]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/commitdiff
added first draft for patterns
authorEnrico Tassi <enrico.tassi@inria.fr>
Wed, 16 Nov 2005 20:46:31 +0000 (20:46 +0000)
committerEnrico Tassi <enrico.tassi@inria.fr>
Wed, 16 Nov 2005 20:46:31 +0000 (20:46 +0000)
helm/papers/matita/matita.tex

index 7b849c9285ffcd930020b59dff21706a6c87b59b..506d43167596abe2df3fce44b305ccca2ee7412c 100644 (file)
@@ -5,8 +5,10 @@
 \usepackage{amssymb,amsmath}
 \usepackage{hyperref}
 \usepackage{picins}
+\usepackage{color}
 \usepackage{fancyvrb}
 
+\definecolor{gray}{gray}{0.85}
 %\newcommand{\logo}[3]{
 %\parpic(0cm,0cm)(#2,#3)[l]{\includegraphics[width=#1]{whelp-bw}}
 %}
 \newcommand{\NOTE}[1]{\marginpar{\scriptsize #1}}
 \newcommand{\TODO}[1]{\textbf{TODO: #1}}
 
+\newsavebox{\tmpxyz}
+\newcommand{\sequent}[2]{
+  \savebox{\tmpxyz}[0.9\linewidth]{
+    \begin{minipage}{0.9\linewidth}
+      \ensuremath{#1} \\
+      --------------------------\\ % come si fa una linea orizzontale?
+      \ensuremath{#2}
+    \end{minipage}}\setlength{\fboxsep}{3mm}%
+  \begin{center}
+   \fcolorbox{black}{gray}{\usebox{\tmpxyz}}
+  \end{center}}
+
 \title{The Matita proof assistant}
 \author{Andrea Asperti, Claudio Sacerdoti Coen, Enrico Tassi
  and Stefano Zacchiroli}
@@ -113,7 +127,7 @@ none of the advantages of the previous representations).
 Partially related to this problem, there is the
 issue of the {\em granularity} of the library: scripts usually comprise
 small developments with many definitions and theorems, while 
-proof objects correspond to individual mathemtical items. 
+proof objects correspond to individual mathematical items. 
 
 In our case, the choice of the content encoding was eventually dictated
 by the methodological assumption of offering the information in a
@@ -171,7 +185,7 @@ existential variables, used by the disambiguating parser;
 language;
 \item an innovative rendering widget, supporting high-quality bidimensional
 rendering, and semantic selection, i.e. the possibility to select semantically
-meaningfull rendering expressions, and to past the respective content into
+meaningful rendering expressions, and to past the respective content into
 a different text area.
 \NOTE{il widget\\ non ha sel\\ semantica}
 \end{itemize}
@@ -191,10 +205,10 @@ language (\OCAML{}), and the same (script based) authoring philosophy.
 However, as we shall see, the analogy essentially stops here. 
 
 In a sense; we like to think of \MATITA{} as the way \COQ{} would 
-look like if entirely rerwritten from scratch: just to give an
+look like if entirely rewritten from scratch: just to give an
 idea, although \MATITA{} currently supports almost all functionalities of
 \COQ{}, it links 60'000 lins of \OCAML{} code, against ... of \COQ{} (and
-we are convinced that, starting from scratch againg, we could furtherly
+we are convinced that, starting from scratch again, we could furtherly
 reduce our code in sensible way).\NOTE{righe\\\COQ{}}
 
 \begin{itemize}
@@ -217,7 +231,223 @@ reduce our code in sensible way).\NOTE{righe\\\COQ{}}
 \ASSIGNEDTO{csc}
 
 \subsection{pattern}
-\ASSIGNEDTO{gares}
+\ASSIGNEDTO{gares}\\
+Patterns are the textual counterpart of the MathML widget graphical
+selection.
+
+Matita benefits of a graphical interface and a powerful MathML rendering
+widget that allows the user to select pieces of the sequent he is working
+on. While this is an extremely intuitive way for the user to
+restrict the application of a tactic, for example, to some subterms of the
+conclusion or some hypothesis, the way this action is recorded to the text
+script is not obvious.\\
+In \MATITA{} this issue is addressed by patterns.
+
+\subsubsection{Pattern syntax}
+A pattern is composed of two terms: a $\NT{sequent\_path}$ and a
+$\NT{wanted}$.
+The former mocks-up a sequent, replacing unwanted subterms with $?$ and
+selecting the interesting parts with the placeholder $\%$. 
+The latter is a term that lives in the context of the placeholders.
+
+The concrete syntax is reported in table \ref{tab:pathsyn}
+\NOTE{uso nomi diversi \\dalla grammatica \\ ma che hanno + senso}
+\begin{table}
+ \caption{\label{tab:pathsyn} Concrete syntax of \MATITA{} patterns.\strut}
+\hrule
+\[
+\begin{array}{@{}rcll@{}}
+  \NT{pattern} & 
+    ::= & [~\verb+in match+~\NT{wanted}~]~[~\verb+in+~\NT{sequent\_path}~] & \\
+  \NT{sequent\_path} & 
+    ::= & \{~\NT{ident}~[~\verb+:+~\NT{multipath}~]~\}~
+      [~\verb+\vdash+~\NT{multipath}~] & \\
+  \NT{wanted} & ::= & \NT{term} & \\
+  \NT{multipath} & ::= & \NT{term\_with\_placeholders} & \\
+\end{array}
+\]
+\hrule
+\end{table}
+
+\subsubsection{How patterns work}
+Patterns mimic the user's selection in two steps. The first one
+selects roots (subterms) of the sequent, using the
+$\NT{sequent\_path}$,  while the second 
+one searches the $\NT{wanted}$ term starting from these roots. Both are
+optional steps, and by convention the empty pattern selects the whole
+goal.
+
+\begin{description}
+\item[Phase 1]
+  concerns only the $[~\verb+in+~\NT{sequent\_path}~]$
+  part of the syntax. $\NT{ident}$ is an hypothesis name and
+  selects the assumption where the following optional $\NT{multipath}$
+  will operate. \verb+\vdash+ can be considered the name for the goal.
+  If the whole pattern is omitted, the whole goal will be selected.
+  If one or more hypotheses names are given the selection is restricted to 
+  these assumptions. If a $\NT{multipath}$ is omitted the whole
+  assumption is selected. Remember that the user can be mostly
+  unaware of this syntax, since the system is able to write down a 
+  $\NT{sequent\_path}$ starting from a visual selection.
+  \NOTE{Questo ancora non va\\in matita}
+
+  A $\NT{multipath}$ is a CiC term in which a special constant $\%$
+  is allowed.
+  The roots of discharged subterms are marked with $?$, while $\%$
+  is used to select roots. The default $\NT{multipath}$, the one that
+  selects the whole term, is simply $\%$.
+  Valid $\NT{multipath}$ are, for example, $(?~\%~?)$ or $\%~\verb+\to+~(\%~?)$
+  that respectively select the first argument of an application or
+  the source of an arrow and the head of the application that is
+  found in the arrow target.
+
+  The first phase selects not only terms (roots of subterms) but also 
+  their context that will be eventually used in the second phase.
+
+\item[Phase 2] 
+  plays a role only if the $[~\verb+in match+~\NT{wanted}~]$
+  part is specified. From the first phase we have some terms, that we
+  will see as subterm roots, and their context. For each of these
+  contexts the $\NT{wanted}$ term is disambiguated in it and the
+  corresponding root is searched for a subterm $\alpha$-equivalent to
+  $\NT{wanted}$. The result of this search is the selection the
+  pattern represents.
+
+\end{description}
+
+\noindent
+Since the first step is equipotent to the composition of the two
+steps, the system uses it to represent each visual selection.
+The second step is only meant for the
+experienced user that writes patterns by hand, since it really
+helps in writing concise patterns as we will see in the
+following examples.
+
+\subsubsection{Examples}
+To explain how the first step works let's give an example. Consider
+you want to prove the uniqueness of the identity element $0$ for natural
+sum, and that you can relay on the previously demonstrated left
+injectivity of the sum, that is $inj\_plus\_l:\forall x,y,z.x+y=z+y \to x =z$.
+Typing
+\begin{grafite}
+theorem valid_name: \forall n,m. m + n = n \to m = O.
+  intros (n m H).
+\end{grafite}
+\noindent
+leads you to the following sequent 
+\sequent{
+n:nat\\
+m:nat\\
+H: m + n = n}{
+m=O
+}
+\noindent
+where you want to change the right part of the equivalence of the $H$
+hypothesis with $O + n$ and then use $inj\_plus\_l$ to prove $m=O$.
+\begin{grafite}
+  change in H:(? ? ? %) with (O + n).
+\end{grafite}
+\noindent
+This pattern, that is a simple instance of the $\NT{sequent\_path}$
+grammar entry, acts on $H$ that has type (without notation) 
+$(eq~nat~(m+n)~n)$ and discharges the head of the application and the
+first two arguments with a $?$ and selects the last argument with
+$\%$. The syntax may seem uncomfortable, but the user can simply
+select with the mouse the right part of the equivalence and left to the
+system the burden of writing down in the script file the corresponding 
+pattern with $?$ and $\%$ in the right place (expecially where implicit
+arguments are hidden by the notation, like the type $nat$ in this
+example).
+
+Changing all the occurrences of $n$ in the hypothesis $H$ with $O+n$ 
+works too and can be done, by the experienced user, writing directly
+a simpler pattern that uses the second phase.
+\begin{grafite}
+  change in match n in H with (O + n).
+\end{grafite}
+\noindent
+In this case the $\NT{sequent\_path}$ selects the whole $H$, while
+the second phase searches the wanted $n$ inside it by
+$\alpha$-equivalence. The resulting
+equivalence will be $m+(O+n)=O+n$ since the second phase found two
+occurrences of $n$ in $H$ and the tactic changed both.
+
+Just for completeness the second pattern is equivalent to the
+following one, that is less readable but uses only the first phase.
+\begin{grafite}
+  change in H:(? ? (? ? %) %) with (O + n).
+\end{grafite}
+\noindent
+
+\subsubsection{Tactics supporting patterns}
+In \MATITA{} the following tactics can be restricted to subterms of
+the working sequent: simplify, change, fold, unfold, generalize, replace and
+rewrite.
+\NOTE{attualmente rewrite e \\ fold non supportano \\ phase 2. per
+supportarlo\\bisogna far loro trasformare\\il pattern phase1+phase2\\
+in un pattern phase1only\\come faccio nell'ultimo esempio.\\lo si fa
+con una pattern\_of(select(pattern))}
+
+\subsubsection{Comparison with Coq}
+Coq has a two diffrent ways of restricting the application of tactis to
+subterms of the sequent, both relaying on the same special syntax to identify
+a term occurrence.
+
+The first way is to use this special syntax to specify directly to the
+tactic the occurrnces of a wanted term that should be affected, while
+the second is to prepare the sequent with another tactic called
+pattern and the apply the real tactic. Note that the choice is not
+left to the user, since some tactics needs the sequent to be prepared
+with pattern and do not accept directly this special syntax.
+
+The base idea is that to identify a subterm of the sequent we can
+write it and say that we want, for example, the third and the fifth
+occurce of it (counting from left to right). In our previous example,
+to change only the left part of the equivalence, the correct command
+is
+\begin{grafite}
+  change n at 2 in H with (O + H)
+\end{grafite} 
+\noindent
+meaning that in the hypothesis $H$ the $n$ we want to change is the
+second we encounter proceeding from left toright.
+
+The tactic pattern computes a
+$\beta$-expansion of a part of the sequent with respect to some
+occurrences of the given term. In the previous example the following
+command
+\begin{grafite}
+  pattern n at 2 in H
+\end{grafite}
+\noindent
+would have resulted in this sequent
+\begin{grafite}
+  n : nat
+  m : nat
+  H : (fun n0 : nat => m + n = n0) n
+  ============================
+   m = 0
+\end{grafite}
+\noindent
+where $H$ is $\beta$-expanded over the second $n$
+occurrence. This is a trick to make the unification algorithm ignore
+the head of the application (since the unification is essentially
+first-order) but normally operate on the arguments. 
+This works for some tactics, like rewrite and replace,
+but for example not for change and other tactics that do not relay on
+unification. 
+
+The idea behind this way of identifying subterms in not really far
+from the idea behind patterns patterns, but really fails in help using
+complex notation, since it relays on the way the user sees the
+sequent.  Notation can swap arguments, or place them upside-down or
+even put them inside a bidimensional matrix.  In these cases using the
+mouse to select the wanted term is probably the only way to tell the
+system exactly what you want to do. 
+
+One of the goals of \MATITA{} is to use modern publishing techiques, and
+adopting a method for restricting tactics application domain that discourages 
+using heavy math notation, would definitively be a bad choice.
 
 \subsection{tatticali}
 \ASSIGNEDTO{gares}