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 (Lazy.force s) ;;
  15 let debug _ = ();;
  16
  17 let monster = 100;;
  18
  19 module type Paramod =
  20   sig
  21     type t
  22     type szsontology =
  23       | Unsatisfiable of (t Terms.bag * int * int list) list
  24       | GaveUp
  25       | Error of string
  26       | Timeout of int * t Terms.bag
  27     val paramod :
  28       useage:bool ->
  29       max_steps:int ->
  30       print_problem:bool ->
  31       ?timeout:float ->
  32       t Terms.foterm * (t Terms.foterm list * t Terms.foterm list) ->
  33       (t Terms.foterm * (t Terms.foterm list * t Terms.foterm list)) list -> szsontology
  34   end
  35
  36 module Paramod (B : Orderings.Blob) = struct
  37   type t = B.t
  38   type szsontology =
  39     | Unsatisfiable of (B.t Terms.bag * int * int list) list
  40     | GaveUp
  41     | Error of string
  42     | Timeout of int * B.t Terms.bag
  43   exception Stop of szsontology
  44   type bag = B.t Terms.bag * int
  45   module Pp = Pp.Pp (B)
  46   module FU = FoUnif.FoUnif(B)
  47   module IDX = Index.Index(B)
  48   module Sup = Superposition.Superposition(B)
  49   module Utils = FoUtils.Utils(B)
  50   module Order = B
  51   module Clauses = Clauses.Clauses(B)
  52   module WeightOrderedPassives =
  53       struct
  54         type t = B.t Terms.passive_clause
  55         let compare = Clauses.compare_passive_clauses_weight
  56       end
  57
  58   module AgeOrderedPassives =
  59       struct
  60         type t = B.t Terms.passive_clause
  61         let compare = Clauses.compare_passive_clauses_age
  62       end
  63
  64   module WeightPassiveSet = Set.Make(WeightOrderedPassives)
  65   module AgePassiveSet = Set.Make(AgeOrderedPassives)
  66
  67   let add_passive_clause ?(bonus_weight=0) (passives_w,passives_a) cl =
  68     let (w,cl) = Clauses.mk_passive_clause cl in
  69     (* let cl = (w+bonus_weight,cl) in *)
  70     let cl = if bonus_weight = 0 then (w,cl) else (0,cl) in
  71    WeightPassiveSet.add cl passives_w, AgePassiveSet.add cl passives_a
  72   ;;
  73
  74   let add_passive_goal ?(bonus_weight=0) (passives_w,passives_a) g =
  75     let (w,g) = Clauses.mk_passive_goal g in
  76     (* let g = (w+bonus_weight,g) in *)
  77     let g = if bonus_weight = 0 then (w,g) else (0,g) in
  78    WeightPassiveSet.add g passives_w, AgePassiveSet.add g passives_a
  79   ;;
  80
  81   let remove_passive_clause (passives_w,passives_a) cl =
  82     let passives_w = WeightPassiveSet.remove cl passives_w in
  83     let passives_a = AgePassiveSet.remove cl passives_a in
  84       passives_w,passives_a
  85   ;;
  86
  87   let add_passive_clauses ?(bonus_weight=0)
  88       (passives_w,passives_a) new_clauses =
  89     let new_clauses_w,new_clauses_a =
  90       List.fold_left (add_passive_clause ~bonus_weight)
  91       (WeightPassiveSet.empty,AgePassiveSet.empty) new_clauses
  92     in
  93       (WeightPassiveSet.union new_clauses_w passives_w,
  94        AgePassiveSet.union new_clauses_a passives_a)
  95   ;;
  96
  97   let add_passive_goals ?(bonus_weight=0)
  98       (passives_w,passives_a) new_clauses =
  99     let new_clauses_w,new_clauses_a =
 100       List.fold_left (add_passive_goal ~bonus_weight)
 101       (WeightPassiveSet.empty,AgePassiveSet.empty) new_clauses
 102     in
 103       (WeightPassiveSet.union new_clauses_w passives_w,
 104        AgePassiveSet.union new_clauses_a passives_a)
 105   ;;
 106
 107   let is_passive_set_empty (passives_w,passives_a) =
 108     if (WeightPassiveSet.is_empty passives_w) then begin
 109       assert (AgePassiveSet.is_empty passives_a); true
 110     end else begin
 111       assert (not (AgePassiveSet.is_empty passives_a)); false
 112     end
 113   ;;
 114
 115   let passive_set_cardinal (passives_w,_) = WeightPassiveSet.cardinal passives_w
 116
 117   let passive_empty_set =
 118     (WeightPassiveSet.empty,AgePassiveSet.empty)
 119   ;;
 120
 121   let pick_min_passive ~use_age (passives_w,passives_a) =
 122     if use_age then AgePassiveSet.min_elt passives_a
 123     else WeightPassiveSet.min_elt passives_w
 124   ;;
 125
 126   (* TODO : global age over facts and goals (without comparing weights) *)
 127   let select ~use_age passives g_passives =
 128     if is_passive_set_empty passives then begin
 129       if (is_passive_set_empty g_passives) then
 130         raise (Stop GaveUp) (* we say we are incomplete *)
 131       else
 132        let g_cl = pick_min_passive ~use_age:use_age g_passives in
 133         (true,g_cl,passives,remove_passive_clause g_passives g_cl)
 134     end
 135     else let cl = pick_min_passive ~use_age:use_age passives in
 136       if is_passive_set_empty g_passives then
 137         (false,cl,remove_passive_clause passives cl,g_passives)
 138       else
 139         let g_cl = pick_min_passive ~use_age:use_age g_passives in
 140         let (id1,_,_,_,_),(id2,_,_,_,_) = snd cl, snd g_cl in
 141         let cmp = if use_age then id1 <= id2
 142         else fst cl <= fst g_cl
 143         in
 144           if cmp then
 145             (false,cl,remove_passive_clause passives cl,g_passives)
 146           else
 147             (true,g_cl,passives,remove_passive_clause g_passives g_cl)
 148   ;;
 149
 150   let backward_infer_step bag maxvar actives passives
 151                           g_actives g_passives g_current iterno =
 152     (* superposition left, simplifications on goals *)
 153       debug (lazy "infer_left step...");
 154       let bag, maxvar, new_goals =
 155         Sup.infer_left bag maxvar g_current actives
 156       in
 157         debug (lazy "Performed infer_left step");
 158         let bag = Terms.replace_in_bag (g_current,false,iterno) bag in
 159         bag, maxvar, actives, passives, g_current::g_actives,
 160     (add_passive_goals g_passives new_goals)
 161   ;;
 162
 163   let forward_infer_step bag maxvar actives passives g_actives
 164                          g_passives current iterno =
 165     (* forward step *)
 166
 167     (* e = select P           *
 168      * e' = demod A e         *
 169      * A' = demod [e'] A      *
 170      * A'' = A' + e'          *
 171      * e'' = fresh e'         *
 172      * new = supright e'' A'' *
 173      * new'= demod A'' new    *
 174      * P' = P + new'          *)
 175     debug (lazy "Forward infer step...");
 176     debug (lazy("Number of actives : " ^ (string_of_int (List.length (fst actives)))));
 177     let bag, maxvar, actives, new_clauses =
 178       Sup.infer_right bag maxvar current actives
 179     in
 180       debug (lazy "Demodulating goals with actives...");
 181       (* keep goals demodulated w.r.t. actives and check if solved *)
 182       let bag, g_actives =
 183         List.fold_left
 184           (fun (bag,acc) c ->
 185              match
 186                Sup.simplify_goal ~no_demod:false maxvar (snd actives) bag acc c
 187              with
 188                | None -> bag, acc
 189                | Some (bag,c1) -> bag,if c==c1 then c::acc else c::c1::acc)
 190           (bag,[]) g_actives
 191       in
 192       let ctable = IDX.index_clause IDX.DT.empty current in
 193       let bag, maxvar, new_goals =
 194         List.fold_left
 195           (fun (bag,m,acc) g ->
 196              let bag, m, ng = Sup.infer_left bag m g ([current],ctable) in
 197                bag,m,ng@acc)
 198           (bag,maxvar,[]) g_actives
 199       in
 200       let bag = Terms.replace_in_bag (current,false,iterno) bag in
 201     bag, maxvar, actives,
 202     add_passive_clauses passives new_clauses, g_actives,
 203     add_passive_goals g_passives new_goals
 204   ;;
 205
 206   let rec given_clause ~useage ~noinfer
 207     bag maxvar iterno weight_picks max_steps timeout
 208     actives passives g_actives g_passives
 209   =
 210     let iterno = iterno + 1 in
 211     if iterno = max_steps then raise (Stop (Timeout (maxvar,bag)));
 212     (* timeout check: gettimeofday called only if timeout set *)
 213     if timeout <> None &&
 214       (match timeout with
 215       | None -> assert false
 216       | Some timeout -> Unix.gettimeofday () > timeout) then
 217         if noinfer then
 218           begin
 219             debug
 220               (lazy("Last chance: all is indexed " ^ string_of_float
 221                 (Unix.gettimeofday())));
 222             let maxgoals = 100 in
 223             ignore(List.fold_left
 224               (fun (acc,i) x ->
 225                  if i < maxgoals then
 226                  ignore(Sup.simplify_goal ~no_demod:true
 227                           maxvar (snd actives) bag acc x)
 228                  else
 229                    ();
 230                  x::acc,i+1)
 231               ([],0) g_actives);
 232             raise (Stop (Timeout (maxvar,bag)))
 233           end
 234         else if false then (* activates last chance strategy *)
 235           begin
 236            debug (lazy("Last chance: "^string_of_float (Unix.gettimeofday())));
 237            given_clause ~useage ~noinfer:true bag maxvar iterno weight_picks max_steps
 238              (Some (Unix.gettimeofday () +. 20.))
 239              actives passives g_actives g_passives;
 240            raise (Stop (Timeout (maxvar,bag)));
 241           end
 242         else raise (Stop (Timeout (maxvar,bag)));
 243
 244     let use_age = useage && (weight_picks = (iterno / 6 + 1)) in
 245     let weight_picks = if use_age then 0 else weight_picks+1
 246     in
 247
 248     let rec aux_select bag passives g_passives =
 249       let backward,(weight,current),passives,g_passives =
 250         select ~use_age passives g_passives
 251       in
 252         if use_age && weight > monster then
 253           let bag,cl = Terms.add_to_bag current bag in
 254             if backward then
 255               aux_select bag passives (add_passive_clause g_passives cl)
 256             else
 257               aux_select bag (add_passive_clause passives cl) g_passives
 258         else
 259           let bag = Terms.replace_in_bag (current,false,iterno) bag in
 260         if backward then
 261           let _ = debug (lazy("Selected goal : " ^ Pp.pp_clause current)) in
 262          match
 263            if noinfer then
 264              if weight > monster then None else Some (bag,current)
 265            else
 266              Sup.simplify_goal
 267                ~no_demod:false maxvar (snd actives) bag g_actives current
 268          with
 269             | None -> aux_select bag passives g_passives
 270             | Some (bag,g_current) ->
 271                if noinfer then
 272                  let g_actives = g_current :: g_actives in
 273                  bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives
 274                else
 275                  backward_infer_step bag maxvar actives passives
 276                    g_actives g_passives g_current iterno
 277         else
 278           let _ = debug (lazy("Selected fact : " ^ Pp.pp_clause current)) in
 279           (*let is_orphan = Sup.orphan_murder bag (fst actives) current in*)
 280           match
 281             if noinfer then
 282               if weight > monster then bag,None
 283               else  bag, Some (current,actives)
 284             else if Sup.orphan_murder bag (fst actives) current then
 285               let _ = debug (lazy "Orphan murdered") in
 286               let bag = Terms.replace_in_bag (current,true,iterno) bag in
 287                 bag, None
 288             else Sup.keep_simplified current actives bag maxvar
 289           with
 290         (*match Sup.one_pass_simplification current actives bag maxvar with*)
 291               | bag,None -> aux_select bag passives g_passives
 292               | bag,Some (current,actives) ->
 293 (*                    if is_orphan then prerr_endline
 294                       ("WRONG discarded: " ^ (Pp.pp_unit_clause current));
 295                   List.iter (fun x ->
 296                                prerr_endline (Pp.pp_unit_clause x))
 297                     (fst actives);*)
 298
 299 (*                  List.iter (fun (id,_,_,_) -> let (cl,d) =
 300                              Terms.M.find id bag in
 301                              if d then prerr_endline
 302                                ("WRONG discarded: " ^ (Pp.pp_unit_clause cl)))
 303                     (current::fst actives);*)
 304                   if noinfer then
 305                     let actives =
 306                       current::fst actives,
 307                       IDX.index_clause (snd actives) current
 308                     in
 309                     bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives
 310                   else
 311                     forward_infer_step bag maxvar actives passives
 312                       g_actives g_passives current iterno
 313     in
 314
 315
 316       (*prerr_endline "Active table :";
 317        (List.iter (fun x -> prerr_endline (Pp.pp_unit_clause x))
 318           (fst actives)); *)
 319     let bag,maxvar,actives,passives,g_actives,g_passives =
 320       aux_select bag passives g_passives
 321     in
 322       debug
 323         (lazy(Printf.sprintf "Number of active goals : %d"
 324            (List.length g_actives)));
 325       debug
 326         (lazy(Printf.sprintf "Number of passive goals : %d"
 327            (passive_set_cardinal g_passives)));
 328       debug
 329         (lazy(Printf.sprintf "Number of actives : %d" (List.length (fst actives))));
 330       debug
 331         (lazy(Printf.sprintf "Number of passives : %d"
 332            (passive_set_cardinal passives)));
 333       given_clause ~useage ~noinfer
 334         bag maxvar iterno weight_picks max_steps timeout
 335         actives passives g_actives g_passives
 336   ;;
 337
 338   let paramod ~useage ~max_steps ~print_problem ?timeout goal hypotheses =
 339     let initial_timestamp = Unix.gettimeofday () in
 340     let bag = Terms.empty_bag in
 341     let maxvar = 0 in
 342     let build_clause (bag,maxvar,l) (t,(nlit,plit)) =
 343       let c,maxvar = Clauses.mk_clause maxvar nlit plit t in
 344       let bag,c = Terms.add_to_bag c bag in
 345       (bag,maxvar,c::l)
 346     in
 347     let bag,maxvar,goals = build_clause (bag,maxvar,[]) goal in
 348     let bag,maxvar,hypotheses = List.fold_left build_clause (bag,maxvar,[]) hypotheses in
 349     let goal = match goals with | [g] -> g | _ -> assert false in
 350     let passives =
 351       add_passive_clauses ~bonus_weight:(-1000) passive_empty_set hypotheses
 352     in
 353     let g_passives =
 354       add_passive_goal ~bonus_weight:(-1000) passive_empty_set goal
 355     in
 356     let g_actives = [] in
 357     let actives = [], IDX.DT.empty in
 358     if print_problem then begin
 359        prerr_endline "Facts:";
 360        List.iter (fun x -> prerr_endline (" " ^ Pp.pp_clause x)) hypotheses;
 361        prerr_endline "Goal:";
 362        prerr_endline (" " ^ Pp.pp_clause goal);
 363     end;
 364     try
 365      given_clause ~useage ~noinfer:false
 366       bag maxvar 0  0 max_steps timeout actives passives g_actives g_passives
 367     with
 368     | Sup.Success (bag, _, (i,_,_,_,_)) ->
 369         let l =
 370           let rec traverse ongoal (accg,acce) i =
 371             match Terms.get_from_bag i bag with
 372               | (id,_,_,_,Terms.Exact _),_,_ ->
 373                   if ongoal then [i],acce else
 374                     if (List.mem i acce) then accg,acce else accg,acce@[i]
 375               | (_,_,_,_,Terms.Step (_,i1,i2,_,_,_)),_,_ ->
 376                   if (not ongoal) && (List.mem i acce) then accg,acce
 377                   else
 378                     let accg,acce =
 379                       traverse false (traverse ongoal (accg,acce) i1) i2
 380                     in
 381                       if ongoal then i::accg,acce else accg,i::acce
 382           in
 383           let gsteps,esteps = traverse true ([],[]) i in
 384             (List.rev esteps)@gsteps
 385         in
 386         let max_w = List.fold_left (fun acc i ->
 387                     let (cl,_,_) = Terms.get_from_bag i bag in
 388                     max acc (Order.compute_clause_weight cl)) 0 l in
 389           prerr_endline "Statistics :";
 390           prerr_endline ("Max weight : " ^ (string_of_int max_w));
 391 (*        List.iter (fun id -> let ((_,lit,_,proof as cl),d,it) =
 392             Terms.get_from_bag id bag in
 393               if d then
 394                 prerr_endline
 395                 (Printf.sprintf "Id : %d, selected at %d, weight %d,disc, by %s"
 396                    id it (Order.compute_unit_clause_weight cl)
 397                    (Pp.pp_proof_step proof))
 398               else
 399                prerr_endline
 400                 (Printf.sprintf "Id : %d, selected at %d, weight %d by %s"
 401                    id it (Order.compute_unit_clause_weight cl)
 402                    (Pp.pp_proof_step proof))) l;*)
 403         prerr_endline
 404           (Printf.sprintf "Found proof, %fs"
 405             (Unix.gettimeofday() -. initial_timestamp));
 406         (*
 407         prerr_endline "Proof:";
 408         List.iter (fun x ->
 409           prerr_endline (Pp.pp_unit_clause (fst(Terms.M.find x bag)))) l;
 410         *)
 411         Unsatisfiable [ bag, i, l ]
 412     | Stop (Unsatisfiable _) -> Error "stop bug solution found!"
 413     | Stop o -> o
 414   ;;
 415
 416 end