AgePassiveSet.is_empty passives_a); true
166     end else begin
167       assert (not (AgePassiveSet.is_empty passives_a)); false
168     end
169   ;;
170
171   let is_passive_g_set_empty (passives_w,passives_a) =
172     if (WeightPassiveSet.is_empty passives_w) then begin
173       assert (AgePassiveSet.is_empty passives_a); true
174     end else begin
175       assert (not (AgePassiveSet.is_empty passives_a)); false
176     end
177   ;;
178
179   let passive_set_cardinal (_,passives_w,_) 
180       = WeightPassiveSet.cardinal passives_w
181   ;;
182
183   let g_passive_set_cardinal (passives_w,_) 
184       = WeightPassiveSet.cardinal passives_w
185   ;;
186
187   let passive_empty_set =
188     (IDX.DT.empty,WeightPassiveSet.empty,AgePassiveSet.empty)
189   ;;
190
191   let g_passive_empty_set =
192     (WeightPassiveSet.empty,AgePassiveSet.empty)
193   ;;
194
195   let pick_min_passive ~use_age (_,passives_w,passives_a) =
196     if use_age then AgePassiveSet.min_elt passives_a
197     else WeightPassiveSet.min_elt passives_w
198   ;;
199
200   let pick_min_g_passive ~use_age (passives_w,passives_a) =
201     if use_age then AgePassiveSet.min_elt passives_a
202     else WeightPassiveSet.min_elt passives_w
203   ;;
204
205   let mk_clause bag maxvar (t,ty) =
206     let (proof,ty) = B.saturate t ty in
207     let c, maxvar = Utils.mk_unit_clause maxvar ty proof in
208     let bag, c = Terms.add_to_bag c bag in
209     (bag, maxvar), c
210   ;;
211   
212   let mk_passive (bag,maxvar) = mk_clause bag maxvar;;
213   let mk_goal (bag,maxvar) = mk_clause bag maxvar;;
214   let initialize_goal (bag,maxvar,actives,passives,_,_) t = 
215     let (bag,maxvar), g = mk_goal (bag,maxvar) t in
216     let g_passives = g_passive_empty_set in
217     (* if the goal is not an equation we returns an empty
218        passive set *)
219     let g_passives =
220       if Terms.is_eq_clause g then add_passive_goal g_passives g
221       else g_passives 
222     in
223       (bag,maxvar,actives,passives,[],g_passives)
224
225
226   (* TODO : global age over facts and goals (without comparing weights) *)
227   let select ~use_age passives g_passives =
228     if is_passive_set_empty passives then begin
229       if (is_passive_g_set_empty g_passives) then
230         raise (Stop GaveUp) (* we say we are incomplete *)
231       else
232        let g_cl = pick_min_g_passive ~use_age:use_age g_passives in
233         (true,g_cl,passives,remove_passive_goal g_passives g_cl)
234     end
235     else let cl = pick_min_passive ~use_age:use_age passives in
236       if is_passive_g_set_empty g_passives then
237         (false,cl,remove_passive_clause passives cl,g_passives)
238       else
239         let g_cl = pick_min_g_passive ~use_age:use_age g_passives in
240         let (id1,_,_,_),(id2,_,_,_) = snd cl, snd g_cl in
241         let cmp = if use_age then id1 <= id2
242         else fst cl <= fst g_cl
243         in
244           if cmp then
245             (false,cl,remove_passive_clause passives cl,g_passives)
246           else
247             (true,g_cl,passives,remove_passive_goal g_passives g_cl)
248   ;;
249
250   let backward_infer_step bag maxvar actives passives
251                           g_actives g_passives g_current iterno =
252     (* superposition left, simplifications on goals *)
253       debug (lazy "infer_left step...");
254       let bag, maxvar, new_goals = 
255         Sup.infer_left bag maxvar g_current actives 
256       in
257         debug (lazy "Performed infer_left step");
258         let bag = Terms.replace_in_bag (g_current,false,iterno) bag in
259           bag, maxvar, actives, passives, g_current::g_actives,
260     (add_passive_goals g_passives new_goals)
261   ;;
262
263   let pp_clauses actives passives =
264     let actives_l, _ = actives in
265     let passive_t,_,_ = passives in
266     let wset = IDX.elems passive_t in
267       ("Actives :" ^ (String.concat ";\n" 
268         (List.map Pp.pp_unit_clause actives_l)))
269       ^ 
270       ("Passives:" ^(String.concat ";\n" 
271         (List.map (fun _,cl -> Pp.pp_unit_clause cl)
272                (IDX.ClauseSet.elements wset))))
273   ;;
274
275   let forward_infer_step 
276       ((bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives) as s)  
277       current iterno =
278     (* forward step *)
279     
280     (* e = select P           *
281      * e' = demod A e         *
282      * A' = demod [e'] A      *
283      * A'' = A' + e'          *
284      * e'' = fresh e'         *
285      * new = supright e'' A'' *
286      * new'= demod A'' new    *
287      * P' = P + new'          *)
288     debug (lazy "Forward infer step...");
289     debug (lazy("Number of actives : " ^ (string_of_int (List.length (fst actives)))));
290     debug (lazy (pp_clauses actives passives));
291     match Sup.keep_simplified current actives bag maxvar
292     with
293       | _,None -> s
294       | bag,Some (current,actives) ->
295     debug (lazy ("simplified to " ^ (Pp.pp_unit_clause current)));
296     let bag, maxvar, actives, new_clauses = 
297       Sup.infer_right bag maxvar current actives 
298     in
299       debug
300         (lazy 
301          ("New clauses :" ^ (String.concat ";\n" 
302             (List.map Pp.pp_unit_clause new_clauses)))); 
303       debug (lazy "Demodulating goals with actives...");
304       (* keep goals demodulated w.r.t. actives and check if solved *)
305       let bag, g_actives = 
306         List.fold_left 
307           (fun (bag,acc) c -> 
308              match 
309                Sup.simplify_goal ~no_demod:false maxvar (snd actives) bag acc c
310              with
311                | None -> bag, acc
312                | Some (bag,c1) -> bag,if c==c1 then c::acc else c::c1::acc)
313           (bag,[]) g_actives 
314       in
315       let ctable = IDX.index_unit_clause IDX.DT.empty current in
316       let bag, maxvar, new_goals = 
317         List.fold_left 
318           (fun (bag,m,acc) g -> 
319              let bag, m, ng = Sup.infer_left bag m g ([current],ctable) in
320                bag,m,ng@acc) 
321           (bag,maxvar,[]) g_actives 
322       in
323       let bag = Terms.replace_in_bag (current,false,iterno) bag in
324         (* prerr_endline (Pp.pp_bag bag); *)
325     bag, maxvar, actives,
326     add_passive_clauses passives new_clauses, g_actives,
327     add_passive_goals g_passives new_goals
328   ;;
329
330   let debug_status (_,_,actives,passives,g_actives,g_passives) =
331     lazy
332       ((Printf.sprintf "Number of active goals : %d\n"
333           (List.length g_actives)) ^
334        (Printf.sprintf "Number of passive goals : %d\n"
335           (g_passive_set_cardinal g_passives)) ^
336        (Printf.sprintf "Number of actives : %d\n" 
337           (List.length (fst actives))) ^
338        (Printf.sprintf "Number of passives : %d\n"
339          (passive_set_cardinal passives)))
340   ;;
341
342
343   (* we just check if any of the active goals is subsumed by a
344      passive clause, or if any of the passive goal is subsumed
345      by an active or passive clause *) 
346   let last_chance (bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives) =
347     debug (lazy("Last chance " ^ string_of_float
348                   (Unix.gettimeofday())));
349     let actives_l, active_t = actives in
350     let passive_t,wset,_ = passives in
351     let _ = noprint
352       (lazy 
353          ("Actives :" ^ (String.concat ";\n" 
354             (List.map Pp.pp_unit_clause actives_l)))) in 
355     let wset = IDX.elems passive_t in
356     let _ = noprint
357       (lazy 
358          ("Passives:" ^(String.concat ";\n" 
359             (List.map (fun _,cl -> Pp.pp_unit_clause cl)
360                (IDX.ClauseSet.elements wset))))) in 
361     let g_passives = 
362       WeightPassiveSet.fold 
363         (fun (_,x) acc ->
364           if List.exists (Sup.are_alpha_eq x) g_actives then acc
365           else x::acc)
366           (fst g_passives) []
367     in 
368       ignore
369       (List.iter
370         (fun x -> 
371             ignore 
372              (debug (lazy("ckecking goal vs a: " ^ Pp.pp_unit_clause x));
373                Sup.simplify_goal ~no_demod:true maxvar active_t bag [] x))
374        g_passives); 
375       ignore
376       (List.iter
377          (fun x -> 
378             ignore 
379               (debug (lazy("ckecking goal vs p: " ^ Pp.pp_unit_clause x));
380         Sup.simplify_goal ~no_demod:true maxvar passive_t bag [] x))
381         (g_actives@g_passives)); 
382     raise (Stop (Timeout (maxvar,bag)))
383
384   let check_timeout = function
385     | None -> false
386     | Some timeout -> Unix.gettimeofday () > timeout
387  
388   let rec given_clause ~useage
389     bag maxvar iterno weight_picks max_steps timeout 
390     actives passives g_actives g_passives 
391   =
392     let iterno = iterno + 1 in
393     if iterno = max_steps || check_timeout timeout then
394       last_chance (bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives)
395     else 
396     let use_age = useage && (weight_picks = (iterno / 6 + 1)) in
397     let weight_picks = if use_age then 0 else weight_picks+1
398     in
399
400     let rec aux_select bag 
401         (passives:IDX.DT.t * WeightPassiveSet.t * AgePassiveSet.t)
402         g_passives =
403       let backward,(weight,current),passives,g_passives =
404         select ~use_age passives g_passives
405       in
406         if use_age && weight > monster then
407           let bag,cl = Terms.add_to_bag current bag in
408             if backward then
409               aux_select bag passives (add_passive_goal g_passives cl)
410             else
411               aux_select bag (add_passive_clause passives cl) g_passives
412         else
413           let bag = Terms.replace_in_bag (current,false,iterno) bag in
414         if backward then
415           let _ = debug (lazy("Selected goal : " ^ Pp.pp_unit_clause current)) in
416          match 
417            Sup.simplify_goal 
418              ~no_demod:false maxvar (snd actives) bag g_actives current 
419          with
420            | None -> aux_select bag passives g_passives
421            | Some (bag,g_current) ->
422                backward_infer_step bag maxvar actives passives
423                  g_actives g_passives g_current iterno
424         else
425           let _ = debug (lazy("Selected fact : " ^ Pp.pp_unit_clause current)) 
426           in
427             if Sup.orphan_murder bag (fst actives) current then
428               let _ = debug (lazy "Orphan murdered") in
429               let bag = Terms.replace_in_bag (current,true,iterno) bag in
430                 aux_select bag passives g_passives
431             else
432               let s = bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives in
433               let s1 = forward_infer_step s current iterno
434               in 
435                 if s == s1 then aux_select bag passives g_passives  
436                 else s1
437     in
438       (*prerr_endline "Active table :"; 
439        (List.iter (fun x -> prerr_endline (Pp.pp_unit_clause x))
440           (fst actives)); *)
441
442     let (bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives) as status  =      
443       aux_select bag passives g_passives
444     in
445       debug (debug_status status);       
446       given_clause ~useage
447         bag maxvar iterno weight_picks max_steps timeout 
448         actives passives g_actives g_passives
449   ;;
450
451   let check_and_infer ~no_demod iterno status current =
452     let bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives = status in
453     match 
454       Sup.simplify_goal 
455         ~no_demod maxvar (snd actives) bag g_actives current 
456     with
457       | None -> debug (lazy "None"); status
458       | Some (bag,g_current) -> 
459           let _ = 
460             debug (lazy("Infer on goal : " 
461                         ^ Pp.pp_unit_clause g_current)) 
462           in
463             backward_infer_step bag maxvar actives passives
464               g_actives g_passives g_current iterno
465
466   (* similar to given_clause, but it merely works on goals, 
467      in parallel, at each iteration *)
468   let rec goal_narrowing iterno max_steps timeout status
469   = 
470     debug (debug_status status);
471     let iterno = iterno + 1 in
472     if iterno = max_steps || check_timeout timeout then
473       last_chance status
474     else 
475     let _,_,_,_,_,g_passives = status in 
476     let passive_goals = WeightPassiveSet.elements (fst g_passives) in
477     let newstatus = 
478       List.fold_left
479         (fun acc g ->
480            let bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives = acc in
481            let g_passives =
482              remove_passive_goal g_passives g in
483            let current = snd g in
484            let _ = 
485              debug (lazy("Selected goal : " ^ Pp.pp_unit_clause current)) 
486            in
487              (* we work both on the original goal and the demodulated one*)
488            let acc = check_and_infer ~no_demod:false iterno acc current
489            in check_and_infer ~no_demod:true iterno acc current)
490         status passive_goals
491     in
492       goal_narrowing iterno max_steps timeout newstatus
493
494     let compute_result bag i subst =
495       let l =
496         let rec traverse ongoal (accg,acce) i =
497           match Terms.get_from_bag i bag with
498             | (id,_,_,Terms.Exact _),_,_ ->
499                 if ongoal then [i],acce else
500                   if (List.mem i acce) then accg,acce else accg,acce@[i]
501             | (_,_,_,Terms.Step (_,i1,i2,_,_,_)),_,_ ->
502                 if (not ongoal) && (List.mem i acce) then accg,acce
503                 else
504                   let accg,acce = 
505                     traverse false (traverse ongoal (accg,acce) i1) i2
506                   in
507                     if ongoal then i::accg,acce else accg,i::acce
508         in
509         let gsteps,esteps = traverse true ([],[]) i in
510           (List.rev esteps)@gsteps
511       in
512       debug (lazy ("steps: " ^ (string_of_int (List.length l))));
513       let max_w = 
514         List.fold_left 
515           (fun acc i ->
516              let (cl,_,_) = Terms.get_from_bag i bag in
517                max acc (Order.compute_unit_clause_weight cl)) 0 l in
518         debug (lazy ("Max weight : " ^ (string_of_int max_w)));
519 (*        List.iter (fun id -> let ((_,lit,_,proof as cl),d,it) =
520             Terms.get_from_bag id bag in
521               if d then
522                 prerr_endline
523                 (Printf.sprintf "Id : %d, selected at %d, weight %d,disc, by %s"
524                    id it (Order.compute_unit_clause_weight cl) 
525                    (Pp.pp_proof_step proof))
526               else
527                prerr_endline
528                 (Printf.sprintf "Id : %d, selected at %d, weight %d by %s"
529                    id it (Order.compute_unit_clause_weight cl) 
530                    (Pp.pp_proof_step proof))) l;*)
531         debug (lazy ("Proof:" ^
532           (String.concat "\n" 
533              (List.map 
534                 (fun x ->
535                    let cl,_,_ = Terms.get_from_bag x bag in
536                      Pp.pp_unit_clause cl) l))));
537         Unsatisfiable [ bag, i, subst, l ]
538
539   let paramod ~useage ~max_steps ?timeout (bag,maxvar) ~g_passives ~passives =
540     let _initial_timestamp = Unix.gettimeofday () in
541     let passives =
542       add_passive_clauses ~no_weight:true passive_empty_set passives
543     in
544     let g_passives =
545       add_passive_goals ~no_weight:true g_passive_empty_set g_passives
546     in
547     let g_actives = [] in
548     let actives = [], IDX.DT.empty in
549     try 
550      given_clause ~useage ~noinfer:false
551       bag maxvar 0  0 max_steps timeout actives passives g_actives g_passives
552     with 
553     | Sup.Success (bag, _, (i,_,_,_),subst) ->
554         compute_result bag i subst
555     | Stop (Unsatisfiable _) -> Error "solution found!"
556     | Stop o -> o
557   ;;
558
559 let demod s goal =
560   let bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives = s in
561   let (bag,maxvar), g = mk_goal (bag,maxvar) goal in
562   if Terms.is_eq_clause g then 
563     let bag, ((i,_,_,_) as g1) = Sup.demodulate bag g (snd actives) in
564       if g1 = g then GaveUp else compute_result bag i []
565   else GaveUp
566
567 let fast_eq_check s goal =
568   let (_,_,_,_,_,g_passives) as s = initialize_goal s goal in
569   if is_passive_g_set_empty g_passives then Error "not an equation" 
570   else
571   try 
572     goal_narrowing 0 2 None s
573   with
574     | Sup.Success (bag, _, (i,_,_,_),subst) ->
575         compute_result bag i subst
576     | Stop (Unsatisfiable _) -> Error "solution found!"
577     | Stop o -> o
578   ;;
579
580 let nparamod ~useage ~max_steps ?timeout s goal =
581   let bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives
582       = initialize_goal s goal in
583   if is_passive_g_set_empty g_passives then Error "not an equation" 
584   else
585     try given_clause ~useage ~noinfer:false
586       bag maxvar 0 0 max_steps timeout actives passives g_actives g_passives
587   with
588     | Sup.Success (bag, _, (i,_,_,_),subst) ->
589         compute_result bag i subst
590     | Stop (Unsatisfiable _) -> Error "solution found!"
591     | Stop o -> o
592   ;;
593
594 end