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 debug s = prerr_endline s ;;
  15 let debug _ = ();;
  16
  17 let monster = 100;;
  18
  19 module type Paramod =
  20   sig
  21     type t
  22     type input
  23     type szsontology =
  24       | Unsatisfiable of (t Terms.bag * int * int list) list
  25       | GaveUp
  26       | Error of string
  27       | Timeout of int * t Terms.bag
  28     type bag = t Terms.bag * int
  29     val mk_passive : bag -> input * input -> bag * t Terms.unit_clause
  30     val mk_goal : bag -> input * input -> bag * t Terms.unit_clause
  31     val paramod :
  32       useage:bool ->
  33       max_steps:int ->
  34       ?timeout:float ->
  35       bag ->
  36       g_passives:t Terms.unit_clause list ->
  37       passives:t Terms.unit_clause list -> szsontology
  38   end
  39
  40 module Paramod (B : Orderings.Blob) = struct
  41   type t = B.t
  42   type input = B.input
  43   type szsontology =
  44     | Unsatisfiable of (B.t Terms.bag * int * int list) list
  45     | GaveUp
  46     | Error of string
  47     | Timeout of int * B.t Terms.bag
  48   exception Stop of szsontology
  49   type bag = B.t Terms.bag * int
  50   module Pp = Pp.Pp (B)
  51   module FU = FoUnif.Founif(B)
  52   module IDX = Index.Index(B)
  53   module Sup = Superposition.Superposition(B)
  54   module Utils = FoUtils.Utils(B)
  55   module Order = B
  56   module WeightOrderedPassives =
  57       struct
  58         type t = B.t Terms.passive_clause
  59         let compare = Utils.compare_passive_clauses_weight
  60       end
  61
  62   module AgeOrderedPassives =
  63       struct
  64         type t = B.t Terms.passive_clause
  65         let compare = Utils.compare_passive_clauses_age
  66       end
  67
  68   module WeightPassiveSet = Set.Make(WeightOrderedPassives)
  69   module AgePassiveSet = Set.Make(AgeOrderedPassives)
  70
  71   let add_passive_clause ?(no_weight=false) (passives_w,passives_a) cl =
  72     let cl = if no_weight then (0,cl)
  73     else Utils.mk_passive_clause cl in
  74     WeightPassiveSet.add cl passives_w, AgePassiveSet.add cl passives_a
  75   ;;
  76
  77   let add_passive_goal ?(no_weight=false) (passives_w,passives_a) g =
  78     let g = if no_weight then (0,g)
  79     else Utils.mk_passive_goal g in
  80     WeightPassiveSet.add g passives_w, AgePassiveSet.add g passives_a
  81   ;;
  82
  83   let remove_passive_clause (passives_w,passives_a) cl =
  84     let passives_w = WeightPassiveSet.remove cl passives_w in
  85     let passives_a = AgePassiveSet.remove cl passives_a in
  86       passives_w,passives_a
  87   ;;
  88
  89   let add_passive_clauses ?(no_weight=false)
  90       (passives_w,passives_a) new_clauses =
  91     let new_clauses_w,new_clauses_a =
  92       List.fold_left (add_passive_clause ~no_weight)
  93       (WeightPassiveSet.empty,AgePassiveSet.empty) new_clauses
  94     in
  95       (WeightPassiveSet.union new_clauses_w passives_w,
  96        AgePassiveSet.union new_clauses_a passives_a)
  97   ;;
  98
  99   let add_passive_goals ?(no_weight=false)
 100       (passives_w,passives_a) new_clauses =
 101     let new_clauses_w,new_clauses_a =
 102       List.fold_left (add_passive_goal ~no_weight)
 103       (WeightPassiveSet.empty,AgePassiveSet.empty) new_clauses
 104     in
 105       (WeightPassiveSet.union new_clauses_w passives_w,
 106        AgePassiveSet.union new_clauses_a passives_a)
 107   ;;
 108
 109   let is_passive_set_empty (passives_w,passives_a) =
 110     if (WeightPassiveSet.is_empty passives_w) then begin
 111       assert (AgePassiveSet.is_empty passives_a); true
 112     end else begin
 113       assert (not (AgePassiveSet.is_empty passives_a)); false
 114     end
 115   ;;
 116
 117   let passive_set_cardinal (passives_w,_) = WeightPassiveSet.cardinal passives_w
 118
 119   let passive_empty_set =
 120     (WeightPassiveSet.empty,AgePassiveSet.empty)
 121   ;;
 122
 123   let pick_min_passive ~use_age (passives_w,passives_a) =
 124     if use_age then AgePassiveSet.min_elt passives_a
 125     else WeightPassiveSet.min_elt passives_w
 126   ;;
 127
 128   let mk_clause bag maxvar (t,ty) =
 129     let (proof,ty) = B.saturate t ty in
 130     let c, maxvar = Utils.mk_unit_clause maxvar ty proof in
 131     let bag, c = Terms.add_to_bag c bag in
 132     (bag, maxvar), c
 133   ;;
 134
 135   let mk_passive (bag,maxvar) = mk_clause bag maxvar;;
 136   let mk_goal (bag,maxvar) = mk_clause bag maxvar;;
 137
 138   (* TODO : global age over facts and goals (without comparing weights) *)
 139   let select ~use_age passives g_passives =
 140     if is_passive_set_empty passives then begin
 141       if (is_passive_set_empty g_passives) then
 142         raise (Stop GaveUp) (* we say we are incomplete *)
 143       else
 144        let g_cl = pick_min_passive ~use_age:use_age g_passives in
 145         (true,g_cl,passives,remove_passive_clause g_passives g_cl)
 146     end
 147     else let cl = pick_min_passive ~use_age:use_age passives in
 148       if is_passive_set_empty g_passives then
 149         (false,cl,remove_passive_clause passives cl,g_passives)
 150       else
 151         let g_cl = pick_min_passive ~use_age:use_age g_passives in
 152         let (id1,_,_,_),(id2,_,_,_) = snd cl, snd g_cl in
 153         let cmp = if use_age then id1 <= id2
 154         else fst cl <= fst g_cl
 155         in
 156           if cmp then
 157             (false,cl,remove_passive_clause passives cl,g_passives)
 158           else
 159             (true,g_cl,passives,remove_passive_clause g_passives g_cl)
 160   ;;
 161
 162   let backward_infer_step bag maxvar actives passives
 163                           g_actives g_passives g_current iterno =
 164     (* superposition left, simplifications on goals *)
 165       debug "infer_left step...";
 166       let bag, maxvar, new_goals =
 167         Sup.infer_left bag maxvar g_current actives
 168       in
 169         debug "Performed infer_left step";
 170         let bag = Terms.replace_in_bag (g_current,false,iterno) bag in
 171         bag, maxvar, actives, passives, g_current::g_actives,
 172     (add_passive_goals g_passives new_goals)
 173   ;;
 174
 175   let forward_infer_step bag maxvar actives passives g_actives
 176                          g_passives current iterno =
 177     (* forward step *)
 178
 179     (* e = select P           *
 180      * e' = demod A e         *
 181      * A' = demod [e'] A      *
 182      * A'' = A' + e'          *
 183      * e'' = fresh e'         *
 184      * new = supright e'' A'' *
 185      * new'= demod A'' new    *
 186      * P' = P + new'          *)
 187     debug "Forward infer step...";
 188     debug ("Number of actives : " ^ (string_of_int (List.length (fst actives))));
 189     let bag, maxvar, actives, new_clauses =
 190       Sup.infer_right bag maxvar current actives
 191     in
 192       debug "Demodulating goals with actives...";
 193       (* keep goals demodulated w.r.t. actives and check if solved *)
 194       let bag, g_actives =
 195         List.fold_left
 196           (fun (bag,acc) c ->
 197              match
 198                Sup.simplify_goal ~no_demod:false maxvar (snd actives) bag acc c
 199              with
 200                | None -> bag, acc
 201                | Some (bag,c1) -> bag,if c==c1 then c::acc else c::c1::acc)
 202           (bag,[]) g_actives
 203       in
 204       let ctable = IDX.index_unit_clause IDX.DT.empty current in
 205       let bag, maxvar, new_goals =
 206         List.fold_left
 207           (fun (bag,m,acc) g ->
 208              let bag, m, ng = Sup.infer_left bag m g ([current],ctable) in
 209                bag,m,ng@acc)
 210           (bag,maxvar,[]) g_actives
 211       in
 212       let bag = Terms.replace_in_bag (current,false,iterno) bag in
 213     bag, maxvar, actives,
 214     add_passive_clauses passives new_clauses, g_actives,
 215     add_passive_goals g_passives new_goals
 216   ;;
 217
 218   let rec given_clause ~noinfer
 219     bag maxvar iterno weight_picks max_steps timeout
 220     actives passives g_actives g_passives
 221   =
 222     let iterno = iterno + 1 in
 223     if iterno = max_steps then raise (Stop (Timeout (maxvar,bag)));
 224     (* timeout check: gettimeofday called only if timeout set *)
 225     if timeout <> None &&
 226       (match timeout with
 227       | None -> assert false
 228       | Some timeout -> Unix.gettimeofday () > timeout) then
 229         if noinfer then
 230           begin
 231             debug
 232               ("Last chance: all is indexed " ^ string_of_float
 233                 (Unix.gettimeofday()));
 234             let maxgoals = 100 in
 235             ignore(List.fold_left
 236               (fun (acc,i) x ->
 237                  if i < maxgoals then
 238                  ignore(Sup.simplify_goal ~no_demod:true
 239                           maxvar (snd actives) bag acc x)
 240                  else
 241                    ();
 242                  x::acc,i+1)
 243               ([],0) g_actives);
 244             raise (Stop (Timeout (maxvar,bag)))
 245           end
 246         else if false then (* activates last chance strategy *)
 247           begin
 248            debug("Last chance: "^string_of_float (Unix.gettimeofday()));
 249            given_clause ~noinfer:true bag maxvar iterno weight_picks max_steps
 250              (Some (Unix.gettimeofday () +. 20.))
 251              actives passives g_actives g_passives;
 252            raise (Stop (Timeout (maxvar,bag)));
 253           end
 254         else raise (Stop (Timeout (maxvar,bag)));
 255
 256     let use_age = weight_picks = (iterno / 6 + 1) in
 257     let weight_picks = if use_age then 0 else weight_picks+1
 258     in
 259
 260     let rec aux_select bag passives g_passives =
 261       let backward,(weight,current),passives,g_passives =
 262         select ~use_age passives g_passives
 263       in
 264         if use_age && weight > monster then
 265           let bag,cl = Terms.add_to_bag current bag in
 266             if backward then
 267               aux_select bag passives (add_passive_clause g_passives cl)
 268             else
 269               aux_select bag (add_passive_clause passives cl) g_passives
 270         else
 271           let bag = Terms.replace_in_bag (current,false,iterno) bag in
 272         if backward then
 273           let _ = debug ("Selected goal : " ^ Pp.pp_unit_clause current) in
 274          match
 275            if noinfer then
 276              if weight > monster then None else Some (bag,current)
 277            else
 278              Sup.simplify_goal
 279                ~no_demod:false maxvar (snd actives) bag g_actives current
 280          with
 281             | None -> aux_select bag passives g_passives
 282             | Some (bag,g_current) ->
 283                if noinfer then
 284                  let g_actives = g_current :: g_actives in
 285                  bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives
 286                else
 287                  backward_infer_step bag maxvar actives passives
 288                    g_actives g_passives g_current iterno
 289         else
 290           let _ = debug ("Selected fact : " ^ Pp.pp_unit_clause current) in
 291           (*let is_orphan = Sup.orphan_murder bag (fst actives) current in*)
 292           match
 293             if noinfer then
 294               if weight > monster then bag,None
 295               else  bag, Some (current,actives)
 296             else if Sup.orphan_murder bag (fst actives) current then
 297               let _ = debug "Orphan murdered" in
 298               let bag = Terms.replace_in_bag (current,true,iterno) bag in
 299                 bag, None
 300             else Sup.keep_simplified current actives bag maxvar
 301           with
 302         (*match Sup.one_pass_simplification current actives bag maxvar with*)
 303               | bag,None -> aux_select bag passives g_passives
 304               | bag,Some (current,actives) ->
 305 (*                    if is_orphan then prerr_endline
 306                       ("WRONG discarded: " ^ (Pp.pp_unit_clause current));
 307                   List.iter (fun x ->
 308                                prerr_endline (Pp.pp_unit_clause x))
 309                     (fst actives);*)
 310
 311 (*                  List.iter (fun (id,_,_,_) -> let (cl,d) =
 312                              Terms.M.find id bag in
 313                              if d then prerr_endline
 314                                ("WRONG discarded: " ^ (Pp.pp_unit_clause cl)))
 315                     (current::fst actives);*)
 316                   if noinfer then
 317                     let actives =
 318                       current::fst actives,
 319                       IDX.index_unit_clause (snd actives) current
 320                     in
 321                     bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives
 322                   else
 323                     forward_infer_step bag maxvar actives passives
 324                       g_actives g_passives current iterno
 325     in
 326
 327
 328       (*prerr_endline "Active table :";
 329        (List.iter (fun x -> prerr_endline (Pp.pp_unit_clause x))
 330           (fst actives)); *)
 331
 332     let bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives =
 333       aux_select bag passives g_passives
 334     in
 335       debug
 336         (Printf.sprintf "Number of active goals : %d"
 337            (List.length g_actives));
 338       debug
 339         (Printf.sprintf "Number of passive goals : %d"
 340            (passive_set_cardinal g_passives));
 341       debug
 342         (Printf.sprintf "Number of actives : %d" (List.length (fst actives)));
 343       debug
 344         (Printf.sprintf "Number of passives : %d"
 345            (passive_set_cardinal passives));
 346       given_clause ~useage ~noinfer
 347         bag maxvar iterno weight_picks max_steps timeout
 348         actives passives g_actives g_passives
 349   ;;
 350
 351   let paramod ~useage ~max_steps ?timeout (bag,maxvar) ~g_passives ~passives =
 352     let initial_timestamp = Unix.gettimeofday () in
 353     let passives =
 354       add_passive_clauses ~no_weight:true passive_empty_set passives
 355     in
 356     let g_passives =
 357       add_passive_goals ~no_weight:true passive_empty_set g_passives
 358     in
 359     let g_actives = [] in
 360     let actives = [], IDX.DT.empty in
 361     try
 362      given_clause ~useage ~noinfer:false
 363       bag maxvar 0  0 max_steps timeout actives passives g_actives g_passives
 364     with
 365     | Sup.Success (bag, _, (i,_,_,_)) ->
 366         let l =
 367           let rec traverse ongoal (accg,acce) i =
 368             match Terms.get_from_bag i bag with
 369               | (id,_,_,Terms.Exact _),_,_ ->
 370                   if ongoal then [i],acce else
 371                     if (List.mem i acce) then accg,acce else accg,acce@[i]
 372               | (_,_,_,Terms.Step (_,i1,i2,_,_,_)),_,_ ->
 373                   if (not ongoal) && (List.mem i acce) then accg,acce
 374                   else
 375                     let accg,acce =
 376                       traverse false (traverse ongoal (accg,acce) i1) i2
 377                     in
 378                       if ongoal then i::accg,acce else accg,i::acce
 379           in
 380           let gsteps,esteps = traverse true ([],[]) i in
 381             (List.rev esteps)@gsteps
 382         in
 383         let max_w = List.fold_left (fun acc i ->
 384                     let (cl,_,_) = Terms.get_from_bag i bag in
 385                     max acc (Order.compute_unit_clause_weight cl)) 0 l in
 386           prerr_endline "Statistics :";
 387           prerr_endline ("Max weight : " ^ (string_of_int max_w));
 388 (*        List.iter (fun id -> let ((_,lit,_,proof as cl),d,it) =
 389             Terms.get_from_bag id bag in
 390               if d then
 391                 prerr_endline
 392                 (Printf.sprintf "Id : %d, selected at %d, weight %d,disc, by %s"
 393                    id it (Order.compute_unit_clause_weight cl)
 394                    (Pp.pp_proof_step proof))
 395               else
 396                prerr_endline
 397                 (Printf.sprintf "Id : %d, selected at %d, weight %d by %s"
 398                    id it (Order.compute_unit_clause_weight cl)
 399                    (Pp.pp_proof_step proof))) l;*)
 400         prerr_endline
 401           (Printf.sprintf "Found proof, %fs"
 402             (Unix.gettimeofday() -. initial_timestamp));
 403         (*
 404         prerr_endline "Proof:";
 405         List.iter (fun x ->
 406           prerr_endline (Pp.pp_unit_clause (fst(Terms.M.find x bag)))) l;
 407         *)
 408         Unsatisfiable [ bag, i, l ]
 409     | Stop (Unsatisfiable _) -> Error "stop bug solution found!"
 410     | Stop o -> o
 411   ;;
 412
 413 end