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-(* v * The Coq Proof Assistant / The Coq Development Team *)
-(* <O___,, * INRIA-Rocquencourt & LRI-CNRS-Orsay *)
-(* \VV/ *************************************************************)
-(* // * This file is distributed under the terms of the *)
-(* * GNU Lesser General Public License Version 2.1 *)
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-
-(* $Id$ *)
-
-(* Méthode d'élimination de Fourier *)
-(* Référence:
-Auteur(s) : Fourier, Jean-Baptiste-Joseph
-
-Titre(s) : Oeuvres de Fourier [Document électronique]. Tome second. Mémoires publiés dans divers recueils / publ. par les soins de M. Gaston Darboux,...
-
-Publication : Numérisation BnF de l'édition de Paris : Gauthier-Villars, 1890
-
-Pages: 326-327
-
-http://gallica.bnf.fr/
-*)
-
-
-
-
-(* Un peu de calcul sur les rationnels...
-Les opérations rendent des rationnels normalisés,
-i.e. le numérateur et le dénominateur sont premiers entre eux.
-*)
-
-
-
-type rational = {num:int;
- den:int}
-;;
-let print_rational x =
- print_int x.num;
- print_string "/";
- print_int x.den
-;;
-
-let rec pgcd x y = if y = 0 then x else pgcd y (x mod y);;
-
-
-let r0 = {num=0;den=1};;
-let r1 = {num=1;den=1};;
-
-let rnorm x = let x = (if x.den<0 then {num=(-x.num);den=(-x.den)} else x) in
- if x.num=0 then r0
- else (let d=pgcd x.num x.den in
- let d= (if d<0 then -d else d) in
- {num=(x.num)/d;den=(x.den)/d});;
-
-let rop x = rnorm {num=(-x.num);den=x.den};;
-
-let rplus x y = rnorm {num=x.num*y.den + y.num*x.den;den=x.den*y.den};;
-
-let rminus x y = rnorm {num=x.num*y.den - y.num*x.den;den=x.den*y.den};;
-
-let rmult x y = rnorm {num=x.num*y.num;den=x.den*y.den};;
-
-let rinv x = rnorm {num=x.den;den=x.num};;
-
-let rdiv x y = rnorm {num=x.num*y.den;den=x.den*y.num};;
-
-let rinf x y = x.num*y.den < y.num*x.den;;
-let rinfeq x y = x.num*y.den <= y.num*x.den;;
-
-(* {coef;hist;strict}, où coef=[c1; ...; cn; d], représente l'inéquation
-c1x1+...+cnxn < d si strict=true, <= sinon,
-hist donnant les coefficients (positifs) d'une combinaison linéaire qui permet d'obtenir l'inéquation à partir de celles du départ.
-*)
-
-type ineq = {coef:rational list;
- hist:rational list;
- strict:bool};;
-
-let pop x l = l:=x::(!l);;
-
-(* sépare la liste d'inéquations s selon que leur premier coefficient est
-négatif, nul ou positif. *)
-let partitionne s =
- let lpos=ref [] in
- let lneg=ref [] in
- let lnul=ref [] in
- List.iter (fun ie -> match ie.coef with
- [] -> raise (Failure "empty ineq")
- |(c::r) -> if rinf c r0
- then pop ie lneg
- else if rinf r0 c then pop ie lpos
- else pop ie lnul)
- s;
- [!lneg;!lnul;!lpos]
-;;
-(* initialise les histoires d'une liste d'inéquations données par leurs listes de coefficients et leurs strictitudes (!):
-(add_hist [(equation 1, s1);...;(équation n, sn)])
-=
-[{équation 1, [1;0;...;0], s1};
- {équation 2, [0;1;...;0], s2};
- ...
- {équation n, [0;0;...;1], sn}]
-*)
-let add_hist le =
- let n = List.length le in
- let i=ref 0 in
- List.map (fun (ie,s) ->
- let h =ref [] in
- for k=1 to (n-(!i)-1) do pop r0 h; done;
- pop r1 h;
- for k=1 to !i do pop r0 h; done;
- i:=!i+1;
- {coef=ie;hist=(!h);strict=s})
- le
-;;
-(* additionne deux inéquations *)
-let ie_add ie1 ie2 = {coef=List.map2 rplus ie1.coef ie2.coef;
- hist=List.map2 rplus ie1.hist ie2.hist;
- strict=ie1.strict || ie2.strict}
-;;
-(* multiplication d'une inéquation par un rationnel (positif) *)
-let ie_emult a ie = {coef=List.map (fun x -> rmult a x) ie.coef;
- hist=List.map (fun x -> rmult a x) ie.hist;
- strict= ie.strict}
-;;
-(* on enlève le premier coefficient *)
-let ie_tl ie = {coef=List.tl ie.coef;hist=ie.hist;strict=ie.strict}
-;;
-(* le premier coefficient: "tête" de l'inéquation *)
-let hd_coef ie = List.hd ie.coef
-;;
-
-(* calcule toutes les combinaisons entre inéquations de tête négative et inéquations de tête positive qui annulent le premier coefficient.
-*)
-let deduce_add lneg lpos =
- let res=ref [] in
- List.iter (fun i1 ->
- List.iter (fun i2 ->
- let a = rop (hd_coef i1) in
- let b = hd_coef i2 in
- pop (ie_tl (ie_add (ie_emult b i1)
- (ie_emult a i2))) res)
- lpos)
- lneg;
- !res
-;;
-(* élimination de la première variable à partir d'une liste d'inéquations:
-opération qu'on itère dans l'algorithme de Fourier.
-*)
-let deduce1 s =
- match (partitionne s) with
- [lneg;lnul;lpos] ->
- let lnew = deduce_add lneg lpos in
- (List.map ie_tl lnul)@lnew
- |_->assert false
-;;
-(* algorithme de Fourier: on élimine successivement toutes les variables.
-*)
-let deduce lie =
- let n = List.length (fst (List.hd lie)) in
- let lie=ref (add_hist lie) in
- for i=1 to n-1 do
- lie:= deduce1 !lie;
- done;
- !lie
-;;
-
-(* donne [] si le système a des solutions,
-sinon donne [c,s,lc]
-où lc est la combinaison linéaire des inéquations de départ
-qui donne 0 < c si s=true
- ou 0 <= c sinon
-cette inéquation étant absurde.
-*)
-let unsolvable lie =
- let lr = deduce lie in
- let res = ref [] in
- (try (List.iter (fun e ->
- match e with
- {coef=[c];hist=lc;strict=s} ->
- if (rinf c r0 && (not s)) || (rinfeq c r0 && s)
- then (res := [c,s,lc];
- raise (Failure "contradiction found"))
- |_->assert false)
- lr)
- with _ -> ());
- !res
-;;
-
-(* Exemples:
-
-let test1=[[r1;r1;r0],true;[rop r1;r1;r1],false;[r0;rop r1;rop r1],false];;
-deduce test1;;
-unsolvable test1;;
-
-let test2=[
-[r1;r1;r0;r0;r0],false;
-[r0;r1;r1;r0;r0],false;
-[r0;r0;r1;r1;r0],false;
-[r0;r0;r0;r1;r1],false;
-[r1;r0;r0;r0;r1],false;
-[rop r1;rop r1;r0;r0;r0],false;
-[r0;rop r1;rop r1;r0;r0],false;
-[r0;r0;rop r1;rop r1;r0],false;
-[r0;r0;r0;rop r1;rop r1],false;
-[rop r1;r0;r0;r0;rop r1],false
-];;
-deduce test2;;
-unsolvable test2;;
-
-*)
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