source: Deliverables/D4.1/Matita/Vector.ma @ 268

Last change on this file since 268 was 268, checked in by sacerdot, 9 years ago
  • notation moved to proper places
  • new function split on Vectors
File size: 12.0 KB
Line 
1(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
2(* Vector.ma: Fixed length polymorphic vectors, and routine operations on     *)
3(*            them.                                                           *)
4(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
5
6include "Util.ma".
7
8include "Nat.ma".
9include "List.ma".
10include "Cartesian.ma".
11include "Maybe.ma".
12include "Plogic/equality.ma".
13
14(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
15(* The datatype.                                                              *)
16(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
17
18ninductive Vector (A: Type[0]): Nat → Type[0] ≝
19  Empty: Vector A Z
20| Cons: ∀n: Nat. A → Vector A n → Vector A (S n).
21
22(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
23(* Syntax.                                                                    *)
24(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
25
26notation "[[ list0 x sep ; ]]"
27  non associative with precedence 90
28  for ${fold right @'vnil rec acc @{'vcons $x $acc}}.
29
30interpretation "Vector vnil" 'vnil = (Empty ?).
31interpretation "Vector vcons" 'vcons hd tl = (Cons ? ? hd tl).
32interpretation "Vector cons" 'cons hd tl = (Cons ? ? hd tl).
33
34(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
35(* Lookup.                                                                    *)
36(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
37
38naxiom succ_less_than_injective:
39  ∀m, n: Nat.
40    less_than_p (S m) (S n) → m < n.
41   
42naxiom nothing_less_than_Z:
43  ∀m: Nat.
44    ¬(m < Z).
45
46nlet rec get_index (A: Type[0]) (n: Nat)
47                   (v: Vector A n) (m: Nat) (lt: m < n) on m: A ≝
48  (match m with
49    [ Z ⇒
50      match v return λx.λ_. Z < x → A with
51        [ Empty ⇒ λabsd1: Z < Z. ?
52        | Cons p hd tl ⇒ λprf1: Z < S p. hd
53        ]
54    | S o ⇒
55      (match v return λx.λ_. S o < x → A with
56        [ Empty ⇒ λprf: S o < Z. ?
57        | Cons p hd tl ⇒ λprf: S o < S p. get_index A p tl o ?
58        ])
59    ]) lt.
60    ##[ ncases (nothing_less_than_Z Z); #K; ncases (K absd1)
61    ##| ncases (nothing_less_than_Z (S o)); #K; ncases (K prf)
62    ##| napply succ_less_than_injective; nassumption
63    ##]
64nqed.
65
66nlet rec get_index_weak (A: Type[0]) (n: Nat)
67                   (v: Vector A n) (m: Nat) on m ≝
68  match m with
69    [ Z ⇒
70      match v with
71        [ Empty ⇒ Nothing A
72        | Cons p hd tl ⇒ Just A hd
73        ]
74    | S o ⇒
75      match v with
76        [ Empty ⇒ Nothing A
77        | Cons p hd tl ⇒ get_index_weak A p tl o
78        ]
79    ].
80   
81interpretation "Vector get_index" 'get_index v n = (get_index ? ? v n).
82
83nlet rec set_index (A: Type[0]) (n: Nat) (v: Vector A n) (m: Nat) (a: A) (lt: m < n) on m: Vector A n ≝
84  (match m with
85    [ Z ⇒
86      match v return λx.λ_. Z < x → Vector A x with
87        [ Empty ⇒ λabsd1: Z < Z. Empty A
88        | Cons p hd tl ⇒ λprf1: Z < S p. (a :: tl)
89        ]
90    | S o ⇒
91      (match v return λx.λ_. S o < x → Vector A x with
92        [ Empty ⇒ λprf: S o < Z. Empty A
93        | Cons p hd tl ⇒ λprf: S o < S p. hd :: (set_index A p tl o a ?)
94        ])
95    ]) lt.
96    napply succ_less_than_injective.
97    nassumption.
98nqed.
99   
100nlet rec set_index_weak (A: Type[0]) (n: Nat)
101                        (v: Vector A n) (m: Nat) (a: A) on m ≝
102  match m with
103    [ Z ⇒
104      match v with
105        [ Empty ⇒ Nothing (Vector A n)
106        | Cons o hd tl ⇒ Just (Vector A n) (? (Cons A o a tl))
107        ]
108    | S o ⇒
109      match v with
110        [ Empty ⇒ Nothing (Vector A n)
111        | Cons p hd tl ⇒
112            let settail ≝ set_index_weak A p tl o a in
113              match settail with
114                [ Nothing ⇒ Nothing (Vector A n)
115                | Just j ⇒ Just (Vector A n) (? (Cons A p hd j))
116                ]
117        ]
118    ].
119    //.
120nqed.
121
122nlet rec drop (A: Type[0]) (n: Nat)
123              (v: Vector A n) (m: Nat) on m ≝
124  match m with
125    [ Z ⇒ Just (Vector A n) v
126    | S o ⇒
127      match v with
128        [ Empty ⇒ Nothing (Vector A n)
129        | Cons p hd tl ⇒ ? (drop A p tl o)
130        ]
131    ].
132    //.
133nqed.
134
135nlet rec split (A: Type[0]) (n,m: Nat) on m
136             : Vector A (m+n) → (Vector A m) × (Vector A n)
137≝
138 match m return λm. Vector A (m+n) → (Vector A m) × (Vector A n) with
139  [ Z ⇒ λv.〈[[ ]], v〉
140  | S m' ⇒ λv.
141     match v return λl.λ_:Vector A l.l = S (m' + n) → (Vector A (S m')) × (Vector A n) with
142      [ Empty ⇒ λK.⊥
143      | Cons o he tl ⇒ λK.
144         match split A n m' (tl⌈Vector A (m'+n)↦Vector A o⌉) with
145          [ mk_Cartesian v1 v2 ⇒ 〈he::v1, v2〉 ]] (?: (S (m' + n)) = S (m' + n))].
146//; ndestruct; //.
147nqed.
148   
149(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
150(* Folds and builds.                                                          *)
151(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
152   
153nlet rec fold_right (A: Type[0]) (B: Type[0]) (n: Nat)
154                    (f: A → B → B) (x: B) (v: Vector A n) on v ≝
155  match v with
156    [ Empty ⇒ x
157    | Cons n hd tl ⇒ f hd (fold_right A B n f x tl)
158    ].
159   
160nlet rec fold_left (A: Type[0]) (B: Type[0]) (n: Nat)
161                    (f: A → B → A) (x: A) (v: Vector B n) on v ≝
162  match v with
163    [ Empty ⇒ x
164    | Cons n hd tl ⇒ f (fold_left A B n f x tl) hd
165    ].
166   
167(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
168(* Maps and zips.                                                             *)
169(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
170
171nlet rec map (A: Type[0]) (B: Type[0]) (n: Nat)
172             (f: A → B) (v: Vector A n) on v ≝
173  match v with
174    [ Empty ⇒ Empty B
175    | Cons n hd tl ⇒ (f hd) :: (map A B n f tl)
176    ].
177
178(* Should be moved into Plogic/equality.ma at some point.  Only Type[2] version
179   currently in there.
180*)
181nlemma eq_rect_Type0_r :
182  ∀A: Type[0].
183  ∀a:A.
184  ∀P: ∀x:A. eq ? x a → Type[0]. P a (refl A a) → ∀x: A.∀p:eq ? x a. P x p.
185  #A a P H x p.
186  ngeneralize in match H.
187  ngeneralize in match P.
188  ncases p.
189  //.
190nqed.
191
192nlet rec zip_with (A: Type[0]) (B: Type[0]) (C: Type[0]) (n: Nat)
193             (f: A → B → C) (v: Vector A n) (q: Vector B n) on v ≝
194  (match v return (λx.λr. x = n → Vector C x) with
195    [ Empty ⇒ λ_. Empty C
196    | Cons n hd tl ⇒
197      match q return (λy.λr. S n = y → Vector C (S n)) with
198        [ Empty ⇒ ?
199        | Cons m hd' tl' ⇒
200            λe: S n = S m.
201              (f hd hd') :: (zip_with A B C n f tl ?)
202        ]
203    ])
204    (refl ? n).
205      ##
206        [ #e;
207          ndestruct(e);
208          ##
209        | ndestruct(e);
210          napply tl'
211          ##
212        ]
213nqed.
214
215ndefinition zip ≝
216  λA, B: Type[0].
217  λn: Nat.
218  λv: Vector A n.
219  λq: Vector B n.
220    zip_with A B (Cartesian A B) n (mk_Cartesian A B) v q.
221
222(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
223(* Building vectors from scratch                                              *)
224(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
225
226nlet rec replicate (A: Type[0]) (n: Nat) (h: A) on n ≝
227  match n return λn. Vector A n with
228    [ Z ⇒ Empty A
229    | S m ⇒ h :: (replicate A m h)
230    ].
231
232nlet rec append (A: Type[0]) (n: Nat) (m: Nat)
233                (v: Vector A n) (q: Vector A m) on v ≝
234  match v return (λn.λv. Vector A (n + m)) with
235    [ Empty ⇒ q
236    | Cons o hd tl ⇒ hd :: (append A o m tl q)
237    ].
238   
239interpretation "Vector append" 'append hd tl = (append ? ? hd tl).
240   
241nlet rec scan_left (A: Type[0]) (B: Type[0]) (n: Nat)
242                   (f: A → B → A) (a: A) (v: Vector B n) on v ≝
243  a ::
244    (match v with
245       [ Empty ⇒ Empty A
246       | Cons o hd tl ⇒ scan_left A B o f (f a hd) tl
247       ]).
248
249nlet rec scan_right (A: Type[0]) (B: Type[0]) (n: Nat)
250                    (f: A → B → A) (b: B) (v: Vector A n) on v ≝
251  match v with
252    [ Empty ⇒ ?
253    | Cons o hd tl ⇒ f hd b :: (scan_right A B o f b tl)
254    ].
255    //.
256nqed.
257   
258(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
259(* Other manipulations.                                                       *)
260(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
261   
262nlet rec length (A: Type[0]) (n: Nat) (v: Vector A n) on v ≝
263  match v with
264    [ Empty ⇒ Z
265    | Cons n hd tl ⇒ S $ length A n tl
266    ].
267
268nlet rec reverse (A: Type[0]) (n: Nat)
269                 (v: Vector A n) on v ≝
270  match v return (λm.λv. Vector A m) with
271    [ Empty ⇒ Empty A
272    | Cons o hd tl ⇒ ? (append A o ? (reverse A o tl) (Cons A Z hd (Empty A)))
273    ].
274    nrewrite < (succ_plus ? ?).
275    nrewrite > (plus_zero ?).
276    //.
277nqed.
278
279(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
280(* Conversions to and from lists.                                             *)
281(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
282
283nlet rec list_of_vector (A: Type[0]) (n: Nat)
284                        (v: Vector A n) on v ≝
285  match v return λn.λv. List A with
286    [ Empty ⇒ ? (cic:/matita/ng/List/List.con(0,1,1) A)
287    | Cons o hd tl ⇒ hd :: (list_of_vector A o tl)
288    ].
289    //.
290nqed.
291
292nlet rec vector_of_list (A: Type[0]) (l: List A) on l ≝
293  match l return λl. Vector A (length A l) with
294    [ Empty ⇒ ? (cic:/matita/ng/Vector/Vector.con(0,1,1) A)
295    | Cons hd tl ⇒ ? (hd :: (vector_of_list A tl))
296    ].
297    nnormalize.
298    //.
299    //.
300nqed.
301
302(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)   
303(* Rotates and shifts.                                                        *)
304(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
305   
306nlet rec rotate_left (A: Type[0]) (n: Nat)
307                     (m: Nat) (v: Vector A n) on m: Vector A n ≝
308  match m with
309    [ Z ⇒ v
310    | S o ⇒
311        match v with
312          [ Empty ⇒ Empty A
313          | Cons p hd tl ⇒
314             rotate_left A (S p) o (? (append A p ? tl (Cons A ? hd (Empty A))))
315          ]
316    ].
317    nrewrite < (succ_plus ? ?).
318    nrewrite > (plus_zero ?).
319    //.
320nqed.
321
322ndefinition rotate_right ≝
323  λA: Type[0].
324  λn, m: Nat.
325  λv: Vector A n.
326    reverse A n (rotate_left A n m (reverse A n v)).
327   
328ndefinition shift_left_1 ≝
329  λA: Type[0].
330  λn: Nat.
331  λv: Vector A n.
332  λa: A.
333    match v with
334      [ Empty ⇒ ?
335      | Cons o hd tl ⇒ reverse A n (? (Cons A o a (reverse A o tl)))
336      ].
337      //.
338nqed.
339
340ndefinition shift_right_1 ≝
341  λA: Type[0].
342  λn: Nat.
343  λv: Vector A n.
344  λa: A.
345    reverse A n (shift_left_1 A n (reverse A n v) a).
346   
347ndefinition shift_left ≝
348  λA: Type[0].
349  λn, m: Nat.
350  λv: Vector A n.
351  λa: A.
352    iterate (Vector A n) (λx. shift_left_1 A n x a) v m.
353   
354ndefinition shift_right ≝
355  λA: Type[0].
356  λn, m: Nat.
357  λv: Vector A n.
358  λa: A.
359    iterate (Vector A n) (λx. shift_right_1 A n x a) v m.
360   
361(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)
362(* Lemmas.                                                                    *)
363(* -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= *)   
364   
365nlemma map_fusion:
366  ∀A, B, C: Type[0].
367  ∀n: Nat.
368  ∀v: Vector A n.
369  ∀f: A → B.
370  ∀g: B → C.
371    map B C n g (map A B n f v) = map A C n (λx. g (f x)) v.
372  #A B C n v f g.
373  nelim v.
374  nnormalize.
375  @.
376  #N H V H2.
377  nnormalize.
378  nrewrite > H2.
379  @.
380nqed.
381
382nlemma length_correct:
383  ∀A: Type[0].
384  ∀n: Nat.
385  ∀v: Vector A n.
386    length A n v = n.
387  #A n v.
388  nelim v.
389  nnormalize.
390  @.
391  #N H V H2.
392  nnormalize.
393  nrewrite > H2.
394  @.
395nqed.
396
397nlemma map_length:
398  ∀A, B: Type[0].
399  ∀n: Nat.
400  ∀v: Vector A n.
401  ∀f: A → B.
402    length A n v = length B n (map A B n f v).
403  #A B n v f.
404  nelim v.
405  nnormalize.
406  @.
407  #N H V H2.
408  nnormalize.
409  nrewrite > H2.
410  @.
411nqed.
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.