]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blob - helm/software/components/ng_paramodulation/paramod.ml
Preparing for 0.5.9 release.
[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_unit_clause bag maxvar (t,ty) =
206     let c, maxvar = Utils.mk_unit_clause maxvar (B.embed ty) (B.embed t) in
207     let bag, c = Terms.add_to_bag c bag in
208     (bag, maxvar), c
209   ;;
210
211   let mk_clause bag maxvar (t,ty) =
212     let (proof,ty) = B.saturate t ty in
213     let c, maxvar = Utils.mk_unit_clause maxvar ty proof in
214     let bag, c = Terms.add_to_bag c bag in
215     (bag, maxvar), c
216   ;;
217   
218   let mk_passive (bag,maxvar) = mk_clause bag maxvar;;
219
220   let mk_goal (bag,maxvar) = mk_clause bag maxvar;;
221
222   let initialize_goal (bag,maxvar,actives,passives,_,_) t = 
223     let (bag,maxvar), g = mk_unit_clause bag maxvar t in
224     let g_passives = g_passive_empty_set in
225     (* if the goal is not an equation we returns an empty
226        passive set *)
227     let g_passives =
228       if Terms.is_eq_clause g then add_passive_goal g_passives g
229       else g_passives 
230     in
231       (bag,maxvar,actives,passives,[],g_passives)
232
233
234   (* TODO : global age over facts and goals (without comparing weights) *)
235   let select ~use_age passives g_passives =
236     if is_passive_set_empty passives then begin
237       if (is_passive_g_set_empty g_passives) then
238         raise (Stop GaveUp) (* we say we are incomplete *)
239       else
240        let g_cl = pick_min_g_passive ~use_age:use_age g_passives in
241         (true,g_cl,passives,remove_passive_goal g_passives g_cl)
242     end
243     else let cl = pick_min_passive ~use_age:use_age passives in
244       if is_passive_g_set_empty g_passives then
245         (false,cl,remove_passive_clause passives cl,g_passives)
246       else
247         let g_cl = pick_min_g_passive ~use_age:use_age g_passives in
248         let (id1,_,_,_),(id2,_,_,_) = snd cl, snd g_cl in
249         let cmp = if use_age then id1 <= id2
250         else fst cl <= fst g_cl
251         in
252           if cmp then
253             (false,cl,remove_passive_clause passives cl,g_passives)
254           else
255             (true,g_cl,passives,remove_passive_goal g_passives g_cl)
256   ;;
257
258   let backward_infer_step bag maxvar actives passives
259                           g_actives g_passives g_current iterno =
260     (* superposition left, simplifications on goals *)
261       debug (lazy "infer_left step...");
262       let bag, maxvar, new_goals = 
263         Sup.infer_left bag maxvar g_current actives 
264       in
265         debug (lazy "Performed infer_left step");
266         let bag = Terms.replace_in_bag (g_current,false,iterno) bag in
267           bag, maxvar, actives, passives, g_current::g_actives,
268     (add_passive_goals g_passives new_goals)
269   ;;
270
271   let pp_clauses actives passives =
272     let actives_l, _ = actives in
273     let passive_t,_,_ = passives in
274     let wset = IDX.elems passive_t in
275       ("Actives :" ^ (String.concat ";\n" 
276         (List.map Pp.pp_unit_clause actives_l)))
277       ^ 
278       ("Passives:" ^(String.concat ";\n" 
279         (List.map (fun (_,cl) -> Pp.pp_unit_clause cl)
280                (IDX.ClauseSet.elements wset))))
281   ;;
282
283   let forward_infer_step 
284       ((bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives) as s)  
285       current iterno =
286     (* forward step *)
287     
288     (* e = select P           *
289      * e' = demod A e         *
290      * A' = demod [e'] A      *
291      * A'' = A' + e'          *
292      * e'' = fresh e'         *
293      * new = supright e'' A'' *
294      * new'= demod A'' new    *
295      * P' = P + new'          *)
296     debug (lazy "Forward infer step...");
297     debug (lazy("Number of actives : " ^ (string_of_int (List.length (fst actives)))));
298     noprint (lazy (pp_clauses actives passives));
299     match Sup.keep_simplified current actives bag maxvar
300     with
301       | _,None -> s
302       | bag,Some (current,actives) ->
303     debug (lazy ("simplified to " ^ (Pp.pp_unit_clause current)));
304     let bag, maxvar, actives, new_clauses = 
305       Sup.infer_right bag maxvar current actives 
306     in
307       debug
308         (lazy 
309          ("New clauses :" ^ (String.concat ";\n" 
310             (List.map Pp.pp_unit_clause new_clauses)))); 
311       debug (lazy "Demodulating goals with actives...");
312       (* keep goals demodulated w.r.t. actives and check if solved *)
313       let bag, g_actives = 
314         List.fold_left 
315           (fun (bag,acc) c -> 
316              match 
317                Sup.simplify_goal ~no_demod:false maxvar (snd actives) bag acc c
318              with
319                | None -> bag, acc
320                | Some (bag,c1) -> bag,if c==c1 then c::acc else c::c1::acc)
321           (bag,[]) g_actives 
322       in
323       let ctable = IDX.index_unit_clause IDX.DT.empty current in
324       let bag, maxvar, new_goals = 
325         List.fold_left 
326           (fun (bag,m,acc) g -> 
327              let bag, m, ng = Sup.infer_left bag m g ([current],ctable) in
328                bag,m,ng@acc) 
329           (bag,maxvar,[]) g_actives 
330       in
331       let bag = Terms.replace_in_bag (current,false,iterno) bag in
332         (* prerr_endline (Pp.pp_bag bag); *)
333     bag, maxvar, actives,
334     add_passive_clauses passives new_clauses, g_actives,
335     add_passive_goals g_passives new_goals
336   ;;
337
338   let debug_status (_,_,actives,passives,g_actives,g_passives) =
339     lazy
340       ((Printf.sprintf "Number of active goals : %d\n"
341           (List.length g_actives)) ^
342        (Printf.sprintf "Number of passive goals : %d\n"
343           (g_passive_set_cardinal g_passives)) ^
344        (Printf.sprintf "Number of actives : %d\n" 
345           (List.length (fst actives))) ^
346        (Printf.sprintf "Number of passives : %d\n"
347          (passive_set_cardinal passives)))
348   ;;
349
350
351   (* we just check if any of the active goals is subsumed by a
352      passive clause, or if any of the passive goal is subsumed
353      by an active or passive clause *) 
354   let last_chance (bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives) =
355     debug (lazy("Last chance " ^ string_of_float
356                   (Unix.gettimeofday())));
357     let actives_l, active_t = actives in
358     let passive_t,wset,_ = passives in
359     let _ = noprint
360       (lazy 
361          ("Actives :" ^ (String.concat ";\n" 
362             (List.map Pp.pp_unit_clause actives_l)))) in 
363     let wset = IDX.elems passive_t in
364     let _ = noprint
365       (lazy 
366          ("Passives:" ^(String.concat ";\n" 
367             (List.map (fun (_,cl) -> Pp.pp_unit_clause cl)
368                (IDX.ClauseSet.elements wset))))) in 
369     let g_passives = 
370       WeightPassiveSet.fold 
371         (fun (_,x) acc ->
372           if List.exists (Sup.are_alpha_eq x) g_actives then acc
373           else x::acc)
374           (fst g_passives) []
375     in 
376       ignore
377       (List.iter
378         (fun x -> 
379             ignore 
380              (debug (lazy("ckecking goal vs a: " ^ Pp.pp_unit_clause x));
381                Sup.simplify_goal ~no_demod:true maxvar active_t bag [] x))
382        g_passives); 
383       ignore
384       (List.iter
385          (fun x -> 
386             ignore 
387               (debug (lazy("ckecking goal vs p: " ^ Pp.pp_unit_clause x));
388         Sup.simplify_goal ~no_demod:true maxvar passive_t bag [] x))
389         (g_actives@g_passives)); 
390     raise (Stop (Timeout (maxvar,bag)))
391
392   let check_timeout = function
393     | None -> false
394     | Some timeout -> Unix.gettimeofday () > timeout
395  
396   let rec given_clause ~useage
397     bag maxvar iterno weight_picks max_steps timeout 
398     actives passives g_actives g_passives 
399   =
400     let iterno = iterno + 1 in
401     if iterno = max_steps || check_timeout timeout then
402       last_chance (bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives)
403     else 
404     let use_age = useage && (weight_picks = (iterno / 6 + 1)) in
405     let weight_picks = if use_age then 0 else weight_picks+1
406     in
407
408     let rec aux_select bag 
409         (passives:IDX.DT.t * WeightPassiveSet.t * AgePassiveSet.t)
410         g_passives =
411       let backward,(weight,current),passives,g_passives =
412         select ~use_age passives g_passives
413       in
414         if use_age && weight > monster then
415           let bag,cl = Terms.add_to_bag current bag in
416             if backward then
417               aux_select bag passives (add_passive_goal g_passives cl)
418             else
419               aux_select bag (add_passive_clause passives cl) g_passives
420         else
421           let bag = Terms.replace_in_bag (current,false,iterno) bag in
422         if backward then
423           let _ = debug (lazy("Selected goal : " ^ Pp.pp_unit_clause current)) in
424          match 
425            Sup.simplify_goal 
426              ~no_demod:false maxvar (snd actives) bag g_actives current 
427          with
428            | None -> aux_select bag passives g_passives
429            | Some (bag,g_current) ->
430                backward_infer_step bag maxvar actives passives
431                  g_actives g_passives g_current iterno
432         else
433           let _ = debug (lazy("Selected fact : " ^ Pp.pp_unit_clause current)) 
434           in
435             if Sup.orphan_murder bag (fst actives) current then
436               let _ = debug (lazy "Orphan murdered") in
437               let bag = Terms.replace_in_bag (current,true,iterno) bag in
438                 aux_select bag passives g_passives
439             else
440               let s = bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives in
441               let s1 = forward_infer_step s current iterno
442               in 
443                 if s == s1 then aux_select bag passives g_passives  
444                 else s1
445     in
446       (*prerr_endline "Active table :"; 
447        (List.iter (fun x -> prerr_endline (Pp.pp_unit_clause x))
448           (fst actives)); *)
449
450     let (bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives) as status  =      
451       aux_select bag passives g_passives
452     in
453       debug (debug_status status);       
454       given_clause ~useage
455         bag maxvar iterno weight_picks max_steps timeout 
456         actives passives g_actives g_passives
457   ;;
458
459   let check_and_infer ~no_demod iterno status current =
460     let bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives = status in
461     match 
462       Sup.simplify_goal 
463         ~no_demod maxvar (snd actives) bag g_actives current 
464     with
465       | None -> debug (lazy "None"); status
466       | Some (bag,g_current) -> 
467           let _ = 
468             debug (lazy("Infer on goal : " 
469                         ^ Pp.pp_unit_clause g_current)) 
470           in
471             backward_infer_step bag maxvar actives passives
472               g_actives g_passives g_current iterno
473
474   (* similar to given_clause, but it merely works on goals, 
475      in parallel, at each iteration *)
476   let rec goal_narrowing iterno max_steps timeout status
477   = 
478     debug (debug_status status);
479     let iterno = iterno + 1 in
480     if iterno = max_steps || check_timeout timeout then
481       last_chance status
482     else 
483     let _,_,_,_,_,g_passives = status in 
484     let passive_goals = WeightPassiveSet.elements (fst g_passives) in
485     let newstatus = 
486       List.fold_left
487         (fun acc g ->
488            let bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives = acc in
489            let g_passives =
490              remove_passive_goal g_passives g in
491            let current = snd g in
492            let _ = 
493              debug (lazy("Selected goal : " ^ Pp.pp_unit_clause current)) 
494            in
495              (* we work both on the original goal and the demodulated one*)
496            let acc = check_and_infer ~no_demod:false iterno acc current
497            in check_and_infer ~no_demod:true iterno acc current)
498         status passive_goals
499     in
500       goal_narrowing iterno max_steps timeout newstatus
501
502     let compute_result bag i subst =
503       let l =
504         let rec traverse ongoal (accg,acce) i =
505           match Terms.get_from_bag i bag with
506             | (id,_,_,Terms.Exact _),_,_ ->
507                 if ongoal then [i],acce else
508                   if (List.mem i acce) then accg,acce else accg,acce@[i]
509             | (_,_,_,Terms.Step (_,i1,i2,_,_,_)),_,_ ->
510                 if (not ongoal) && (List.mem i acce) then accg,acce
511                 else
512                   let accg,acce = 
513                     traverse false (traverse ongoal (accg,acce) i1) i2
514                   in
515                     if ongoal then i::accg,acce else accg,i::acce
516         in
517         let gsteps,esteps = traverse true ([],[]) i in
518           (List.rev esteps)@gsteps
519       in
520       debug (lazy ("steps: " ^ (string_of_int (List.length l))));
521       let max_w = 
522         List.fold_left 
523           (fun acc i ->
524              let (cl,_,_) = Terms.get_from_bag i bag in
525                max acc (Order.compute_unit_clause_weight cl)) 0 l in
526         debug (lazy ("Max weight : " ^ (string_of_int max_w)));
527 (*        List.iter (fun id -> let ((_,lit,_,proof as cl),d,it) =
528             Terms.get_from_bag id bag in
529               if d then
530                 prerr_endline
531                 (Printf.sprintf "Id : %d, selected at %d, weight %d,disc, by %s"
532                    id it (Order.compute_unit_clause_weight cl) 
533                    (Pp.pp_proof_step proof))
534               else
535                prerr_endline
536                 (Printf.sprintf "Id : %d, selected at %d, weight %d by %s"
537                    id it (Order.compute_unit_clause_weight cl) 
538                    (Pp.pp_proof_step proof))) l;*)
539         debug (lazy ("Proof:" ^
540           (String.concat "\n" 
541              (List.map 
542                 (fun x ->
543                    let cl,_,_ = Terms.get_from_bag x bag in
544                      Pp.pp_unit_clause cl) l))));
545         Unsatisfiable [ bag, i, subst, l ]
546
547   let paramod ~useage ~max_steps ?timeout (bag,maxvar) ~g_passives ~passives =
548     let _initial_timestamp = Unix.gettimeofday () in
549     let passives =
550       add_passive_clauses ~no_weight:true passive_empty_set passives
551     in
552     let g_passives =
553       add_passive_goals ~no_weight:true g_passive_empty_set g_passives
554     in
555     let g_actives = [] in
556     let actives = [], IDX.DT.empty in
557     try 
558      given_clause ~useage ~noinfer:false
559       bag maxvar 0  0 max_steps timeout actives passives g_actives g_passives
560     with 
561     | Sup.Success (bag, _, (i,_,_,_),subst) ->
562         compute_result bag i subst
563     | Stop (Unsatisfiable _) -> Error "solution found!"
564     | Stop o -> o
565   ;;
566
567 let demod s goal =
568   let bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives = s in
569   let (bag,maxvar), g = mk_goal (bag,maxvar) goal in
570   let bag, ((i,_,_,_) as g1) = Sup.demodulate bag g (snd actives) in
571     if g1 = g then GaveUp else compute_result bag i []
572 (*
573   if Terms.is_eq_clause g then 
574
575   else GaveUp *)
576
577 let fast_eq_check s goal =
578   let (_,_,_,_,_,g_passives) as s = initialize_goal s goal in
579   if is_passive_g_set_empty g_passives then Error "not an equation"
580   else
581   try 
582     goal_narrowing 0 2 None s
583   with
584     | Sup.Success (bag, _, (i,_,_,_),subst) ->
585         compute_result bag i subst
586     | Stop (Unsatisfiable _) -> Error "solution found!"
587     | Stop o -> o
588   ;;
589
590 let nparamod ~useage ~max_steps ?timeout s goal =
591   let bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives
592       = initialize_goal s goal in
593   if is_passive_g_set_empty g_passives then Error "not an equation" 
594   else
595     try given_clause ~useage ~noinfer:false
596       bag maxvar 0 0 max_steps timeout actives passives g_actives g_passives
597   with
598     | Sup.Success (bag, _, (i,_,_,_),subst) ->
599         compute_result bag i subst
600     | Stop (Unsatisfiable _) -> Error "solution found!"
601     | Stop o -> o
602   ;;
603
604 end