]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/commitdiff
restructuring
authorAndrea Asperti <andrea.asperti@unibo.it>
Thu, 7 Feb 2013 09:14:39 +0000 (09:14 +0000)
committerAndrea Asperti <andrea.asperti@unibo.it>
Thu, 7 Feb 2013 09:14:39 +0000 (09:14 +0000)
matita/matita/lib/turing/auxiliary_machines.ma [new file with mode: 0644]
matita/matita/lib/turing/auxiliary_multi_machines.ma [new file with mode: 0644]
matita/matita/lib/turing/basic_machines.ma
matita/matita/lib/turing/basic_multi_machines.ma [new file with mode: 0644]
matita/matita/lib/turing/inject.ma
matita/matita/lib/turing/mono.ma
matita/matita/lib/turing/simple_machines.ma [deleted file]

diff --git a/matita/matita/lib/turing/auxiliary_machines.ma b/matita/matita/lib/turing/auxiliary_machines.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..f7dc5c7
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,127 @@
+(*
+    ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic   
+    ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science 
+    ||T||  Department of the University of Bologna, Italy.           
+    ||I||                                                            
+    ||T||  
+    ||A||  
+    \   /  This file is distributed under the terms of the       
+     \ /   GNU General Public License Version 2   
+      V_____________________________________________________________*)
+
+include "turing/basic_machines.ma".
+include "turing/if_machine.ma".
+
+(* while {
+     if current != null 
+        then move_r
+        else nop
+     }
+ *)
+
+definition mte_step ≝ λalpha,D.
+ifTM ? (test_null alpha) (single_finalTM ? (move alpha D)) (nop ?) tc_true.
+definition R_mte_step_true ≝ λalpha,D,t1,t2.
+  ∃ls,c,rs.
+    t1 = midtape alpha ls c rs ∧ t2 = tape_move ? t1 D.
+
+definition R_mte_step_false ≝ λalpha.λt1,t2:tape alpha.
+  current ? t1 = None ? ∧ t1 = t2.
+
+definition mte_acc : ∀alpha,D.states ? (mte_step alpha D) ≝ 
+λalpha,D.(inr … (inl … (inr … start_nop))).
+  
+lemma sem_mte_step :
+  ∀alpha,D.mte_step alpha D ⊨ 
+   [ mte_acc … : R_mte_step_true alpha D, R_mte_step_false alpha ] .
+#alpha #D #ta
+@(acc_sem_if_app ??????????? (sem_test_null …) 
+  (sem_move_single …) (sem_nop alpha) ??)
+[ #tb #tc #td * #Hcurtb
+  lapply (refl ? (current ? tb)) cases (current ? tb) in ⊢ (???%→?);
+  [ #H @False_ind >H in Hcurtb; * /2/ ]
+  -Hcurtb #c #Hcurtb #Htb whd in ⊢ (%→?); #Htc whd
+  cases (current_to_midtape … Hcurtb) #ls * #rs #Hmidtb 
+  %{ls} %{c} %{rs} % //
+| #tb #tc #td * #Hcurtb #Htb whd in ⊢ (%→?); #Htc whd % // ]
+qed.
+
+definition move_to_end ≝ λsig,D.whileTM sig (mte_step sig D) (mte_acc …).
+
+definition R_move_to_end_r ≝ 
+  λsig,int,outt.
+  (current ? int = None ? → outt = int) ∧
+  ∀ls,c,rs.int = midtape sig ls c rs → outt = mk_tape ? (reverse ? rs@c::ls) (None ?) [ ].
+  
+lemma wsem_move_to_end_r : ∀sig. move_to_end sig R ⊫ R_move_to_end_r sig.
+#sig #ta #k #outc #Hloop
+lapply (sem_while … (sem_mte_step sig R) … Hloop) //
+-Hloop * #tb * #Hstar @(star_ind_l ??????? Hstar) -Hstar
+[ * #Hcurtb #Houtc % /2/ #ls #c #rs #Htb >Htb in Hcurtb; normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H)
+| #tc #td * #ls * #c * #rs * #Htc >Htc cases rs
+  [ normalize in ⊢ (%→?); #Htd >Htd #Hstar #IH whd in ⊢ (%→?); #Hfalse
+    lapply (IH Hfalse) -IH * #Htd1 #_ %
+    [ normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H)
+    | #ls0 #c0 #rs0 #H destruct (H) >Htd1 // ]
+  | #r0 #rs0 whd in ⊢ (???%→?); #Htd >Htd #Hstar #IH whd in ⊢ (%→?); #Hfalse
+    lapply (IH Hfalse) -IH * #_ #IH %
+    [ normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H)
+    | #ls1 #c1 #rs1 #H destruct (H) >reverse_cons >associative_append @IH % ] ] ]
+qed.
+
+lemma terminate_move_to_end_r :  ∀sig,t.move_to_end sig R ↓ t.
+#sig #t @(terminate_while … (sem_mte_step sig R …)) //
+cases t
+[ % #t1 * #ls * #c * #rs * #H destruct
+|2,3: #a0 #al0 % #t1 * #ls * #c * #rs * #H destruct
+| #ls #c #rs lapply c -c lapply ls -ls elim rs
+  [ #ls #c % #t1 * #ls0 * #c0 * #rs0 * #Hmid #Ht1 destruct %
+    #t2 * #ls1 * #c1 * #rs1 * normalize in ⊢ (%→?); #H destruct
+  | #r0 #rs0 #IH #ls #c % #t1 * #ls1 * #c1 * #rs1 * #Hmid #Ht1 destruct @IH
+  ]
+]
+qed.
+
+lemma sem_move_to_end_r : ∀sig. move_to_end sig R ⊨ R_move_to_end_r sig.
+#sig @WRealize_to_Realize //
+qed.
+
+definition R_move_to_end_l ≝ 
+  λsig,int,outt.
+  (current ? int = None ? → outt = int) ∧
+  ∀ls,c,rs.int = midtape sig ls c rs → outt = mk_tape ? [ ] (None ?) (reverse ? ls@c::rs).
+  
+lemma wsem_move_to_end_l : ∀sig. move_to_end sig L ⊫ R_move_to_end_l sig.
+#sig #ta #k #outc #Hloop
+lapply (sem_while … (sem_mte_step sig L) … Hloop) //
+-Hloop * #tb * #Hstar @(star_ind_l ??????? Hstar) -Hstar
+[ * #Hcurtb #Houtc % /2/ #ls #c #rs #Htb >Htb in Hcurtb; normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H)
+| #tc #td * #ls * #c * #rs * #Htc >Htc cases ls
+  [ normalize in ⊢ (%→?); #Htd >Htd #Hstar #IH whd in ⊢ (%→?); #Hfalse
+    lapply (IH Hfalse) -IH * #Htd1 #_ %
+    [ normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H)
+    | #ls0 #c0 #rs0 #H destruct (H) >Htd1 // ]
+  | #l0 #ls0 whd in ⊢ (???%→?); #Htd >Htd #Hstar #IH whd in ⊢ (%→?); #Hfalse
+    lapply (IH Hfalse) -IH * #_ #IH %
+    [ normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H)
+    | #ls1 #c1 #rs1 #H destruct (H) >reverse_cons >associative_append @IH % ] ] ]
+qed.
+
+lemma terminate_move_to_end_l :  ∀sig,t.move_to_end sig L ↓ t.
+#sig #t @(terminate_while … (sem_mte_step sig L …)) //
+cases t
+[ % #t1 * #ls * #c * #rs * #H destruct
+|2,3: #a0 #al0 % #t1 * #ls * #c * #rs * #H destruct
+| #ls elim ls
+  [ #c #rs % #t1 * #ls0 * #c0 * #rs0 * #Hmid #Ht1 destruct %
+    #t2 * #ls1 * #c1 * #rs1 * normalize in ⊢ (%→?); #H destruct
+  | #l0 #ls0 #IH #c #rs % #t1 * #ls1 * #c1 * #rs1 * #Hmid #Ht1 destruct @IH
+  ]
+]
+qed.
+
+lemma sem_move_to_end_l : ∀sig. move_to_end sig L ⊨ R_move_to_end_l sig.
+#sig @WRealize_to_Realize //
+qed.
+
diff --git a/matita/matita/lib/turing/auxiliary_multi_machines.ma b/matita/matita/lib/turing/auxiliary_multi_machines.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..faa547d
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,536 @@
+(*
+    ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic   
+    ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science 
+    ||T||  Department of the University of Bologna, Italy.           
+    ||I||                                                            
+    ||T||  
+    ||A||  
+    \   /  This file is distributed under the terms of the       
+     \ /   GNU General Public License Version 2   
+      V_____________________________________________________________*)
+
+include "turing/basic_machines.ma".
+include "turing/if_multi.ma".
+include "turing/while_multi.ma".
+include "turing/inject.ma".
+include "turing/basic_multi_machines.ma".
+
+(**************************** injected machines *******************************)
+
+definition Rtc_multi_true ≝ 
+  λalpha,test,n,i.λt1,t2:Vector ? (S n).
+   (∃c. current alpha (nth i ? t1 (niltape ?)) = Some ? c ∧ test c = true) ∧ t2 = t1.
+   
+definition Rtc_multi_false ≝ 
+  λalpha,test,n,i.λt1,t2:Vector ? (S n).
+    (∀c. current alpha (nth i ? t1 (niltape ?)) = Some ? c → test c = false) ∧ t2 = t1.
+
+lemma sem_test_char_multi :
+  ∀alpha,test,n,i.i ≤ n → 
+  inject_TM ? (test_char ? test) n i ⊨ 
+  [ tc_true : Rtc_multi_true alpha test n i, Rtc_multi_false alpha test n i ].
+#alpha #test #n #i #Hin #int
+cases (acc_sem_inject … Hin (sem_test_char alpha test) int)
+#k * #outc * * #Hloop #Htrue #Hfalse %{k} %{outc} % [ %
+[ @Hloop
+| #Hqtrue lapply (Htrue Hqtrue) * * * #c *
+  #Hcur #Htestc #Hnth_i #Hnth_j %
+  [ %{c} % //
+  | @(eq_vec … (niltape ?)) #i0 #Hi0
+    cases (decidable_eq_nat i0 i) #Hi0i
+    [ >Hi0i @Hnth_i
+    | @sym_eq @Hnth_j @sym_not_eq // ] ] ]
+| #Hqfalse lapply (Hfalse Hqfalse) * * #Htestc #Hnth_i #Hnth_j %
+  [ @Htestc
+  | @(eq_vec … (niltape ?)) #i0 #Hi0
+    cases (decidable_eq_nat i0 i) #Hi0i
+    [ >Hi0i @Hnth_i
+    | @sym_eq @Hnth_j @sym_not_eq // ] ] ]
+qed.
+
+definition Rm_test_null_true ≝ 
+  λalpha,n,i.λt1,t2:Vector ? (S n).
+   current alpha (nth i ? t1 (niltape ?)) ≠ None ? ∧ t2 = t1.
+   
+definition Rm_test_null_false ≝ 
+  λalpha,n,i.λt1,t2:Vector ? (S n).
+    current alpha (nth i ? t1 (niltape ?)) = None ? ∧ t2 = t1.
+
+lemma sem_test_null_multi : ∀alpha,n,i.i ≤ n → 
+  inject_TM ? (test_null ?) n i ⊨ 
+    [ tc_true : Rm_test_null_true alpha n i, Rm_test_null_false alpha n i ].
+#alpha #n #i #Hin #int
+cases (acc_sem_inject … Hin (sem_test_null alpha) int)
+#k * #outc * * #Hloop #Htrue #Hfalse %{k} %{outc} % [ %
+[ @Hloop
+| #Hqtrue lapply (Htrue Hqtrue) * * #Hcur #Hnth_i #Hnth_j % //
+  @(eq_vec … (niltape ?)) #i0 #Hi0 cases (decidable_eq_nat i0 i) #Hi0i
+  [ >Hi0i @sym_eq @Hnth_i | @sym_eq @Hnth_j @sym_not_eq // ] ] 
+| #Hqfalse lapply (Hfalse Hqfalse) * * #Hcur #Hnth_i #Hnth_j %
+  [ @Hcur
+  | @(eq_vec … (niltape ?)) #i0 #Hi0 cases (decidable_eq_nat i0 i) // 
+    #Hi0i @sym_eq @Hnth_j @sym_not_eq // ] ] 
+qed.
+
+(* move a single tape *)
+definition mmove ≝ λi,sig,n,D.inject_TM sig (move sig D) n i.
+
+definition Rm_multi ≝ 
+  λalpha,n,i,D.λt1,t2:Vector ? (S n).
+  t2 = change_vec ? (S n) t1 (tape_move alpha (nth i ? t1 (niltape ?)) D) i.
+
+lemma sem_move_multi :
+  ∀alpha,n,i,D.i ≤ n → 
+  mmove i alpha n D ⊨ Rm_multi alpha n i D.
+#alpha #n #i #D #Hin #ta cases (sem_inject … Hin (sem_move_single alpha D) ta)
+#k * #outc * #Hloop * whd in ⊢ (%→?); #Htb1 #Htb2 %{k} %{outc} % [ @Hloop ]
+whd @(eq_vec … (niltape ?)) #i0 #Hi0 cases (decidable_eq_nat i0 i) #Hi0i
+[ >Hi0i >Htb1 >nth_change_vec //
+| >nth_change_vec_neq [|@sym_not_eq //] <Htb2 // @sym_not_eq // ]
+qed.
+
+(********************** look_ahead test *************************)
+
+definition mtestR ≝ λsig,i,n,test.
+  (mmove i sig n R) · 
+    (ifTM ?? (inject_TM ? (test_char ? test) n i)
+    (single_finalTM ?? (mmove i sig n L))
+    (mmove i sig n L) tc_true).
+
+
+(* underspecified *)
+definition RmtestR_true ≝ λsig,i,n,test.λt1,t2:Vector ? n.
+  ∀ls,c,c1,rs.
+    nth i ? t1 (niltape ?) = midtape sig ls c (c1::rs) →
+    t1 = t2 ∧ (test c1 = true).
+
+definition RmtestR_false ≝ λsig,i,n,test.λt1,t2:Vector ? n.
+  ∀ls,c,c1,rs.
+    nth i ? t1 (niltape ?) = midtape sig ls c (c1::rs) →
+    t1 = t2 ∧ (test c1 = false).   
+    
+definition mtestR_acc: ∀sig,i,n,test.states ?? (mtestR sig i n test). 
+#sig #i #n #test @inr @inr @inl @inr @start_nop 
+qed.
+
+lemma sem_mtestR: ∀sig,i,n,test. i ≤ n →
+  mtestR sig i n test ⊨ 
+    [mtestR_acc sig i n test: 
+       RmtestR_true sig  i (S n) test, RmtestR_false sig i (S n) test].
+#sig #i #n #test #Hlein
+@(acc_sem_seq_app sig n … (sem_move_multi … R Hlein)
+   (acc_sem_if sig n ????????
+     (sem_test_char_multi sig test n i Hlein)
+     (sem_move_multi … L Hlein)
+     (sem_move_multi … L Hlein)))
+  [#t1 #t2 #t3 whd in ⊢ (%→?); #Hmove * #tx * whd in  ⊢ (%→?); * *
+   #cx #Hcx #Htx #Ht2 #ls #c #c1 #rs #Ht1
+   >Ht1 in Hmove; whd in match (tape_move ???); #Ht3 
+   >Ht3 in Hcx; >nth_change_vec [|@le_S_S //] * whd in ⊢ (??%?→?);
+   #Hsome destruct (Hsome) #Htest % [2:@Htest]
+   >Htx in Ht2; whd in ⊢ (%→?); #Ht2 @(eq_vec … (niltape ?))
+   #j #lejn cases (true_or_false (eqb i j)) #Hij
+    [lapply lejn <(eqb_true_to_eq … Hij) #lein >Ht2 >nth_change_vec [2://]
+     >Ht3 >nth_change_vec >Ht1 // 
+    |lapply (eqb_false_to_not_eq … Hij) #Hneq >Ht2 >nth_change_vec_neq [2://]
+     >Ht3 >nth_change_vec_neq //
+    ]
+  |#t1 #t2 #t3 whd in ⊢ (%→?); #Hmove * #tx * whd in  ⊢ (%→?); *
+   #Hcx #Heqtx #Htx #ls #c #c1 #rs #Ht1
+   >Ht1 in Hmove; whd in match (tape_move ???); #Ht3 
+   >Ht3 in Hcx; >nth_change_vec [2:@le_S_S //] #Hcx lapply (Hcx ? (refl ??)) 
+   #Htest % // @(eq_vec … (niltape ?))
+   #j #lejn cases (true_or_false (eqb i j)) #Hij
+    [lapply lejn <(eqb_true_to_eq … Hij) #lein >Htx >nth_change_vec [2://]
+     >Heqtx >Ht3 >nth_change_vec >Ht1 // 
+    |lapply (eqb_false_to_not_eq … Hij) #Hneq >Htx >nth_change_vec_neq [2://]
+     >Heqtx >Ht3 >nth_change_vec_neq //
+    ]
+  ]
+qed.
+(* advance in parallel along two tapes src and dst until we reach the end
+   of one tape *)
+
+definition parmove ≝ λsrc,dst,sig,n,D.
+  whileTM … (parmove_step src dst sig n D) parmove1.
+
+definition R_parmoveL ≝ 
+  λsrc,dst,sig,n.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
+  (∀x,xs,rs.
+    nth src ? int (niltape ?) = midtape sig xs x rs → 
+    ∀ls0,x0,target,rs0.|xs| = |target| → 
+    nth dst ? int (niltape ?) = midtape sig (target@ls0) x0 rs0 → 
+    outt = change_vec ?? 
+           (change_vec ?? int (mk_tape sig [] (None ?) (reverse ? xs@x::rs)) src)
+           (mk_tape sig (tail ? ls0) (option_hd ? ls0) (reverse ? target@x0::rs0)) dst) ∧
+  (∀x,xs,rs.
+    nth dst ? int (niltape ?) = midtape sig xs x rs → 
+    ∀ls0,x0,target,rs0.|xs| = |target| → 
+    nth src ? int (niltape ?) = midtape sig (target@ls0) x0 rs0 → 
+    outt = change_vec ?? 
+           (change_vec ?? int (mk_tape sig [] (None ?) (reverse ? xs@x::rs)) dst)
+           (mk_tape sig (tail ? ls0) (option_hd ? ls0) (reverse ? target@x0::rs0)) src) ∧
+  ((current ? (nth src ? int (niltape ?)) = None ? ∨
+    current ? (nth dst ? int (niltape ?)) = None ?) →
+    outt = int).
+  
+lemma wsem_parmoveL : ∀src,dst,sig,n.src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
+  parmove src dst sig n L ⊫ R_parmoveL src dst sig n.
+#src #dst #sig #n #Hneq #Hsrc #Hdst #ta #k #outc #Hloop
+lapply (sem_while … (sem_parmove_step src dst sig n L Hneq Hsrc Hdst) … Hloop) //
+-Hloop * #tb * #Hstar @(star_ind_l ??????? Hstar) -Hstar
+[ whd in ⊢ (%→?); * #H #Houtc % [2: #_ @Houtc ] cases H #Hcurtb
+  [ % 
+    [ #x #xs #rs #Hsrctb >Hsrctb in Hcurtb; normalize in ⊢ (%→?);
+      #Hfalse destruct (Hfalse)
+    | #x #xs #rs #Hdsttb #ls0 #x0 #target #rs0 #Hlen #Hsrctb >Hsrctb in Hcurtb;
+      normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H)
+    ]
+  | %
+    [ #x #xs #rs #Hsrctb #ls0 #x0 #target 
+      #rs0 #Hlen #Hdsttb >Hdsttb in Hcurtb; normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H)
+    | #x #xs #rs #Hdsttb >Hdsttb in Hcurtb; normalize in ⊢ (%→?);
+      #Hfalse destruct (Hfalse)
+    ]
+  ]  
+| #td #te * #c0 * #c1 * * #Hc0 #Hc1 #Hd #Hstar #IH #He 
+  lapply (IH He) -IH * * #IH1a #IH1b #IH2 % [ %
+  [ #x #xs #rs #Hsrc_td #ls0 #x0 #target
+    #rs0 #Hlen #Hdst_td
+    >Hsrc_td in Hc0; normalize in ⊢ (%→?); #Hc0 destruct (Hc0)
+    >Hdst_td in Hd; >Hsrc_td @(list_cases2 … Hlen)
+    [ #Hxsnil #Htargetnil >Hxsnil >Htargetnil #Hd >IH2 
+      [2: %1 >Hd >nth_change_vec_neq [|@(sym_not_eq … Hneq)]
+      >nth_change_vec //]  
+      >Hd -Hd @(eq_vec … (niltape ?))
+      #i #Hi cases (decidable_eq_nat i src) #Hisrc
+      [ >Hisrc >(nth_change_vec_neq … src dst) [|@(sym_not_eq … Hneq)]
+        >nth_change_vec //
+        >(nth_change_vec_neq … src dst) [|@(sym_not_eq … Hneq)]
+        >nth_change_vec //
+      | cases (decidable_eq_nat i dst) #Hidst
+        [ >Hidst >nth_change_vec // >nth_change_vec //
+          >Hdst_td in Hc1; >Htargetnil
+          normalize in ⊢ (%→?); #Hc1 destruct (Hc1) cases ls0 //
+        | >nth_change_vec_neq [|@(sym_not_eq … Hidst)]
+          >nth_change_vec_neq [|@(sym_not_eq … Hisrc)]
+          >nth_change_vec_neq [|@(sym_not_eq … Hidst)]
+          >nth_change_vec_neq [|@(sym_not_eq … Hisrc)] % 
+        ]
+      ]
+    | #hd1 #hd2 #tl1 #tl2 #Hxs #Htarget >Hxs >Htarget #Hd
+      >(IH1a hd1 tl1 (c0::rs) ? ls0 hd2 tl2 (x0::rs0))
+      [ >Hd >(change_vec_commute … ?? td ?? src dst) //
+        >change_vec_change_vec
+        >(change_vec_commute … ?? td ?? dst src) [|@sym_not_eq //]
+        >change_vec_change_vec
+        >reverse_cons >associative_append
+        >reverse_cons >associative_append % 
+      | >Hd >nth_change_vec //
+      | >Hxs in Hlen; >Htarget normalize #Hlen destruct (Hlen) //
+      | >Hd >nth_change_vec_neq [|@sym_not_eq //]
+        >nth_change_vec // ]
+    ]
+  | #x #xs #rs #Hdst_td #ls0 #x0 #target
+    #rs0 #Hlen #Hsrc_td
+    >Hdst_td in Hc0; normalize in ⊢ (%→?); #Hc0 destruct (Hc0)
+    >Hsrc_td in Hd; >Hdst_td @(list_cases2 … Hlen)
+    [ #Hxsnil #Htargetnil >Hxsnil >Htargetnil #Hd >IH2 
+      [2: %2 >Hd >nth_change_vec //]
+      >Hd -Hd @(eq_vec … (niltape ?))
+      #i #Hi cases (decidable_eq_nat i dst) #Hidst
+      [ >Hidst >(nth_change_vec_neq … dst src) //
+        >nth_change_vec // >nth_change_vec //
+      | cases (decidable_eq_nat i src) #Hisrc
+        [ >Hisrc >nth_change_vec // >(nth_change_vec_neq …) [|@sym_not_eq //]
+          >Hsrc_td in Hc1; >Htargetnil
+          normalize in ⊢ (%→?); #Hc1 destruct (Hc1) >nth_change_vec //
+          cases ls0 //
+        | >nth_change_vec_neq [|@(sym_not_eq … Hidst)]
+          >nth_change_vec_neq [|@(sym_not_eq … Hisrc)]
+          >nth_change_vec_neq [|@(sym_not_eq … Hisrc)]
+          >nth_change_vec_neq [|@(sym_not_eq … Hidst)] % 
+        ]
+      ]
+    | #hd1 #hd2 #tl1 #tl2 #Hxs #Htarget >Hxs >Htarget #Hd
+      >(IH1b hd1 tl1 (x::rs) ? ls0 hd2 tl2 (x0::rs0))
+      [ >Hd >(change_vec_commute … ?? td ?? dst src) [|@sym_not_eq //]
+        >change_vec_change_vec
+        >(change_vec_commute … ?? td ?? src dst) //
+        >change_vec_change_vec
+        >reverse_cons >associative_append
+        >reverse_cons >associative_append
+        >change_vec_commute [|@sym_not_eq //] %
+      | >Hd >nth_change_vec_neq [|@sym_not_eq //] >nth_change_vec //
+      | >Hxs in Hlen; >Htarget normalize #Hlen destruct (Hlen) //
+      | >Hd >nth_change_vec // ]
+    ]
+  ]
+| >Hc0 >Hc1 * [ #Hc0 destruct (Hc0) | #Hc1 destruct (Hc1) ]
+] ]
+qed.
+lemma terminate_parmoveL :  ∀src,dst,sig,n,t.
+  src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
+  parmove src dst sig n L ↓ t.
+#src #dst #sig #n #t #Hneq #Hsrc #Hdst
+@(terminate_while … (sem_parmove_step …)) //
+<(change_vec_same … t src (niltape ?))
+cases (nth src (tape sig) t (niltape ?))
+[ % #t1 * #x1 * #x2 * * >nth_change_vec // normalize in ⊢ (%→?); #Hx destruct 
+|2,3: #a0 #al0 % #t1 * #x1 * #x2 * * >nth_change_vec // normalize in ⊢ (%→?); #Hx destruct
+| #ls lapply t -t elim ls
+  [#t #c #rs % #t1 * #x1 * #x2 * * >nth_change_vec // normalize in ⊢ (%→?);
+   #H1 destruct (H1) #Hcurdst >change_vec_change_vec #Ht1 % 
+   #t2 * #y1 * #y2 * * >Ht1 >nth_change_vec_neq [|@sym_not_eq //]
+   >nth_change_vec // normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H)
+  |#l0 #ls0 #IH #t #c #rs % #t1 * #x1 * #x2 * * >nth_change_vec //
+   normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H) #Hcurdst
+   >change_vec_change_vec >change_vec_commute // #Ht1 >Ht1 @IH
+  ]
+]
+qed.
+
+lemma sem_parmoveL : ∀src,dst,sig,n.
+  src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
+  parmove src dst sig n L ⊨ R_parmoveL src dst sig n.
+#src #dst #sig #n #Hneq #Hsrc #Hdst @WRealize_to_Realize 
+[/2/ | @wsem_parmoveL //]
+qed.
+
+(* compare *)
+definition compare ≝ λi,j,sig,n.
+  whileTM … (compare_step i j sig n) comp1.
+
+(*    (∃rs'.rs = rs0@rs' ∧ current ? (nth j ? outt (niltape ?)) = None ?) ∨
+    (∃rs0'.rs0 = rs@rs0' ∧ 
+     outt = change_vec ?? 
+            (change_vec ?? int  
+              (mk_tape sig (reverse sig rs@x::ls) (None sig) []) i)
+            (mk_tape sig (reverse sig rs@x::ls0) (option_hd sig rs0')
+            (tail sig rs0')) j) ∨
+    (∃xs,ci,cj,rs',rs0'.ci ≠ cj ∧ rs = xs@ci::rs' ∧ rs0 = xs@cj::rs0' ∧
+     outt = change_vec ?? 
+            (change_vec ?? int (midtape sig (reverse ? xs@x::ls) ci rs') i)
+            (midtape sig (reverse ? xs@x::ls0) cj rs0') j)).*)
+definition R_compare ≝ 
+  λi,j,sig,n.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
+  ((current ? (nth i ? int (niltape ?)) ≠ current ? (nth j ? int (niltape ?)) ∨
+    current ? (nth i ? int (niltape ?)) = None ? ∨
+    current ? (nth j ? int (niltape ?)) = None ?) → outt = int) ∧
+  (∀ls,x,rs,ls0,rs0. 
+(*    nth i ? int (niltape ?) = midtape sig ls x (xs@ci::rs) → *)
+    nth i ? int (niltape ?) = midtape sig ls x rs →
+    nth j ? int (niltape ?) = midtape sig ls0 x rs0 →
+    (∃rs'.rs = rs0@rs' ∧ 
+     outt = change_vec ?? 
+            (change_vec ?? int  
+              (mk_tape sig (reverse sig rs0@x::ls) (option_hd sig rs') (tail ? rs')) i)
+            (mk_tape sig (reverse sig rs0@x::ls0) (None ?) [ ]) j) ∨
+    (∃rs0'.rs0 = rs@rs0' ∧ 
+     outt = change_vec ?? 
+            (change_vec ?? int  
+              (mk_tape sig (reverse sig rs@x::ls) (None sig) []) i)
+            (mk_tape sig (reverse sig rs@x::ls0) (option_hd sig rs0')
+            (tail sig rs0')) j) ∨
+    (∃xs,ci,cj,rs',rs0'.ci ≠ cj ∧ rs = xs@ci::rs' ∧ rs0 = xs@cj::rs0' ∧
+     outt = change_vec ?? 
+            (change_vec ?? int (midtape sig (reverse ? xs@x::ls) ci rs') i)
+            (midtape sig (reverse ? xs@x::ls0) cj rs0') j)).            
+          
+lemma wsem_compare : ∀i,j,sig,n.i ≠ j → i < S n → j < S n → 
+  compare i j sig n ⊫ R_compare i j sig n.
+#i #j #sig #n #Hneq #Hi #Hj #ta #k #outc #Hloop
+lapply (sem_while … (sem_comp_step i j sig n Hneq Hi Hj) … Hloop) //
+-Hloop * #tb * #Hstar @(star_ind_l ??????? Hstar) -Hstar
+[ whd in ⊢ (%→?); * * [ *
+ [ #Hcicj #Houtc % 
+   [ #_ @Houtc
+   | #ls #x #rs #ls0 #rs0 #Hnthi #Hnthj
+     >Hnthi in Hcicj; >Hnthj normalize in ⊢ (%→?); * #H @False_ind @H %
+   ]
+ | #Hci #Houtc %
+   [ #_ @Houtc
+   | #ls #x #rs #ls0 #rs0 #Hnthi >Hnthi in Hci;
+     normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H) ] ]
+ | #Hcj #Houtc %
+  [ #_ @Houtc
+  | #ls #x #rs #ls0 #rs0 #_ #Hnthj >Hnthj in Hcj;
+    normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H) ] ]
+| #td #te * #x * * #Hci #Hcj #Hd #Hstar #IH #He lapply (IH He) -IH *
+  #IH1 #IH2 %
+  [ >Hci >Hcj * [ * 
+    [ * #H @False_ind @H % | #H destruct (H)] | #H destruct (H)] 
+  | #ls #c0 #rs #ls0 #rs0 cases rs
+    [ -IH2 #Hnthi #Hnthj % %2 %{rs0} % [%]
+      >Hnthi in Hd; #Hd >Hd in IH1; #IH1 >IH1
+      [| % %2 >nth_change_vec_neq [|@sym_not_eq //] >nth_change_vec // % ]
+      >Hnthj cases rs0 [| #r1 #rs1 ] %
+    | #r1 #rs1 #Hnthi cases rs0
+      [ -IH2 #Hnthj % % %{(r1::rs1)} % [%]
+        >Hnthj in Hd; #Hd >Hd in IH1; #IH1 >IH1
+        [| %2 >nth_change_vec // ]
+        >Hnthi >Hnthj %
+      | #r2 #rs2 #Hnthj lapply IH2; >Hd in IH1; >Hnthi >Hnthj
+        >nth_change_vec //
+        >nth_change_vec_neq [| @sym_not_eq // ] >nth_change_vec //
+        cases (true_or_false (r1 == r2)) #Hr1r2
+        [ >(\P Hr1r2) #_ #IH2 cases (IH2 … (refl ??) (refl ??)) [ *
+          [ * #rs' * #Hrs1 #Hcurout_j % % %{rs'}
+            >Hrs1 % 
+            [ % 
+            | >Hcurout_j >change_vec_commute // >change_vec_change_vec
+              >change_vec_commute // @sym_not_eq // ]
+          | * #rs0' * #Hrs2 #Hcurout_i % %2 %{rs0'}
+            >Hrs2 >Hcurout_i % //
+            >change_vec_commute // >change_vec_change_vec
+            >change_vec_commute [|@sym_not_eq//] >change_vec_change_vec
+            >reverse_cons >associative_append >associative_append % ]
+          | * #xs * #ci * #cj * #rs' * #rs0' * * * #Hcicj #Hrs1 #Hrs2 
+            >change_vec_commute // >change_vec_change_vec 
+            >change_vec_commute [| @sym_not_eq ] // >change_vec_change_vec 
+            #Houtc %2 %{(r2::xs)} %{ci} %{cj} %{rs'} %{rs0'}
+            % [ % [ % [ // | >Hrs1 // ] | >Hrs2 // ] 
+              | >reverse_cons >associative_append >associative_append >Houtc % ] ]
+        | lapply (\Pf Hr1r2) -Hr1r2 #Hr1r2 #IH1 #_ %2
+          >IH1 [| % % normalize @(not_to_not … Hr1r2) #H destruct (H) % ]
+          %{[]} %{r1} %{r2} %{rs1} %{rs2} % [ % [ % /2/ | % ] | % ] ]]]]]
+qed.
+lemma terminate_compare :  ∀i,j,sig,n,t.
+  i ≠ j → i < S n → j < S n → 
+  compare i j sig n ↓ t.
+#i #j #sig #n #t #Hneq #Hi #Hj
+@(terminate_while … (sem_comp_step …)) //
+<(change_vec_same … t i (niltape ?))
+cases (nth i (tape sig) t (niltape ?))
+[ % #t1 * #x * * >nth_change_vec // normalize in ⊢ (%→?); #Hx destruct
+|2,3: #a0 #al0 % #t1 * #x * * >nth_change_vec // normalize in ⊢ (%→?); #Hx destruct
+| #ls #c #rs lapply c -c lapply ls -ls lapply t -t elim rs
+  [#t #ls #c % #t1 * #x * * >nth_change_vec // normalize in ⊢ (%→?);
+   #H1 destruct (H1) #_ >change_vec_change_vec #Ht1 % 
+   #t2 * #x0 * * >Ht1 >nth_change_vec_neq [|@sym_not_eq //]
+   >nth_change_vec // normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H)
+  |#r0 #rs0 #IH #t #ls #c % #t1 * #x * * >nth_change_vec //
+   normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H) #Hcur
+   >change_vec_change_vec >change_vec_commute // #Ht1 >Ht1 @IH
+  ]
+]
+qed.
+
+lemma sem_compare : ∀i,j,sig,n.
+  i ≠ j → i < S n → j < S n → 
+  compare i j sig n ⊨ R_compare i j sig n.
+#i #j #sig #n #Hneq #Hi #Hj @WRealize_to_Realize 
+  [/2/| @wsem_compare // ]
+qed.
+
+(* copy *)
+
+definition copy ≝ λsrc,dst,sig,n.
+  whileTM … (copy_step src dst sig n) copy1.
+
+definition R_copy ≝ 
+  λsrc,dst,sig,n.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
+  ((current ? (nth src ? int (niltape ?)) = None ? ∨
+    current ? (nth dst ? int (niltape ?)) = None ?) → outt = int) ∧
+  (∀ls,x,x0,rs,ls0,rs0. 
+    nth src ? int (niltape ?) = midtape sig ls x rs →
+    nth dst ? int (niltape ?) = midtape sig ls0 x0 rs0 →
+    (∃rs01,rs02.rs0 = rs01@rs02 ∧ |rs01| = |rs| ∧
+     outt = change_vec ?? 
+            (change_vec ?? int  
+              (mk_tape sig (reverse sig rs@x::ls) (None sig) []) src)
+            (mk_tape sig (reverse sig rs@x::ls0) (option_hd sig rs02)
+            (tail sig rs02)) dst) ∨
+    (∃rs1,rs2.rs = rs1@rs2 ∧ |rs1| = |rs0| ∧
+     outt = change_vec ?? 
+            (change_vec ?? int  
+              (mk_tape sig (reverse sig rs1@x::ls) (option_hd sig rs2)
+            (tail sig rs2)) src)
+            (mk_tape sig (reverse sig rs1@x::ls0) (None sig) []) dst)).
+
+lemma wsem_copy : ∀src,dst,sig,n.src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
+  copy src dst sig n ⊫ R_copy src dst sig n.
+#src #dst #sig #n #Hneq #Hsrc #Hdst #ta #k #outc #Hloop
+lapply (sem_while … (sem_copy_step src dst sig n Hneq Hsrc Hdst) … Hloop) //
+-Hloop * #tb * #Hstar @(star_ind_l ??????? Hstar) -Hstar
+[ whd in ⊢ (%→?); * #Hnone #Hout %
+  [#_ @Hout
+  |#ls #x #x0 #rs #ls0 #rs0 #Hsrc1 #Hdst1 @False_ind cases Hnone
+    [>Hsrc1 normalize #H destruct (H) | >Hdst1 normalize #H destruct (H)]
+  ]
+|#tc #td * #x * #y * * #Hcx #Hcy #Htd #Hstar #IH #He lapply (IH He) -IH *
+ #IH1 #IH2 %
+  [* [>Hcx #H destruct (H) | >Hcy #H destruct (H)]
+  |#ls #x' #y' #rs #ls0 #rs0 #Hnth_src #Hnth_dst
+   >Hnth_src in Hcx; whd in ⊢ (??%?→?); #H destruct (H)
+   >Hnth_dst in Hcy; whd in ⊢ (??%?→?); #H destruct (H)
+   >Hnth_src in Htd; >Hnth_dst -Hnth_src -Hnth_dst
+   cases rs
+    [(* the source tape is empty after the move *)
+     #Htd lapply (IH1 ?) 
+      [%1 >Htd >nth_change_vec_neq [2:@(not_to_not … Hneq) //] >nth_change_vec //]
+     #Hout (* whd in match (tape_move ???); *) %1 %{([])} %{rs0} % 
+      [% [// | // ] 
+      |whd in match (reverse ??); whd in match (reverse ??);
+       >Hout >Htd @eq_f2 // cases rs0 //
+      ]
+    |#c1 #tl1 cases rs0
+      [(* the dst tape is empty after the move *)
+       #Htd lapply (IH1 ?) [%2 >Htd >nth_change_vec //] 
+       #Hout (* whd in match (tape_move ???); *) %2 %{[ ]} %{(c1::tl1)} % 
+        [% [// | // ] 
+        |whd in match (reverse ??); whd in match (reverse ??);
+         >Hout >Htd @eq_f2 // 
+        ]
+      |#c2 #tl2 whd in match (tape_move_mono ???); whd in match (tape_move_mono ???);
+       #Htd
+       cut (nth src (tape sig) td (niltape sig)=midtape sig (x::ls) c1 tl1)
+         [>Htd >nth_change_vec_neq [2:@(not_to_not … Hneq) //] @nth_change_vec //]
+       #Hsrc_td
+       cut (nth dst (tape sig) td (niltape sig)=midtape sig (x::ls0) c2 tl2)
+         [>Htd @nth_change_vec //]
+       #Hdst_td cases (IH2 … Hsrc_td Hdst_td) -Hsrc_td -Hdst_td
+        [* #rs01 * #rs02 * * #H1 #H2 #H3 %1
+         %{(c2::rs01)} %{rs02} % [% [@eq_f //|normalize @eq_f @H2]]
+         >Htd in H3; >change_vec_commute // >change_vec_change_vec
+         >change_vec_commute [2:@(not_to_not … Hneq) //] >change_vec_change_vec 
+         #H >reverse_cons >associative_append >associative_append @H 
+        |* #rs11 * #rs12 * * #H1 #H2 #H3 %2
+         %{(c1::rs11)} %{rs12} % [% [@eq_f //|normalize @eq_f @H2]]
+         >Htd in H3; >change_vec_commute // >change_vec_change_vec
+         >change_vec_commute [2:@(not_to_not … Hneq) //] >change_vec_change_vec 
+         #H >reverse_cons >associative_append >associative_append @H 
+        ]
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.
+     
+lemma terminate_copy :  ∀src,dst,sig,n,t.
+  src ≠ dst → src < S n → dst < S n → copy src dst sig n ↓ t.
+#src #dst #sig #n #t #Hneq #Hsrc #Hdts
+@(terminate_while … (sem_copy_step …)) //
+<(change_vec_same … t src (niltape ?))
+cases (nth src (tape sig) t (niltape ?))
+[ % #t1 * #x * #y * * >nth_change_vec // normalize in ⊢ (%→?); #Hx destruct
+|2,3: #a0 #al0 % #t1 * #x * #y * * >nth_change_vec // normalize in ⊢ (%→?); #Hx destruct
+| #ls #c #rs lapply c -c lapply ls -ls lapply t -t elim rs
+  [#t #ls #c % #t1 * #x * #y * * >nth_change_vec // normalize in ⊢ (%→?);
+   #H1 destruct (H1) #_ >change_vec_change_vec #Ht1 % 
+   #t2 * #x0 * #y0 * * >Ht1 >nth_change_vec_neq [|@sym_not_eq //]
+   >nth_change_vec // normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H)
+  |#r0 #rs0 #IH #t #ls #c % #t1 * #x * #y * * >nth_change_vec //
+   normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H) #Hcur
+   >change_vec_change_vec >change_vec_commute // #Ht1 >Ht1 @IH
+  ]
+]
+qed.
+
+lemma sem_copy : ∀src,dst,sig,n.
+  src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
+  copy src dst sig n ⊨ R_copy src dst sig n.
+#i #j #sig #n #Hneq #Hi #Hj @WRealize_to_Realize [/2/| @wsem_copy // ]
+qed.
index 4f1977dd47ec3ea8b7a2d6afaac77acde3f87e35..f92afc7b9b30c3c1e07fa9e2ccf45c96d4f64eda 100644 (file)
@@ -106,6 +106,30 @@ lemma sem_move_l :
   #ls1 #c1 #rs1 #H destruct cases ls1 // ] ] ]
 qed.
 
+(* a slightly different move machine. *)
+definition smove_states ≝ initN 2.
+
+definition smove0 : smove_states ≝ mk_Sig ?? 0 (leb_true_to_le 1 2 (refl …)).
+definition smove1 : smove_states ≝ mk_Sig ?? 1 (leb_true_to_le 2 2 (refl …)).
+
+definition trans_smove ≝ 
+ λsig,D.
+ λp:smove_states × (option sig).
+ let 〈q,a〉 ≝ p in match (pi1 … q) with
+ [ O ⇒ 〈smove1,None sig, D〉
+ | S _ ⇒ 〈smove1,None sig, N〉 ].
+
+definition move ≝ 
+  λsig,D.mk_TM sig smove_states (trans_smove sig D) smove0 (λq.q == smove1).
+
+definition Rmove ≝ 
+  λalpha,D,t1,t2. t2 = tape_move alpha t1 D.
+
+lemma sem_move_single :
+  ∀alpha,D.move alpha D ⊨ Rmove alpha D.
+#alpha #D #int %{2} %{(mk_config ? smove_states smove1 ?)} [| % % ]
+qed.
+
 (********************************* test char **********************************)
 
 (* the test_char machine ends up in two different states q1 and q2 wether or not
diff --git a/matita/matita/lib/turing/basic_multi_machines.ma b/matita/matita/lib/turing/basic_multi_machines.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..c35151f
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,611 @@
+(*
+    ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic   
+    ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science 
+    ||T||  Department of the University of Bologna, Italy.           
+    ||I||                                                            
+    ||T||  
+    ||A||  
+    \   /  This file is distributed under the terms of the       
+     \ /   GNU General Public License Version 2   
+      V_____________________________________________________________*)
+
+include "turing/turing.ma".
+
+definition compare_states ≝ initN 3.
+
+definition comp0 : compare_states ≝ mk_Sig ?? 0 (leb_true_to_le 1 3 (refl …)).
+definition comp1 : compare_states ≝ mk_Sig ?? 1 (leb_true_to_le 2 3 (refl …)).
+definition comp2 : compare_states ≝ mk_Sig ?? 2 (leb_true_to_le 3 3 (refl …)).
+
+definition trans_compare_step ≝ 
+ λi,j.λsig:FinSet.λn.
+ λp:compare_states × (Vector (option sig) (S n)).
+ let 〈q,a〉 ≝ p in
+ match pi1 … q with
+ [ O ⇒ match nth i ? a (None ?) with
+   [ None ⇒ 〈comp2,null_action sig n〉
+   | Some ai ⇒ match nth j ? a (None ?) with 
+     [ None ⇒ 〈comp2,null_action ? n〉
+     | Some aj ⇒ if ai == aj 
+         then 〈comp1,change_vec ? (S n) 
+                      (change_vec ? (S n) (null_action ? n) (〈None ?,R〉) i)
+                        (〈None ?,R〉) j〉
+         else 〈comp2,null_action ? n〉 ]
+   ]
+ | S q ⇒ match q with 
+   [ O ⇒ (* 1 *) 〈comp1,null_action ? n〉
+   | S _ ⇒ (* 2 *) 〈comp2,null_action ? n〉 ] ].
+
+definition compare_step ≝ 
+  λi,j,sig,n.
+  mk_mTM sig n compare_states (trans_compare_step i j sig n) 
+    comp0 (λq.q == comp1 ∨ q == comp2).
+
+definition R_comp_step_true ≝ 
+  λi,j,sig,n.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
+  ∃x.
+   current ? (nth i ? int (niltape ?)) = Some ? x ∧
+   current ? (nth j ? int (niltape ?)) = Some ? x ∧
+   outt = change_vec ?? 
+            (change_vec ?? int
+              (tape_move_right ? (nth i ? int (niltape ?))) i)
+            (tape_move_right ? (nth j ? int (niltape ?))) j.
+
+definition R_comp_step_false ≝ 
+  λi,j:nat.λsig,n.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
+   (current ? (nth i ? int (niltape ?)) ≠ current ? (nth j ? int (niltape ?)) ∨
+    current ? (nth i ? int (niltape ?)) = None ? ∨
+    current ? (nth j ? int (niltape ?)) = None ?) ∧ outt = int.
+
+lemma comp_q0_q2_null :
+  ∀i,j,sig,n,v.i < S n → j < S n → 
+  (nth i ? (current_chars ?? v) (None ?) = None ? ∨
+   nth j ? (current_chars ?? v) (None ?) = None ?) → 
+  step sig n (compare_step i j sig n) (mk_mconfig ??? comp0 v) 
+  = mk_mconfig ??? comp2 v.
+#i #j #sig #n #v #Hi #Hj
+whd in ⊢ (? → ??%?); >(eq_pair_fst_snd … (trans ????)) whd in ⊢ (?→??%?);
+* #Hcurrent
+[ @eq_f2
+  [ whd in ⊢ (??(???%)?); >Hcurrent %
+  | whd in ⊢ (??(????(???%))?); >Hcurrent @tape_move_null_action ]
+| @eq_f2
+  [ whd in ⊢ (??(???%)?); >Hcurrent cases (nth i ?? (None sig)) //
+  | whd in ⊢ (??(????(???%))?); >Hcurrent
+    cases (nth i ?? (None sig)) [|#x] @tape_move_null_action ] ]
+qed.
+
+lemma comp_q0_q2_neq :
+  ∀i,j,sig,n,v.i < S n → j < S n → 
+  (nth i ? (current_chars ?? v) (None ?) ≠ nth j ? (current_chars ?? v) (None ?)) → 
+  step sig n (compare_step i j sig n) (mk_mconfig ??? comp0 v) 
+  = mk_mconfig ??? comp2 v.
+#i #j #sig #n #v #Hi #Hj lapply (refl ? (nth i ?(current_chars ?? v)(None ?)))
+cases (nth i ?? (None ?)) in ⊢ (???%→?);
+[ #Hnth #_ @comp_q0_q2_null // % //
+| #ai #Hai lapply (refl ? (nth j ?(current_chars ?? v)(None ?)))
+  cases (nth j ?? (None ?)) in ⊢ (???%→?);
+  [ #Hnth #_ @comp_q0_q2_null // %2 //
+  | #aj #Haj * #Hneq
+    whd in ⊢ (??%?); >(eq_pair_fst_snd … (trans ????)) whd in ⊢ (??%?); @eq_f2
+    [ whd in match (trans ????); >Hai >Haj
+      whd in ⊢ (??(???%)?); cut ((ai==aj)=false)
+      [>(\bf ?) /2 by not_to_not/ % #Haiaj @Hneq
+       >Hai >Haj //
+      | #Haiaj >Haiaj % ]
+    | whd in match (trans ????); >Hai >Haj
+      whd in ⊢ (??(????(???%))?); cut ((ai==aj)=false)
+      [>(\bf ?) /2 by not_to_not/ % #Haiaj @Hneq
+       >Hai >Haj //
+      |#Hcut >Hcut @tape_move_null_action
+      ]
+    ]
+  ]
+]
+qed.
+
+lemma comp_q0_q1 :
+  ∀i,j,sig,n,v,a.i ≠ j → i < S n → j < S n → 
+  nth i ? (current_chars ?? v) (None ?) = Some ? a →
+  nth j ? (current_chars ?? v) (None ?) = Some ? a → 
+  step sig n (compare_step i j sig n) (mk_mconfig ??? comp0 v) =
+    mk_mconfig ??? comp1 
+     (change_vec ? (S n) 
+       (change_vec ?? v
+         (tape_move_right ? (nth i ? v (niltape ?))) i)
+       (tape_move_right ? (nth j ? v (niltape ?))) j).
+#i #j #sig #n #v #a #Heq #Hi #Hj #Ha1 #Ha2
+whd in ⊢ (??%?); >(eq_pair_fst_snd … (trans ????)) whd in ⊢ (??%?); @eq_f2
+[ whd in match (trans ????);
+  >Ha1 >Ha2 whd in ⊢ (??(???%)?); >(\b ?) //
+| whd in match (trans ????);
+  >Ha1 >Ha2 whd in ⊢ (??(????(???%))?); >(\b ?) //
+  change with (change_vec ?????) in ⊢ (??(????%)?);
+  <(change_vec_same … v j (niltape ?)) in ⊢ (??%?);
+  <(change_vec_same … v i (niltape ?)) in ⊢ (??%?);
+  >tape_move_multi_def 
+  >pmap_change >pmap_change <tape_move_multi_def
+  >tape_move_null_action
+  @eq_f2 // >nth_change_vec_neq //
+]
+qed.
+
+lemma sem_comp_step :
+  ∀i,j,sig,n.i ≠ j → i < S n → j < S n → 
+  compare_step i j sig n ⊨ 
+    [ comp1: R_comp_step_true i j sig n, 
+             R_comp_step_false i j sig n ].
+#i #j #sig #n #Hneq #Hi #Hj #int
+lapply (refl ? (current ? (nth i ? int (niltape ?))))
+cases (current ? (nth i ? int (niltape ?))) in ⊢ (???%→?);
+[ #Hcuri %{2} %
+  [| % [ %
+    [ whd in ⊢ (??%?); >comp_q0_q2_null /2/ 
+    | normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H) ]
+  | #_ % // % %2 // ] ]
+| #a #Ha lapply (refl ? (current ? (nth j ? int (niltape ?))))
+  cases (current ? (nth j ? int (niltape ?))) in ⊢ (???%→?);
+  [ #Hcurj %{2} %
+    [| % [ %
+       [ whd in ⊢ (??%?); >comp_q0_q2_null /2/ %2
+       | normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H) ]
+       | #_ % // >Ha >Hcurj % % % #H destruct (H) ] ]
+  | #b #Hb %{2} cases (true_or_false (a == b)) #Hab
+    [ %
+      [| % [ % 
+        [whd in ⊢  (??%?);  >(comp_q0_q1 … a Hneq Hi Hj) //
+         >(\P Hab) <Hb @sym_eq @nth_vec_map
+        | #_ whd >(\P Hab) %{b} % // % // <(\P Hab) // ]
+        | * #H @False_ind @H %
+      ] ]
+    | %
+      [| % [ % 
+        [whd in ⊢  (??%?);  >comp_q0_q2_neq //
+         <(nth_vec_map ?? (current …) i ? int (niltape ?))
+         <(nth_vec_map ?? (current …) j ? int (niltape ?)) >Ha >Hb
+         @(not_to_not ??? (\Pf Hab)) #H destruct (H) %
+        | normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H) ]
+      | #_ % // % % >Ha >Hb @(not_to_not ??? (\Pf Hab)) #H destruct (H) % ] ]
+    ]
+  ]
+]
+qed.
+(* copy a character from src tape to dst tape without moving them *)
+
+definition copy_states ≝ initN 3.
+
+definition cc0 : copy_states ≝ mk_Sig ?? 0 (leb_true_to_le 1 3 (refl …)).
+definition cc1 : copy_states ≝ mk_Sig ?? 1 (leb_true_to_le 2 3 (refl …)).
+
+definition trans_copy_char_N ≝ 
+ λsrc,dst.λsig:FinSet.λn.
+ λp:copy_states × (Vector (option sig) (S n)).
+ let 〈q,a〉 ≝ p in
+ match pi1 … q with
+ [ O ⇒ 〈cc1,change_vec ? (S n) 
+           (change_vec ? (S n) (null_action ? n) (〈None ?,N〉) src)
+           (〈nth src ? a (None ?),N〉) dst〉
+ | S _ ⇒ 〈cc1,null_action ? n〉 ].
+
+definition copy_char_N ≝ 
+  λsrc,dst,sig,n.
+  mk_mTM sig n copy_states (trans_copy_char_N src dst sig n) 
+    cc0 (λq.q == cc1).
+
+definition R_copy_char_N ≝ 
+  λsrc,dst,sig,n.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
+  outt = change_vec ?? int
+          (tape_write  ? (nth dst ? int (niltape ?))
+            (current ? (nth src ? int (niltape ?)))) dst.
+
+lemma copy_char_N_q0_q1 :
+  ∀src,dst,sig,n,v.src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
+  step sig n (copy_char_N src dst sig n) (mk_mconfig ??? cc0 v) =
+    mk_mconfig ??? cc1 
+     (change_vec ?? v
+       (tape_write  ? (nth dst ? v (niltape ?))
+          (current ? (nth src ? v (niltape ?)))) dst).
+#src #dst #sig #n #v #Heq #Hsrc #Hdst
+whd in ⊢ (??%?); @eq_f
+<(change_vec_same … v dst (niltape ?)) in ⊢ (??%?);
+<(change_vec_same … v src (niltape ?)) in ⊢ (??%?);
+>tape_move_multi_def
+>pmap_change >pmap_change <tape_move_multi_def
+>tape_move_null_action @eq_f3 //
+[ >change_vec_same %
+| >change_vec_same >change_vec_same >nth_current_chars // ]
+qed.
+
+lemma sem_copy_char_N:
+  ∀src,dst,sig,n.src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
+  copy_char_N src dst sig n ⊨ R_copy_char_N src dst sig n.
+#src #dst #sig #n #Hneq #Hsrc #Hdst #int
+%{2} % [| % [ % | whd >copy_char_N_q0_q1 // ]]
+qed.
+
+(* copy a character from src tape to dst tape and advance both tape to
+   the right - useful for copying stings 
+
+definition copy_char_states ≝ initN 3.
+
+definition trans_copy_char ≝ 
+ λsrc,dst.λsig:FinSet.λn.
+ λp:copy_char_states × (Vector (option sig) (S n)).
+ let 〈q,a〉 ≝ p in
+ match pi1 … q with
+ [ O ⇒ 〈cc1,change_vec ? (S n) 
+           (change_vec ? (S n) (null_action ? n) (〈None ?,R〉) src)
+           (〈nth src ? a (None ?),R〉) dst〉
+ | S _ ⇒ 〈cc1,null_action ? n〉 ].
+
+definition copy_char ≝ 
+  λsrc,dst,sig,n.
+  mk_mTM sig n copy_char_states (trans_copy_char src dst sig n) 
+    cc0 (λq.q == cc1).
+
+definition R_copy_char ≝ 
+  λsrc,dst,sig,n.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
+  outt = change_vec ?? 
+         (change_vec ?? int
+          (tape_move_mono ? (nth src ? int (niltape ?)) 〈None ?, R〉) src)
+          (tape_move_mono ? (nth dst ? int (niltape ?)) 
+           〈current ? (nth src ? int (niltape ?)), R〉) dst.
+
+lemma copy_char_q0_q1 :
+  ∀src,dst,sig,n,v.src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
+  step sig n (copy_char src dst sig n) (mk_mconfig ??? cc0 v) =
+    mk_mconfig ??? cc1 
+     (change_vec ? (S n) 
+       (change_vec ?? v
+         (tape_move_mono ? (nth src ? v (niltape ?)) 〈None ?, R〉) src)
+            (tape_move_mono ? (nth dst ? v (niltape ?)) 〈current ? (nth src ? v (niltape ?)), R〉) dst).
+#src #dst #sig #n #v #Heq #Hsrc #Hdst
+whd in ⊢ (??%?);
+<(change_vec_same … v dst (niltape ?)) in ⊢ (??%?);
+<(change_vec_same … v src (niltape ?)) in ⊢ (??%?);
+>tape_move_multi_def @eq_f2 //
+>pmap_change >pmap_change <tape_move_multi_def
+>tape_move_null_action @eq_f2 // @eq_f2
+[ >change_vec_same %
+| >change_vec_same >change_vec_same // ]
+qed.
+
+lemma sem_copy_char:
+  ∀src,dst,sig,n.src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
+  copy_char src dst sig n ⊨ R_copy_char src dst sig n.
+#src #dst #sig #n #Hneq #Hsrc #Hdst #int
+%{2} % [| % [ % | whd >copy_char_q0_q1 // ]]
+qed.*)
+
+definition copy0 : copy_states ≝ mk_Sig ?? 0 (leb_true_to_le 1 3 (refl …)).
+definition copy1 : copy_states ≝ mk_Sig ?? 1 (leb_true_to_le 2 3 (refl …)).
+definition copy2 : copy_states ≝ mk_Sig ?? 2 (leb_true_to_le 3 3 (refl …)).
+
+definition trans_copy_step ≝ 
+ λsrc,dst.λsig:FinSet.λn.
+ λp:copy_states × (Vector (option sig) (S n)).
+ let 〈q,a〉 ≝ p in
+ match pi1 … q with
+ [ O ⇒ match nth src ? a (None ?) with
+   [ None ⇒ 〈copy2,null_action sig n〉
+   | Some ai ⇒ match nth dst ? a (None ?) with 
+     [ None ⇒ 〈copy2,null_action ? n〉
+     | Some aj ⇒ 
+         〈copy1,change_vec ? (S n) 
+           (change_vec ? (S n) (null_action ? n) (〈None ?,R〉) src)
+           (〈Some ? ai,R〉) dst〉
+     ]
+   ]
+ | S q ⇒ match q with 
+   [ O ⇒ (* 1 *) 〈copy1,null_action ? n〉
+   | S _ ⇒ (* 2 *) 〈copy2,null_action ? n〉 ] ].
+
+definition copy_step ≝ 
+  λsrc,dst,sig,n.
+  mk_mTM sig n copy_states (trans_copy_step src dst sig n) 
+    copy0 (λq.q == copy1 ∨ q == copy2).
+
+definition R_copy_step_true ≝ 
+  λsrc,dst,sig,n.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
+  ∃x,y.
+   current ? (nth src ? int (niltape ?)) = Some ? x ∧
+   current ? (nth dst ? int (niltape ?)) = Some ? y ∧
+   outt = change_vec ?? 
+            (change_vec ?? int
+              (tape_move_mono ? (nth src ? int (niltape ?)) 〈None ?, R〉) src)
+            (tape_move_mono ? (nth dst ? int (niltape ?)) 〈Some ? x, R〉) dst.
+
+definition R_copy_step_false ≝ 
+  λsrc,dst:nat.λsig,n.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
+    (current ? (nth src ? int (niltape ?)) = None ? ∨
+     current ? (nth dst ? int (niltape ?)) = None ?) ∧ outt = int.
+
+lemma copy_q0_q2_null :
+  ∀src,dst,sig,n,v.src < S n → dst < S n → 
+  (nth src ? (current_chars ?? v) (None ?) = None ? ∨
+   nth dst ? (current_chars ?? v) (None ?) = None ?) → 
+  step sig n (copy_step src dst sig n) (mk_mconfig ??? copy0 v) 
+  = mk_mconfig ??? copy2 v.
+#src #dst #sig #n #v #Hi #Hj
+whd in ⊢ (? → ??%?); >(eq_pair_fst_snd … (trans ????)) whd in ⊢ (?→??%?);
+* #Hcurrent
+[ @eq_f2
+  [ whd in ⊢ (??(???%)?); >Hcurrent %
+  | whd in ⊢ (??(????(???%))?); >Hcurrent @tape_move_null_action ]
+| @eq_f2
+  [ whd in ⊢ (??(???%)?); >Hcurrent cases (nth src ?? (None sig)) //
+  | whd in ⊢ (??(????(???%))?); >Hcurrent
+    cases (nth src ?? (None sig)) [|#x] @tape_move_null_action ] ]
+qed.
+
+lemma copy_q0_q1 :
+  ∀src,dst,sig,n,v,a,b.src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
+  nth src ? (current_chars ?? v) (None ?) = Some ? a →
+  nth dst ? (current_chars ?? v) (None ?) = Some ? b → 
+  step sig n (copy_step src dst sig n) (mk_mconfig ??? copy0 v) =
+    mk_mconfig ??? copy1 
+     (change_vec ? (S n) 
+       (change_vec ?? v
+         (tape_move_mono ? (nth src ? v (niltape ?)) 〈None ?, R〉) src)
+            (tape_move_mono ? (nth dst ? v (niltape ?)) 〈Some ? a, R〉) dst).
+#src #dst #sig #n #v #a #b #Heq #Hsrc #Hdst #Ha1 #Ha2
+whd in ⊢ (??%?); >(eq_pair_fst_snd … (trans ????)) whd in ⊢ (??%?); @eq_f2
+[ whd in match (trans ????);
+  >Ha1 >Ha2 whd in ⊢ (??(???%)?); >(\b ?) //
+| whd in match (trans ????);
+  >Ha1 >Ha2 whd in ⊢ (??(????(???%))?); >(\b ?) //
+  change with (change_vec ?????) in ⊢ (??(????%)?);
+  <(change_vec_same … v dst (niltape ?)) in ⊢ (??%?);
+  <(change_vec_same … v src (niltape ?)) in ⊢ (??%?);
+  >tape_move_multi_def 
+  >pmap_change >pmap_change <tape_move_multi_def
+  >tape_move_null_action
+  @eq_f2 // >nth_change_vec_neq //
+]
+qed.
+
+lemma sem_copy_step :
+  ∀src,dst,sig,n.src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
+  copy_step src dst sig n ⊨ 
+    [ copy1: R_copy_step_true src dst sig n, 
+            R_copy_step_false src dst sig n ].
+#src #dst #sig #n #Hneq #Hsrc #Hdst #int
+lapply (refl ? (current ? (nth src ? int (niltape ?))))
+cases (current ? (nth src ? int (niltape ?))) in ⊢ (???%→?);
+[ #Hcur_src %{2} %
+  [| % [ %
+    [ whd in ⊢ (??%?); >copy_q0_q2_null /2/ 
+    | normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H) ]
+  | #_ % // % // ] ]
+| #a #Ha lapply (refl ? (current ? (nth dst ? int (niltape ?))))
+  cases (current ? (nth dst ? int (niltape ?))) in ⊢ (???%→?);
+  [ #Hcur_dst %{2} %
+    [| % [ %
+       [ whd in ⊢ (??%?); >copy_q0_q2_null /2/ 
+       | normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H) ]
+       | #_ % // %2 >Hcur_dst % ] ]
+  | #b #Hb %{2} %
+    [| % [ % 
+      [whd in ⊢  (??%?);  >(copy_q0_q1 … a b Hneq Hsrc Hdst) //
+      | #_ %{a} %{b} % // % //]
+      | * #H @False_ind @H %
+      ]
+    ]
+  ]
+]
+qed.
+
+
+(* advance in parallel on tapes src and dst; stops if one of the
+   two tapes is in oveflow *)
+
+definition parmove_states ≝ initN 3.
+
+definition parmove0 : parmove_states ≝ mk_Sig ?? 0 (leb_true_to_le 1 3 (refl …)).
+definition parmove1 : parmove_states ≝ mk_Sig ?? 1 (leb_true_to_le 2 3 (refl …)).
+definition parmove2 : parmove_states ≝ mk_Sig ?? 2 (leb_true_to_le 3 3 (refl …)).
+
+(*
+   src: a b c ... z ---→ a b c ... z 
+        ^                            ^
+   dst: _ _ _ ... _ ---→ a b c ... z 
+        ^                            ^
+
+   0) (x,_) → (x,_)(R,R) → 1
+      (None,_) → None 2
+   1) (_,_) → None 1
+   2) (_,_) → None 2
+*)
+
+definition trans_parmove_step ≝ 
+ λsrc,dst,sig,n,D.
+ λp:parmove_states × (Vector (option sig) (S n)).
+ let 〈q,a〉 ≝ p in
+ match pi1 … q with
+ [ O ⇒ match nth src ? a (None ?) with
+   [ None ⇒ 〈parmove2,null_action sig n〉
+   | Some a0 ⇒ match nth dst ? a (None ?) with
+     [ None ⇒ 〈parmove2,null_action ? n〉
+     | Some a1 ⇒ 〈parmove1,change_vec ? (S n)
+                          (change_vec ?(S n)
+                           (null_action ? n) (〈None ?,D〉) src)
+                          (〈None ?,D〉) dst〉 ] ]
+ | S q ⇒ match q with 
+   [ O ⇒ (* 1 *) 〈parmove1,null_action ? n〉
+   | S _ ⇒ (* 2 *) 〈parmove2,null_action ? n〉 ] ].
+
+definition parmove_step ≝ 
+  λsrc,dst,sig,n,D.
+  mk_mTM sig n parmove_states (trans_parmove_step src dst sig n D) 
+    parmove0 (λq.q == parmove1 ∨ q == parmove2).
+
+definition R_parmove_step_true ≝ 
+  λsrc,dst,sig,n,D.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
+  ∃x1,x2.
+   current ? (nth src ? int (niltape ?)) = Some ? x1 ∧
+   current ? (nth dst ? int (niltape ?)) = Some ? x2 ∧
+   outt = change_vec ?? 
+            (change_vec ?? int
+              (tape_move ? (nth src ? int (niltape ?)) D) src)
+            (tape_move ? (nth dst ? int (niltape ?)) D) dst.
+
+definition R_parmove_step_false ≝ 
+  λsrc,dst:nat.λsig,n.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
+  (current ? (nth src ? int (niltape ?)) = None ?  ∨
+   current ? (nth dst ? int (niltape ?)) = None ?) ∧
+   outt = int.
+
+lemma parmove_q0_q2_null_src :
+  ∀src,dst,sig,n,D,v.src < S n → dst < S n → 
+  nth src ? (current_chars ?? v) (None ?) = None ? → 
+  step sig n (parmove_step src dst sig n D)
+    (mk_mconfig ??? parmove0 v) =
+    mk_mconfig ??? parmove2 v.
+#src #dst #sig #n #D #v #Hsrc #Hdst #Hcurrent
+whd in ⊢ (??%?); >(eq_pair_fst_snd … (trans ????)) whd in ⊢ (??%?);
+@eq_f2
+[ whd in ⊢ (??(???%)?); >Hcurrent %
+| whd in ⊢ (??(????(???%))?); >Hcurrent @tape_move_null_action ]
+qed.
+
+lemma parmove_q0_q2_null_dst :
+  ∀src,dst,sig,n,D,v,s.src < S n → dst < S n → 
+  nth src ? (current_chars ?? v) (None ?) = Some ? s → 
+  nth dst ? (current_chars ?? v) (None ?) = None ? → 
+  step sig n (parmove_step src dst sig n D)
+    (mk_mconfig ??? parmove0 v) =
+    mk_mconfig ??? parmove2 v.
+#src #dst #sig #n #D #v #s #Hsrc #Hdst #Hcursrc #Hcurdst
+whd in ⊢ (??%?); >(eq_pair_fst_snd … (trans ????)) whd in ⊢ (??%?);
+@eq_f2
+[ whd in ⊢ (??(???%)?); >Hcursrc whd in ⊢ (??(???%)?); >Hcurdst %
+| whd in ⊢ (??(????(???%))?); >Hcursrc
+  whd in ⊢ (??(????(???%))?); >Hcurdst @tape_move_null_action ]
+qed.
+
+lemma parmove_q0_q1 :
+  ∀src,dst,sig,n,D,v.src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
+  ∀a1,a2.
+  nth src ? (current_chars ?? v) (None ?) = Some ? a1 →
+  nth dst ? (current_chars ?? v) (None ?) = Some ? a2 → 
+  step sig n (parmove_step src dst sig n D)
+    (mk_mconfig ??? parmove0 v) =
+    mk_mconfig ??? parmove1 
+     (change_vec ? (S n) 
+       (change_vec ?? v
+         (tape_move ? (nth src ? v (niltape ?)) D) src)
+       (tape_move ? (nth dst ? v (niltape ?)) D) dst).
+#src #dst #sig #n #D #v #Hneq #Hsrc #Hdst
+#a1 #a2 #Hcursrc #Hcurdst
+whd in ⊢ (??%?); >(eq_pair_fst_snd … (trans ????)) whd in ⊢ (??%?); @eq_f2
+[ whd in match (trans ????);
+  >Hcursrc >Hcurdst %
+| whd in match (trans ????);
+  >Hcursrc >Hcurdst whd in ⊢ (??(????(???%))?); 
+  >tape_move_multi_def <(change_vec_same ?? v dst (niltape ?)) in ⊢ (??%?);
+  >pmap_change <(change_vec_same ?? v src (niltape ?)) in ⊢(??%?);
+  >pmap_change <tape_move_multi_def >tape_move_null_action
+  @eq_f2 // >nth_change_vec_neq //
+]
+qed.
+
+lemma sem_parmove_step :
+  ∀src,dst,sig,n,D.src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
+  parmove_step src dst sig n D ⊨ 
+    [ parmove1: R_parmove_step_true src dst sig n D, 
+             R_parmove_step_false src dst sig n ].
+#src #dst #sig #n #D #Hneq #Hsrc #Hdst #int
+lapply (refl ? (current ? (nth src ? int (niltape ?))))
+cases (current ? (nth src ? int (niltape ?))) in ⊢ (???%→?);
+[ #Hcursrc %{2} %
+  [| % [ %
+    [ whd in ⊢ (??%?); >parmove_q0_q2_null_src /2/
+    | normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H) ]
+    | #_ % // % // ] ]
+| #a #Ha lapply (refl ? (current ? (nth dst ? int (niltape ?))))
+  cases (current ? (nth dst ? int (niltape ?))) in ⊢ (???%→?);
+  [ #Hcurdst %{2} %
+    [| % [ %
+      [ whd in ⊢ (??%?); >(parmove_q0_q2_null_dst …) /2/ 
+      | normalize in ⊢ (%→?); #H destruct (H) ]
+      | #_ % // %2 // ] ]
+  | #b #Hb %{2} %
+    [| % [ % 
+      [whd in ⊢  (??%?); >(parmove_q0_q1 … Hneq Hsrc Hdst ? b ??)
+        [2: <(nth_vec_map ?? (current …) dst ? int (niltape ?)) //
+        |3: <(nth_vec_map ?? (current …) src ? int (niltape ?)) //
+        | // ]
+      | #_ %{a} %{b} % // % // ]
+      | * #H @False_ind @H % ]
+]]]
+qed.
+
+(* perform a symultaneous test on all tapes; ends up in state partest1 if
+   the test is succesfull and partest2 otherwise *)
+
+definition partest_states ≝ initN 3.
+
+definition partest0 : partest_states ≝ mk_Sig ?? 0 (leb_true_to_le 1 3 (refl …)).
+definition partest1 : partest_states ≝ mk_Sig ?? 1 (leb_true_to_le 2 3 (refl …)).
+definition partest2 : partest_states ≝ mk_Sig ?? 2 (leb_true_to_le 3 3 (refl …)).
+
+definition trans_partest ≝ 
+ λsig,n,test.
+ λp:partest_states × (Vector (option sig) (S n)).
+ let 〈q,a〉 ≝ p in
+ if test a then 〈partest1,null_action sig n〉 
+ else 〈partest2,null_action ? n〉.
+
+definition partest ≝ 
+  λsig,n,test.
+  mk_mTM sig n partest_states (trans_partest sig n test) 
+    partest0 (λq.q == partest1 ∨ q == partest2).
+
+definition R_partest_true ≝ 
+  λsig,n,test.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
+  test (current_chars ?? int) = true ∧ outt = int.
+  
+definition R_partest_false ≝ 
+  λsig,n,test.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
+  test (current_chars ?? int) = false ∧ outt = int.
+
+lemma partest_q0_q1:
+  ∀sig,n,test,v.
+  test (current_chars ?? v) = true → 
+  step sig n (partest sig n test)(mk_mconfig ??? partest0 v) 
+    = mk_mconfig ??? partest1 v.
+#sig #n #test #v #Htest
+whd in ⊢ (??%?); >(eq_pair_fst_snd … (trans ????)) whd in ⊢ (??%?);
+@eq_f2
+[ whd in ⊢ (??(???%)?); >Htest %
+| whd in ⊢ (??(????(???%))?); >Htest @tape_move_null_action ]
+qed.
+
+lemma partest_q0_q2:
+  ∀sig,n,test,v.
+  test (current_chars ?? v) = false → 
+  step sig n (partest sig n test)(mk_mconfig ??? partest0 v) 
+    = mk_mconfig ??? partest2 v.
+#sig #n #test #v #Htest
+whd in ⊢ (??%?); >(eq_pair_fst_snd … (trans ????)) whd in ⊢ (??%?);
+@eq_f2
+[ whd in ⊢ (??(???%)?); >Htest %
+| whd in ⊢ (??(????(???%))?); >Htest @tape_move_null_action ]
+qed.
+
+lemma sem_partest:
+  ∀sig,n,test.
+  partest sig n test ⊨ 
+    [ partest1: R_partest_true sig n test, R_partest_false sig n test ].
+#sig #n #test #int
+cases (true_or_false (test (current_chars ?? int))) #Htest
+[ %{2} %{(mk_mconfig ? partest_states n partest1 int)} %
+  [ % [ whd in ⊢ (??%?); >partest_q0_q1 /2/ | #_ % // ] 
+  | * #H @False_ind @H %
+  ]
+| %{2} %{(mk_mconfig ? partest_states n partest2 int)} %
+  [ % [ whd in ⊢ (??%?); >partest_q0_q2 /2/ 
+      | whd in ⊢ (??%%→?); #H destruct (H)]
+  | #_ % //]
+]
+qed.
\ No newline at end of file
index ecb854b4a13a3900acefdacfe1366c5ce4b6763d..6290a2919afefd2bf315badfc47bec0a6afbf9fb 100644 (file)
       V_____________________________________________________________*)
 
 include "turing/turing.ma".
+(* include "turing/basic_machines.ma". *)
 
 (******************* inject a mono machine into a multi tape one **********************)
+
 definition inject_trans ≝ λsig,states:FinSet.λn,i:nat.
   λtrans:states × (option sig) → states  × (option sig × move).
   λp:states × (Vector (option sig) (S n)).
@@ -110,35 +112,11 @@ lemma loop_inject: ∀sig,n,M,i,k,ins,int,outs,outt,vt.i < S n →
   ]
 qed.
 
-(*
-lemma cstate_inject: ∀sig,n,M,i,x. *)
-
 definition inject_R ≝ λsig.λR:relation (tape sig).λn,i:nat.
   λv1,v2: (Vector (tape sig) (S n)).
   R (nth i ? v1 (niltape ?)) (nth i ? v2 (niltape ?)) ∧
   ∀j. i ≠ j → nth j ? v1 (niltape ?) = nth j ? v2 (niltape ?). 
 
-(*
-lemma nth_make : ∀A,i,n,j,a,d. i < n → nth i ? (make_veci A a n j) d = a (j+i).
-#A #i elim i
-  [#n #j #a #d #ltOn @(lt_O_n_elim … ltOn) <plus_n_O //
-  |#m #Hind #n #j #a #d #Hlt lapply Hlt @(lt_O_n_elim … (ltn_to_ltO … Hlt)) 
-   #p <plus_n_Sm #ltmp @Hind @le_S_S_to_le //  
-  ]
-qed. *)
-
-(*
-lemma mk_config_eq_s: ∀S,sig,s1,s2,t1,t2. 
-  mk_config S sig s1 t1 = mk_config S sig s2 t2 → s1=s2.
-#S #sig #s1 #s2 #t1 #t2 #H destruct //
-qed.
-
-lemma mk_config_eq_t: ∀S,sig,s1,s2,t1,t2. 
-  mk_config S sig s1 t1 = mk_config S sig s2 t2 → s1=s2.
-#S #sig #s1 #s2 #t1 #t2 #H destruct //
-qed.
-*)
-
 theorem sem_inject: ∀sig.∀M:TM sig.∀R.∀n,i.
  i≤n → M ⊨ R → inject_TM sig M n i ⊨ inject_R sig R n i. 
 #sig #M #R #n #i #lein #HR #vt cases (HR (nth i ? vt (niltape ?)))
index 1508c6c9eaf8a28580463d023c6155c53ab84e37..748f08612442cc6e8aa5a240b2037f14e20e51c7 100644 (file)
@@ -47,6 +47,21 @@ definition mk_tape :
       | cons r0 rs0 ⇒ leftof ? r0 rs0 ]
     | cons l0 ls0 ⇒ rightof ? l0 ls0 ] ].
 
+lemma right_mk_tape : 
+  ∀sig,ls,c,rs.(c = None ? → ls = [ ] ∨ rs = [ ]) → right ? (mk_tape sig ls c rs) = rs.
+#sig #ls #c #rs cases c // cases ls 
+[ cases rs // 
+| #l0 #ls0 #H normalize cases (H (refl ??)) #H1 [ destruct (H1) | >H1 % ] ]
+qed-.
+
+lemma left_mk_tape : ∀sig,ls,c,rs.left ? (mk_tape sig ls c rs) = ls.
+#sig #ls #c #rs cases c // cases ls // cases rs //
+qed.
+
+lemma current_mk_tape : ∀sig,ls,c,rs.current ? (mk_tape sig ls c rs) = c.
+#sig #ls #c #rs cases c // cases ls // cases rs //
+qed.
+
 lemma current_to_midtape: ∀sig,t,c. current sig t = Some ? c →
   ∃ls,rs. t = midtape ? ls c rs.
 #sig *
diff --git a/matita/matita/lib/turing/simple_machines.ma b/matita/matita/lib/turing/simple_machines.ma
deleted file mode 100644 (file)
index bc15ee1..0000000
+++ /dev/null
@@ -1,218 +0,0 @@
-(*
-    ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic   
-    ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science 
-    ||T||  Department of the University of Bologna, Italy.           
-    ||I||                                                            
-    ||T||  
-    ||A||  
-    \   /  This file is distributed under the terms of the       
-     \ /   GNU General Public License Version 2   
-      V_____________________________________________________________*)
-
-include "turing/if_multi.ma".
-include "turing/inject.ma".
-include "turing/basic_machines.ma".
-
-definition Rtc_multi_true ≝ 
-  λalpha,test,n,i.λt1,t2:Vector ? (S n).
-   (∃c. current alpha (nth i ? t1 (niltape ?)) = Some ? c ∧ test c = true) ∧ t2 = t1.
-   
-definition Rtc_multi_false ≝ 
-  λalpha,test,n,i.λt1,t2:Vector ? (S n).
-    (∀c. current alpha (nth i ? t1 (niltape ?)) = Some ? c → test c = false) ∧ t2 = t1.
-
-lemma sem_test_char_multi :
-  ∀alpha,test,n,i.i ≤ n → 
-  inject_TM ? (test_char ? test) n i ⊨ 
-  [ tc_true : Rtc_multi_true alpha test n i, Rtc_multi_false alpha test n i ].
-#alpha #test #n #i #Hin #int
-cases (acc_sem_inject … Hin (sem_test_char alpha test) int)
-#k * #outc * * #Hloop #Htrue #Hfalse %{k} %{outc} % [ %
-[ @Hloop
-| #Hqtrue lapply (Htrue Hqtrue) * * * #c *
-  #Hcur #Htestc #Hnth_i #Hnth_j %
-  [ %{c} % //
-  | @(eq_vec … (niltape ?)) #i0 #Hi0
-    cases (decidable_eq_nat i0 i) #Hi0i
-    [ >Hi0i @Hnth_i
-    | @sym_eq @Hnth_j @sym_not_eq // ] ] ]
-| #Hqfalse lapply (Hfalse Hqfalse) * * #Htestc #Hnth_i #Hnth_j %
-  [ @Htestc
-  | @(eq_vec … (niltape ?)) #i0 #Hi0
-    cases (decidable_eq_nat i0 i) #Hi0i
-    [ >Hi0i @Hnth_i
-    | @sym_eq @Hnth_j @sym_not_eq // ] ] ]
-qed.
-
-definition Rm_test_null_true ≝ 
-  λalpha,n,i.λt1,t2:Vector ? (S n).
-   current alpha (nth i ? t1 (niltape ?)) ≠ None ? ∧ t2 = t1.
-   
-definition Rm_test_null_false ≝ 
-  λalpha,n,i.λt1,t2:Vector ? (S n).
-    current alpha (nth i ? t1 (niltape ?)) = None ? ∧ t2 = t1.
-
-lemma sem_test_null_multi : ∀alpha,n,i.i ≤ n → 
-  inject_TM ? (test_null ?) n i ⊨ 
-    [ tc_true : Rm_test_null_true alpha n i, Rm_test_null_false alpha n i ].
-#alpha #n #i #Hin #int
-cases (acc_sem_inject … Hin (sem_test_null alpha) int)
-#k * #outc * * #Hloop #Htrue #Hfalse %{k} %{outc} % [ %
-[ @Hloop
-| #Hqtrue lapply (Htrue Hqtrue) * * #Hcur #Hnth_i #Hnth_j % //
-  @(eq_vec … (niltape ?)) #i0 #Hi0 cases (decidable_eq_nat i0 i) #Hi0i
-  [ >Hi0i @sym_eq @Hnth_i | @sym_eq @Hnth_j @sym_not_eq // ] ] 
-| #Hqfalse lapply (Hfalse Hqfalse) * * #Hcur #Hnth_i #Hnth_j %
-  [ @Hcur
-  | @(eq_vec … (niltape ?)) #i0 #Hi0 cases (decidable_eq_nat i0 i) // 
-    #Hi0i @sym_eq @Hnth_j @sym_not_eq // ] ] 
-qed.
-
-(* move a single tape *)
-definition smove_states ≝ initN 2.
-
-definition smove0 : smove_states ≝ mk_Sig ?? 0 (leb_true_to_le 1 2 (refl …)).
-definition smove1 : smove_states ≝ mk_Sig ?? 1 (leb_true_to_le 2 2 (refl …)).
-
-definition trans_smove ≝ 
- λsig,D.
- λp:smove_states × (option sig).
- let 〈q,a〉 ≝ p in match (pi1 … q) with
- [ O ⇒ 〈smove1,None sig, D〉
- | S _ ⇒ 〈smove1,None sig, N〉 ].
-
-definition move ≝ 
-  λsig,D.mk_TM sig smove_states (trans_smove sig D) smove0 (λq.q == smove1).
-
-definition mmove ≝ λi,sig,n,D.inject_TM sig (move sig D) n i.
-
-definition Rmove ≝ 
-  λalpha,D,t1,t2. t2 = tape_move alpha t1 D.
-
-lemma sem_move_single :
-  ∀alpha,D.move alpha D ⊨ Rmove alpha D.
-#alpha #D #int %{2} %{(mk_config ? smove_states smove1 ?)} [| % % ]
-qed.
-
-definition Rm_multi ≝ 
-  λalpha,n,i,D.λt1,t2:Vector ? (S n).
-  t2 = change_vec ? (S n) t1 (tape_move alpha (nth i ? t1 (niltape ?)) D) i.
-
-lemma sem_move_multi :
-  ∀alpha,n,i,D.i ≤ n → 
-  mmove i alpha n D ⊨ Rm_multi alpha n i D.
-#alpha #n #i #D #Hin #ta cases (sem_inject … Hin (sem_move_single alpha D) ta)
-#k * #outc * #Hloop * whd in ⊢ (%→?); #Htb1 #Htb2 %{k} %{outc} % [ @Hloop ]
-whd @(eq_vec … (niltape ?)) #i0 #Hi0 cases (decidable_eq_nat i0 i) #Hi0i
-[ >Hi0i >Htb1 >nth_change_vec //
-| >nth_change_vec_neq [|@sym_not_eq //] <Htb2 // @sym_not_eq // ]
-qed.
-
-(* simple copy with no move *)
-definition copy_states ≝ initN 3.
-
-definition cc0 : copy_states ≝ mk_Sig ?? 0 (leb_true_to_le 1 3 (refl …)).
-definition cc1 : copy_states ≝ mk_Sig ?? 1 (leb_true_to_le 2 3 (refl …)).
-
-definition trans_copy_char_N ≝ 
- λsrc,dst.λsig:FinSet.λn.
- λp:copy_states × (Vector (option sig) (S n)).
- let 〈q,a〉 ≝ p in
- match pi1 … q with
- [ O ⇒ 〈cc1,change_vec ? (S n) 
-           (change_vec ? (S n) (null_action ? n) (〈None ?,N〉) src)
-           (〈nth src ? a (None ?),N〉) dst〉
- | S _ ⇒ 〈cc1,null_action ? n〉 ].
-
-definition copy_char_N ≝ 
-  λsrc,dst,sig,n.
-  mk_mTM sig n copy_states (trans_copy_char_N src dst sig n) 
-    cc0 (λq.q == cc1).
-
-definition R_copy_char_N ≝ 
-  λsrc,dst,sig,n.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
-  outt = change_vec ?? int
-          (tape_write  ? (nth dst ? int (niltape ?))
-            (current ? (nth src ? int (niltape ?)))) dst.
-
-lemma copy_char_N_q0_q1 :
-  ∀src,dst,sig,n,v.src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
-  step sig n (copy_char_N src dst sig n) (mk_mconfig ??? cc0 v) =
-    mk_mconfig ??? cc1 
-     (change_vec ?? v
-       (tape_write  ? (nth dst ? v (niltape ?))
-          (current ? (nth src ? v (niltape ?)))) dst).
-#src #dst #sig #n #v #Heq #Hsrc #Hdst
-whd in ⊢ (??%?); @eq_f
-<(change_vec_same … v dst (niltape ?)) in ⊢ (??%?);
-<(change_vec_same … v src (niltape ?)) in ⊢ (??%?);
->tape_move_multi_def
->pmap_change >pmap_change <tape_move_multi_def
->tape_move_null_action @eq_f3 //
-[ >change_vec_same %
-| >change_vec_same >change_vec_same >nth_current_chars // ]
-qed.
-
-lemma sem_copy_char_N:
-  ∀src,dst,sig,n.src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
-  copy_char_N src dst sig n ⊨ R_copy_char_N src dst sig n.
-#src #dst #sig #n #Hneq #Hsrc #Hdst #int
-%{2} % [| % [ % | whd >copy_char_N_q0_q1 // ]]
-qed.
-
-(**************** copy and advance  ***********************)
-definition copy_char_states ≝ initN 3.
-
-definition trans_copy_char ≝ 
- λsrc,dst.λsig:FinSet.λn.
- λp:copy_char_states × (Vector (option sig) (S n)).
- let 〈q,a〉 ≝ p in
- match pi1 … q with
- [ O ⇒ 〈cc1,change_vec ? (S n) 
-           (change_vec ? (S n) (null_action ? n) (〈None ?,R〉) src)
-           (〈nth src ? a (None ?),R〉) dst〉
- | S _ ⇒ 〈cc1,null_action ? n〉 ].
-
-definition copy_char ≝ 
-  λsrc,dst,sig,n.
-  mk_mTM sig n copy_char_states (trans_copy_char src dst sig n) 
-    cc0 (λq.q == cc1).
-
-definition R_copy_char ≝ 
-  λsrc,dst,sig,n.λint,outt: Vector (tape sig) (S n).
-  outt = change_vec ?? 
-         (change_vec ?? int
-          (tape_move_mono ? (nth src ? int (niltape ?)) 〈None ?, R〉) src)
-          (tape_move_mono ? (nth dst ? int (niltape ?)) 
-           〈current ? (nth src ? int (niltape ?)), R〉) dst.
-
-lemma copy_char_q0_q1 :
-  ∀src,dst,sig,n,v.src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
-  step sig n (copy_char src dst sig n) (mk_mconfig ??? cc0 v) =
-    mk_mconfig ??? cc1 
-     (change_vec ? (S n) 
-       (change_vec ?? v
-         (tape_move_mono ? (nth src ? v (niltape ?)) 〈None ?, R〉) src)
-            (tape_move_mono ? (nth dst ? v (niltape ?)) 〈current ? (nth src ? v (niltape ?)), R〉) dst).
-#src #dst #sig #n #v #Heq #Hsrc #Hdst
-whd in ⊢ (??%?);
-<(change_vec_same … v dst (niltape ?)) in ⊢ (??%?);
-<(change_vec_same … v src (niltape ?)) in ⊢ (??%?);
->tape_move_multi_def @eq_f2 //
->pmap_change >pmap_change <tape_move_multi_def
->tape_move_null_action @eq_f2 // @eq_f2
-[ >change_vec_same %
-| >change_vec_same >change_vec_same // ]
-qed.
-
-lemma sem_copy_char:
-  ∀src,dst,sig,n.src ≠ dst → src < S n → dst < S n → 
-  copy_char src dst sig n ⊨ R_copy_char src dst sig n.
-#src #dst #sig #n #Hneq #Hsrc #Hdst #int
-%{2} % [| % [ % | whd >copy_char_q0_q1 // ]]
-qed.
-
-
-
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-