Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Quellcode-Bibliothek

© Kompilation durch diese Firma

[Weder Korrektheit noch Funktionsfähigkeit der Software werden zugesichert.]

Datei: Multiset.thy   Sprache: Isabelle

Original von: Isabelle©

(*  Title:      ZF/Induct/Multiset.thy
    Author:     Sidi O Ehmety, Cambridge University Computer Laboratory

A definitional theory of multisets,
including a wellfoundedness proof for the multiset order.

The theory features ordinal multisets and the usual ordering.
*)


theory Multiset
imports FoldSet Acc
begin

abbreviation (input)
  \<comment> \<open>Short cut for multiset space\<close>
  Mult :: "i=>i" where
  "Mult(A) == A -||> nat-{0}"

definition
  (* This is the original "restrict" from ZF.thy.
     Restricts the function f to the domain A
     FIXME: adapt Multiset to the new "restrict". *)

  funrestrict :: "[i,i] => i"  where
  "funrestrict(f,A) == \x \ A. f`x"

definition
  (* M is a multiset *)
  multiset :: "i => o"  where
  "multiset(M) == \A. M \ A -> nat-{0} & Finite(A)"

definition
  mset_of :: "i=>i"  where
  "mset_of(M) == domain(M)"

definition
  munion    :: "[i, i] => i" (infixl \<open>+#\<close> 65)  where
  "M +# N == \x \ mset_of(M) \ mset_of(N).
     if x \<in> mset_of(M) \<inter> mset_of(N) then  (M`x) #+ (N`x)
     else (if x \<in> mset_of(M) then M`x else N`x)"

definition
  (*convert a function to a multiset by eliminating 0*)
  normalize :: "i => i"  where
  "normalize(f) ==
       if (\<exists>A. f \<in> A -> nat & Finite(A)) then
            funrestrict(f, {x \<in> mset_of(f). 0 < f`x})
       else 0"

definition
  mdiff  :: "[i, i] => i" (infixl \<open>-#\<close> 65)  where
  "M -# N == normalize(\x \ mset_of(M).
                        if x \<in> mset_of(N) then M`x #- N`x else M`x)"

definition
  (* set of elements of a multiset *)
  msingle :: "i => i"    (\<open>{#_#}\<close>)  where
  "{#a#} == {}"

definition
  MCollect :: "[i, i=>o] => i"  (*comprehension*)  where
  "MCollect(M, P) == funrestrict(M, {x \ mset_of(M). P(x)})"

definition
  (* Counts the number of occurrences of an element in a multiset *)
  mcount :: "[i, i] => i"  where
  "mcount(M, a) == if a \ mset_of(M) then M`a else 0"

definition
  msize :: "i => i"  where
  "msize(M) == setsum(%a. $# mcount(M,a), mset_of(M))"

abbreviation
  melem :: "[i,i] => o"    (\<open>(_/ :# _)\<close> [50, 51] 50)  where
  "a :# M == a \ mset_of(M)"

syntax
  "_MColl" :: "[pttrn, i, o] => i" (\<open>(1{# _ \<in> _./ _#})\<close>)
translations
  "{#x \ M. P#}" == "CONST MCollect(M, \x. P)"

  (* multiset orderings *)

definition
   (* multirel1 has to be a set (not a predicate) so that we can form
      its transitive closure and reason about wf(.) and acc(.) *)

  multirel1 :: "[i,i]=>i"  where
  "multirel1(A, r) ==
     {<M, N> \<in> Mult(A)*Mult(A).
      \<exists>a \<in> A. \<exists>M0 \<in> Mult(A). \<exists>K \<in> Mult(A).
      N=M0 +# {#a#} & M=M0 +# K & (\<forall>b \<in> mset_of(K). <b,a> \<in> r)}"

definition
  multirel :: "[i, i] => i"  where
  "multirel(A, r) == multirel1(A, r)^+"

  (* ordinal multiset orderings *)

definition
  omultiset :: "i => o"  where
  "omultiset(M) == \i. Ord(i) & M \ Mult(field(Memrel(i)))"

definition
  mless :: "[i, i] => o" (infixl \<open><#\<close> 50)  where
  "M <# N == \i. Ord(i) & \ multirel(field(Memrel(i)), Memrel(i))"

definition
  mle  :: "[i, i] => o"  (infixl \<open><#=\<close> 50)  where
  "M <#= N == (omultiset(M) & M = N) | M <# N"


subsection\<open>Properties of the original "restrict" from ZF.thy\<close>

lemma funrestrict_subset: "[| f \ Pi(C,B); A\C |] ==> funrestrict(f,A) \ f"
by (auto simp add: funrestrict_def lam_def intro: apply_Pair)

lemma funrestrict_type:
    "[| !!x. x \ A ==> f`x \ B(x) |] ==> funrestrict(f,A) \ Pi(A,B)"
by (simp add: funrestrict_def lam_type)

lemma funrestrict_type2: "[| f \ Pi(C,B); A\C |] ==> funrestrict(f,A) \ Pi(A,B)"
by (blast intro: apply_type funrestrict_type)

lemma funrestrict [simp]: "a \ A ==> funrestrict(f,A) ` a = f`a"
by (simp add: funrestrict_def)

lemma funrestrict_empty [simp]: "funrestrict(f,0) = 0"
by (simp add: funrestrict_def)

lemma domain_funrestrict [simp]: "domain(funrestrict(f,C)) = C"
by (auto simp add: funrestrict_def lam_def)

lemma fun_cons_funrestrict_eq:
     "f \ cons(a, b) -> B ==> f = cons(, funrestrict(f, b))"
apply (rule equalityI)
prefer 2 apply (blast intro: apply_Pair funrestrict_subset [THEN subsetD])
apply (auto dest!: Pi_memberD simp add: funrestrict_def lam_def)
done

declare domain_of_fun [simp]
declare domainE [rule del]


text\<open>A useful simplification rule\<close>
lemma multiset_fun_iff:
     "(f \ A -> nat-{0}) \ f \ A->nat&(\a \ A. f`a \ nat & 0 < f`a)"
apply safe
apply (rule_tac [4] B1 = "range (f) " in Pi_mono [THEN subsetD])
apply (auto intro!: Ord_0_lt
            dest: apply_type Diff_subset [THEN Pi_mono, THEN subsetD]
            simp add: range_of_fun apply_iff)
done

(** The multiset space  **)
lemma multiset_into_Mult: "[| multiset(M); mset_of(M)\A |] ==> M \ Mult(A)"
apply (simp add: multiset_def)
apply (auto simp add: multiset_fun_iff mset_of_def)
apply (rule_tac B1 = "nat-{0}" in FiniteFun_mono [THEN subsetD], simp_all)
apply (rule Finite_into_Fin [THEN [2] Fin_mono [THEN subsetD], THEN fun_FiniteFunI])
apply (simp_all (no_asm_simp) add: multiset_fun_iff)
done

lemma Mult_into_multiset: "M \ Mult(A) ==> multiset(M) & mset_of(M)\A"
apply (simp add: multiset_def mset_of_def)
apply (frule FiniteFun_is_fun)
apply (drule FiniteFun_domain_Fin)
apply (frule FinD, clarify)
apply (rule_tac x = "domain (M) " in exI)
apply (blast intro: Fin_into_Finite)
done

lemma Mult_iff_multiset: "M \ Mult(A) \ multiset(M) & mset_of(M)\A"
by (blast dest: Mult_into_multiset intro: multiset_into_Mult)

lemma multiset_iff_Mult_mset_of: "multiset(M) \ M \ Mult(mset_of(M))"
by (auto simp add: Mult_iff_multiset)


text\<open>The \<^term>\<open>multiset\<close> operator\<close>

(* the empty multiset is 0 *)

lemma multiset_0 [simp]: "multiset(0)"
by (auto intro: FiniteFun.intros simp add: multiset_iff_Mult_mset_of)


text\<open>The \<^term>\<open>mset_of\<close> operator\<close>

lemma multiset_set_of_Finite [simp]: "multiset(M) ==> Finite(mset_of(M))"
by (simp add: multiset_def mset_of_def, auto)

lemma mset_of_0 [iff]: "mset_of(0) = 0"
by (simp add: mset_of_def)

lemma mset_is_0_iff: "multiset(M) ==> mset_of(M)=0 \ M=0"
by (auto simp add: multiset_def mset_of_def)

lemma mset_of_single [iff]: "mset_of({#a#}) = {a}"
by (simp add: msingle_def mset_of_def)

lemma mset_of_union [iff]: "mset_of(M +# N) = mset_of(M) \ mset_of(N)"
by (simp add: mset_of_def munion_def)

lemma mset_of_diff [simp]: "mset_of(M)\A ==> mset_of(M -# N) \ A"
by (auto simp add: mdiff_def multiset_def normalize_def mset_of_def)

(* msingle *)

lemma msingle_not_0 [iff]: "{#a#} \ 0 & 0 \ {#a#}"
by (simp add: msingle_def)

lemma msingle_eq_iff [iff]: "({#a#} = {#b#}) \ (a = b)"
by (simp add: msingle_def)

lemma msingle_multiset [iff,TC]: "multiset({#a#})"
apply (simp add: multiset_def msingle_def)
apply (rule_tac x = "{a}" in exI)
apply (auto intro: Finite_cons Finite_0 fun_extend3)
done

(** normalize **)

lemmas Collect_Finite = Collect_subset [THEN subset_Finite]

lemma normalize_idem [simp]: "normalize(normalize(f)) = normalize(f)"
apply (simp add: normalize_def funrestrict_def mset_of_def)
apply (case_tac "\A. f \ A -> nat & Finite (A) ")
apply clarify
apply (drule_tac x = "{x \ domain (f) . 0 < f ` x}" in spec)
apply auto
apply (auto  intro!: lam_type simp add: Collect_Finite)
done

lemma normalize_multiset [simp]: "multiset(M) ==> normalize(M) = M"
by (auto simp add: multiset_def normalize_def mset_of_def funrestrict_def multiset_fun_iff)

lemma multiset_normalize [simp]: "multiset(normalize(f))"
apply (simp add: normalize_def)
apply (simp add: normalize_def mset_of_def multiset_def, auto)
apply (rule_tac x = "{x \ A . 0
apply (auto intro: Collect_subset [THEN subset_Finite] funrestrict_type)
done

(** Typechecking rules for union and difference of multisets **)

(* union *)

lemma munion_multiset [simp]: "[| multiset(M); multiset(N) |] ==> multiset(M +# N)"
apply (unfold multiset_def munion_def mset_of_def, auto)
apply (rule_tac x = "A \ Aa" in exI)
apply (auto intro!: lam_type intro: Finite_Un simp add: multiset_fun_iff zero_less_add)
done

(* difference *)

lemma mdiff_multiset [simp]: "multiset(M -# N)"
by (simp add: mdiff_def)

(** Algebraic properties of multisets **)

(* Union *)

lemma munion_0 [simp]: "multiset(M) ==> M +# 0 = M & 0 +# M = M"
apply (simp add: multiset_def)
apply (auto simp add: munion_def mset_of_def)
done

lemma munion_commute: "M +# N = N +# M"
by (auto intro!: lam_cong simp add: munion_def)

lemma munion_assoc: "(M +# N) +# K = M +# (N +# K)"
apply (unfold munion_def mset_of_def)
apply (rule lam_cong, auto)
done

lemma munion_lcommute: "M +# (N +# K) = N +# (M +# K)"
apply (unfold munion_def mset_of_def)
apply (rule lam_cong, auto)
done

lemmas munion_ac = munion_commute munion_assoc munion_lcommute

(* Difference *)

lemma mdiff_self_eq_0 [simp]: "M -# M = 0"
by (simp add: mdiff_def normalize_def mset_of_def)

lemma mdiff_0 [simp]: "0 -# M = 0"
by (simp add: mdiff_def normalize_def)

lemma mdiff_0_right [simp]: "multiset(M) ==> M -# 0 = M"
by (auto simp add: multiset_def mdiff_def normalize_def multiset_fun_iff mset_of_def funrestrict_def)

lemma mdiff_union_inverse2 [simp]: "multiset(M) ==> M +# {#a#} -# {#a#} = M"
apply (unfold multiset_def munion_def mdiff_def msingle_def normalize_def mset_of_def)
apply (auto cong add: if_cong simp add: ltD multiset_fun_iff funrestrict_def subset_Un_iff2 [THEN iffD1])
prefer 2 apply (force intro!: lam_type)
apply (subgoal_tac [2] "{x \ A \ {a} . x \ a \ x \ A} = A")
apply (rule fun_extension, auto)
apply (drule_tac x = "A \ {a}" in spec)
apply (simp add: Finite_Un)
apply (force intro!: lam_type)
done

(** Count of elements **)

lemma mcount_type [simp,TC]: "multiset(M) ==> mcount(M, a) \ nat"
by (auto simp add: multiset_def mcount_def mset_of_def multiset_fun_iff)

lemma mcount_0 [simp]: "mcount(0, a) = 0"
by (simp add: mcount_def)

lemma mcount_single [simp]: "mcount({#b#}, a) = (if a=b then 1 else 0)"
by (simp add: mcount_def mset_of_def msingle_def)

lemma mcount_union [simp]: "[| multiset(M); multiset(N) |]
                     ==>  mcount(M +# N, a) = mcount(M, a) #+ mcount (N, a)"
apply (auto simp add: multiset_def multiset_fun_iff mcount_def munion_def mset_of_def)
done

lemma mcount_diff [simp]:
     "multiset(M) ==> mcount(M -# N, a) = mcount(M, a) #- mcount(N, a)"
apply (simp add: multiset_def)
apply (auto dest!: not_lt_imp_le
     simp add: mdiff_def multiset_fun_iff mcount_def normalize_def mset_of_def)
apply (force intro!: lam_type)
apply (force intro!: lam_type)
done

lemma mcount_elem: "[| multiset(M); a \ mset_of(M) |] ==> 0 < mcount(M, a)"
apply (simp add: multiset_def, clarify)
apply (simp add: mcount_def mset_of_def)
apply (simp add: multiset_fun_iff)
done

(** msize **)

lemma msize_0 [simp]: "msize(0) = #0"
by (simp add: msize_def)

lemma msize_single [simp]: "msize({#a#}) = #1"
by (simp add: msize_def)

lemma msize_type [simp,TC]: "msize(M) \ int"
by (simp add: msize_def)

lemma msize_zpositive: "multiset(M)==> #0 $\ msize(M)"
by (auto simp add: msize_def intro: g_zpos_imp_setsum_zpos)

lemma msize_int_of_nat: "multiset(M) ==> \n \ nat. msize(M)= $# n"
apply (rule not_zneg_int_of)
apply (simp_all (no_asm_simp) add: msize_type [THEN znegative_iff_zless_0] not_zless_iff_zle msize_zpositive)
done

lemma not_empty_multiset_imp_exist:
     "[| M\0; multiset(M) |] ==> \a \ mset_of(M). 0 < mcount(M, a)"
apply (simp add: multiset_def)
apply (erule not_emptyE)
apply (auto simp add: mset_of_def mcount_def multiset_fun_iff)
apply (blast dest!: fun_is_rel)
done

lemma msize_eq_0_iff: "multiset(M) ==> msize(M)=#0 \ M=0"
apply (simp add: msize_def, auto)
apply (rule_tac P = "setsum (u,v) \ #0" for u v in swap)
apply blast
apply (drule not_empty_multiset_imp_exist, assumption, clarify)
apply (subgoal_tac "Finite (mset_of (M) - {a}) ")
 prefer 2 apply (simp add: Finite_Diff)
apply (subgoal_tac "setsum (%x. $# mcount (M, x), cons (a, mset_of (M) -{a}))=#0")
 prefer 2 apply (simp add: cons_Diff, simp)
apply (subgoal_tac "#0 $\ setsum (%x. $# mcount (M, x), mset_of (M) - {a}) ")
apply (rule_tac [2] g_zpos_imp_setsum_zpos)
apply (auto simp add: Finite_Diff not_zless_iff_zle [THEN iff_sym] znegative_iff_zless_0 [THEN iff_sym])
apply (rule not_zneg_int_of [THEN bexE])
apply (auto simp del: int_of_0 simp add: int_of_add [symmetric] int_of_0 [symmetric])
done

lemma setsum_mcount_Int:
     "Finite(A) ==> setsum(%a. $# mcount(N, a), A \ mset_of(N))
                  = setsum(%a. $# mcount(N, a), A)"
apply (induct rule: Finite_induct)
 apply auto
apply (subgoal_tac "Finite (B \ mset_of (N))")
prefer 2 apply (blast intro: subset_Finite)
apply (auto simp add: mcount_def Int_cons_left)
done

lemma msize_union [simp]:
     "[| multiset(M); multiset(N) |] ==> msize(M +# N) = msize(M) $+ msize(N)"
apply (simp add: msize_def setsum_Un setsum_addf int_of_add setsum_mcount_Int)
apply (subst Int_commute)
apply (simp add: setsum_mcount_Int)
done

lemma msize_eq_succ_imp_elem: "[|msize(M)= $# succ(n); n \ nat|] ==> \a. a \ mset_of(M)"
apply (unfold msize_def)
apply (blast dest: setsum_succD)
done

(** Equality of multisets **)

lemma equality_lemma:
     "[| multiset(M); multiset(N); \a. mcount(M, a)=mcount(N, a) |]
      ==> mset_of(M)=mset_of(N)"
apply (simp add: multiset_def)
apply (rule sym, rule equalityI)
apply (auto simp add: multiset_fun_iff mcount_def mset_of_def)
apply (drule_tac [!] x=x in spec)
apply (case_tac [2] "x \ Aa", case_tac "x \ A", auto)
done

lemma multiset_equality:
  "[| multiset(M); multiset(N) |]==> M=N\(\a. mcount(M, a)=mcount(N, a))"
apply auto
apply (subgoal_tac "mset_of (M) = mset_of (N) ")
prefer 2 apply (blast intro: equality_lemma)
apply (simp add: multiset_def mset_of_def)
apply (auto simp add: multiset_fun_iff)
apply (rule fun_extension)
apply (blast, blast)
apply (drule_tac x = x in spec)
apply (auto simp add: mcount_def mset_of_def)
done

(** More algebraic properties of multisets **)

lemma munion_eq_0_iff [simp]: "[|multiset(M); multiset(N)|]==>(M +# N =0) \ (M=0 & N=0)"pan>
by (auto simp add: multiset_equality)

lemma empty_eq_munion_iff [simp]: "[|multiset(M); multiset(N)|]==>(0=M +# N) \ (M=0 & N=0)"
apply (rule iffI, drule sym)
apply (simp_all add: multiset_equality)
done

lemma munion_right_cancel [simp]:
     "[| multiset(M); multiset(N); multiset(K) |]==>(M +# K = N +# K)\(M=N)"
by (auto simp add: multiset_equality)

lemma munion_left_cancel [simp]:
  "[|multiset(K); multiset(M); multiset(N)|] ==>(K +# M = K +# N) \ (M = N)"
by (auto simp add: multiset_equality)

lemma nat_add_eq_1_cases: "[| m \ nat; n \ nat |] ==> (m #+ n = 1) \ (m=1 & n=0) | (m=0 & n=1)"
by (induct_tac n) auto

lemma munion_is_single:
     "[|multiset(M); multiset(N)|]
      ==> (M +# N = {#a#}) \<longleftrightarrow>  (M={#a#} & N=0) | (M = 0 & N = {#a#})"
apply (simp (no_asm_simp) add: multiset_equality)
apply safe
apply simp_all
apply (case_tac "aa=a")
apply (drule_tac [2] x = aa in spec)
apply (drule_tac x = a in spec)
apply (simp add: nat_add_eq_1_cases, simp)
apply (case_tac "aaa=aa", simp)
apply (drule_tac x = aa in spec)
apply (simp add: nat_add_eq_1_cases)
apply (case_tac "aaa=a")
apply (drule_tac [4] x = aa in spec)
apply (drule_tac [3] x = a in spec)
apply (drule_tac [2] x = aaa in spec)
apply (drule_tac x = aa in spec)
apply (simp_all add: nat_add_eq_1_cases)
done

lemma msingle_is_union: "[| multiset(M); multiset(N) |]
  ==> ({#a#} = M +# N) \<longleftrightarrow> ({#a#} = M  & N=0 | M = 0 & {#a#} = N)"
apply (subgoal_tac " ({#a#} = M +# N) \ (M +# N = {#a#}) ")
apply (simp (no_asm_simp) add: munion_is_single)
apply blast
apply (blast dest: sym)
done

(** Towards induction over multisets **)

lemma setsum_decr:
"Finite(A)
  ==>  (\<forall>M. multiset(M) \<longrightarrow>
  (\<forall>a \<in> mset_of(M). setsum(%z. $# mcount(M(a:=M`a #- 1), z), A) =
  (if a \<in> A then setsum(%z. $# mcount(M, z), A) $- #1
           else setsum(%z. $# mcount(M, z), A))))"
apply (unfold multiset_def)
apply (erule Finite_induct)
apply (auto simp add: multiset_fun_iff)
apply (unfold mset_of_def mcount_def)
apply (case_tac "x \ A", auto)
apply (subgoal_tac "$# M ` x $+ #-1 = $# M ` x $- $# 1")
apply (erule ssubst)
apply (rule int_of_diff, auto)
done

lemma setsum_decr2:
     "Finite(A)
      ==> \<forall>M. multiset(M) \<longrightarrow> (\<forall>a \<in> mset_of(M).
           setsum(%x. $# mcount(funrestrict(M, mset_of(M)-{a}), x), A) =
           (if a \<in> A then setsum(%x. $# mcount(M, x), A) $- $# M`a
            else setsum(%x. $# mcount(M, x), A)))"
apply (simp add: multiset_def)
apply (erule Finite_induct)
apply (auto simp add: multiset_fun_iff mcount_def mset_of_def)
done

lemma setsum_decr3: "[| Finite(A); multiset(M); a \ mset_of(M) |]
      ==> setsum(%x. $# mcount(funrestrict(M, mset_of(M)-{a}), x), A - {a}) =
          (if a \<in> A then setsum(%x. $# mcount(M, x), A) $- $# M`a
           else setsum(%x. $# mcount(M, x), A))"
apply (subgoal_tac "setsum (%x. $# mcount (funrestrict (M, mset_of (M) -{a}),x),A-{a}) = setsum (%x. $# mcount (funrestrict (M, mset_of (M) -{a}),x),A) ")
apply (rule_tac [2] setsum_Diff [symmetric])
apply (rule sym, rule ssubst, blast)
apply (rule sym, drule setsum_decr2, auto)
apply (simp add: mcount_def mset_of_def)
done

lemma nat_le_1_cases: "n \ nat ==> n \ 1 \ (n=0 | n=1)"
by (auto elim: natE)

lemma succ_pred_eq_self: "[| 0 nat |] ==> succ(n #- 1) = n"
apply (subgoal_tac "1 \ n")
apply (drule add_diff_inverse2, auto)
done

text\<open>Specialized for use in the proof below.\<close>
lemma multiset_funrestict:
     "\\a\A. M ` a \ nat \ 0 < M ` a; Finite(A)\
      \<Longrightarrow> multiset(funrestrict(M, A - {a}))"
apply (simp add: multiset_def multiset_fun_iff)
apply (rule_tac x="A-{a}" in exI)
apply (auto intro: Finite_Diff funrestrict_type)
done

lemma multiset_induct_aux:
  assumes prem1: "!!M a. [| multiset(M); a\mset_of(M); P(M) |] ==> P(cons(, M))"
      and prem2: "!!M b. [| multiset(M); b \ mset_of(M); P(M) |] ==> P(M(b:= M`b #+ 1))"
  shows
  "[| n \ nat; P(0) |]
     ==> (\<forall>M. multiset(M)\<longrightarrow>
  (setsum(%x. $# mcount(M, x), {x \<in> mset_of(M). 0 < M`x}) = $# n) \<longrightarrow> P(M))"
apply (erule nat_induct, clarify)
apply (frule msize_eq_0_iff)
apply (auto simp add: mset_of_def multiset_def multiset_fun_iff msize_def)
apply (subgoal_tac "setsum (%x. $# mcount (M, x), A) =$# succ (x) ")
apply (drule setsum_succD, auto)
apply (case_tac "1 )
apply (drule_tac [2] not_lt_imp_le)
apply (simp_all add: nat_le_1_cases)
apply (subgoal_tac "M= (M (a:=M`a #- 1)) (a:= (M (a:=M`a #- 1))`a #+ 1) ")
apply (rule_tac [2] A = A and B = "%x. nat" and D = "%x. nat" in fun_extension)
apply (rule_tac [3] update_type)+
apply (simp_all (no_asm_simp))
 apply (rule_tac [2] impI)
 apply (rule_tac [2] succ_pred_eq_self [symmetric])
apply (simp_all (no_asm_simp))
apply (rule subst, rule sym, blast, rule prem2)
apply (simp (no_asm) add: multiset_def multiset_fun_iff)
apply (rule_tac x = A in exI)
apply (force intro: update_type)
apply (simp (no_asm_simp) add: mset_of_def mcount_def)
apply (drule_tac x = "M (a := M ` a #- 1) " in spec)
apply (drule mp, drule_tac [2] mp, simp_all)
apply (rule_tac x = A in exI)
apply (auto intro: update_type)
apply (subgoal_tac "Finite ({x \ cons (a, A) . x\a\0
prefer 2 apply (blast intro: Collect_subset [THEN subset_Finite] Finite_cons)
apply (drule_tac A = "{x \ cons (a, A) . x\a\0
apply (drule_tac x = M in spec)
apply (subgoal_tac "multiset (M) ")
 prefer 2
 apply (simp add: multiset_def multiset_fun_iff)
 apply (rule_tac x = A in exI, force)
apply (simp_all add: mset_of_def)
apply (drule_tac psi = "\x \ A. u(x)" for u in asm_rl)
apply (drule_tac x = a in bspec)
apply (simp (no_asm_simp))
apply (subgoal_tac "cons (a, A) = A")
prefer 2 apply blast
apply simp
apply (subgoal_tac "M=cons (, funrestrict (M, A-{a}))")
 prefer 2
 apply (rule fun_cons_funrestrict_eq)
 apply (subgoal_tac "cons (a, A-{a}) = A")
  apply force
  apply force
apply (rule_tac a = "cons (, funrestrict (M, A - {a}))" in ssubst)
apply simp
apply (frule multiset_funrestict, assumption)
apply (rule prem1, assumption)
apply (simp add: mset_of_def)
apply (drule_tac x = "funrestrict (M, A-{a}) " in spec)
apply (drule mp)
apply (rule_tac x = "A-{a}" in exI)
apply (auto intro: Finite_Diff funrestrict_type simp add: funrestrict)
apply (frule_tac A = A and M = M and a = a in setsum_decr3)
apply (simp (no_asm_simp) add: multiset_def multiset_fun_iff)
apply blast
apply (simp (no_asm_simp) add: mset_of_def)
apply (drule_tac b = "if u then v else w" for u v w in sym, simp_all)
apply (subgoal_tac "{x \ A - {a} . 0 < funrestrict (M, A - {x}) ` x} = A - {a}")
apply (auto intro!: setsum_cong simp add: zdiff_eq_iff zadd_commute multiset_def multiset_fun_iff mset_of_def)
done

lemma multiset_induct2:
  "[| multiset(M); P(0);
    (!!M a. [| multiset(M); a\<notin>mset_of(M); P(M) |] ==> P(cons(<a, 1>, M)));
    (!!M b. [| multiset(M); b \<in> mset_of(M);  P(M) |] ==> P(M(b:= M`b #+ 1))) |]
     ==> P(M)"
apply (subgoal_tac "\n \ nat. setsum (\x. $# mcount (M, x), {x \ mset_of (M) . 0 < M ` x}) = $# n")
apply (rule_tac [2] not_zneg_int_of)
apply (simp_all (no_asm_simp) add: znegative_iff_zless_0 not_zless_iff_zle)
apply (rule_tac [2] g_zpos_imp_setsum_zpos)
prefer 2 apply (blast intro:  multiset_set_of_Finite Collect_subset [THEN subset_Finite])
 prefer 2 apply (simp add: multiset_def multiset_fun_iff, clarify)
apply (rule multiset_induct_aux [rule_format], auto)
done

lemma munion_single_case1:
     "[| multiset(M); a \mset_of(M) |] ==> M +# {#a#} = cons(, M)"
apply (simp add: multiset_def msingle_def)
apply (auto simp add: munion_def)
apply (unfold mset_of_def, simp)
apply (rule fun_extension, rule lam_type, simp_all)
apply (auto simp add: multiset_fun_iff fun_extend_apply)
apply (drule_tac c = a and b = 1 in fun_extend3)
apply (auto simp add: cons_eq Un_commute [of _ "{a}"])
done

lemma munion_single_case2:
     "[| multiset(M); a \ mset_of(M) |] ==> M +# {#a#} = M(a:=M`a #+ 1)"
apply (simp add: multiset_def)
apply (auto simp add: munion_def multiset_fun_iff msingle_def)
apply (unfold mset_of_def, simp)
apply (subgoal_tac "A \ {a} = A")
apply (rule fun_extension)
apply (auto dest: domain_type intro: lam_type update_type)
done

(* Induction principle for multisets *)

lemma multiset_induct:
  assumes M: "multiset(M)"
      and P0: "P(0)"
      and step: "!!M a. [| multiset(M); P(M) |] ==> P(M +# {#a#})"
  shows "P(M)"
apply (rule multiset_induct2 [OF M])
apply (simp_all add: P0)
apply (frule_tac [2] a = b in munion_single_case2 [symmetric])
apply (frule_tac a = a in munion_single_case1 [symmetric])
apply (auto intro: step)
done

(** MCollect **)

lemma MCollect_multiset [simp]:
     "multiset(M) ==> multiset({# x \ M. P(x)#})"
apply (simp add: MCollect_def multiset_def mset_of_def, clarify)
apply (rule_tac x = "{x \ A. P (x) }" in exI)
apply (auto dest: CollectD1 [THEN [2] apply_type]
            intro: Collect_subset [THEN subset_Finite] funrestrict_type)
done

lemma mset_of_MCollect [simp]:
     "multiset(M) ==> mset_of({# x \ M. P(x) #}) \ mset_of(M)"
by (auto simp add: mset_of_def MCollect_def multiset_def funrestrict_def)

lemma MCollect_mem_iff [iff]:
     "x \ mset_of({#x \ M. P(x)#}) \ x \ mset_of(M) & P(x)"
by (simp add: MCollect_def mset_of_def)

lemma mcount_MCollect [simp]:
     "mcount({# x \ M. P(x) #}, a) = (if P(a) then mcount(M,a) else 0)"
by (simp add: mcount_def MCollect_def mset_of_def)

lemma multiset_partition: "multiset(M) ==> M = {# x \ M. P(x) #} +# {# x \ M. ~ P(x) #}"
by (simp add: multiset_equality)

lemma natify_elem_is_self [simp]:
     "[| multiset(M); a \ mset_of(M) |] ==> natify(M`a) = M`a"
by (auto simp add: multiset_def mset_of_def multiset_fun_iff)

(* and more algebraic laws on multisets *)

lemma munion_eq_conv_diff: "[| multiset(M); multiset(N) |]
  ==>  (M +# {#a#} = N +# {#b#}) \<longleftrightarrow>  (M = N & a = b |
       M = N -# {#a#} +# {#b#} & N = M -# {#b#} +# {#a#})"
apply (simp del: mcount_single add: multiset_equality)
apply (rule iffI, erule_tac [2] disjE, erule_tac [3] conjE)
apply (case_tac "a=b", auto)
apply (drule_tac x = a in spec)
apply (drule_tac [2] x = b in spec)
apply (drule_tac [3] x = aa in spec)
apply (drule_tac [4] x = a in spec, auto)
apply (subgoal_tac [!] "mcount (N,a) :nat")
apply (erule_tac [3] natE, erule natE, auto)
done

lemma melem_diff_single:
"multiset(M) ==>
  k \<in> mset_of(M -# {#a#}) \<longleftrightarrow> (k=a & 1 < mcount(M,a)) | (k\<noteq> a & k \<in> mset_of(M))"
apply (simp add: multiset_def)
apply (simp add: normalize_def mset_of_def msingle_def mdiff_def mcount_def)
apply (auto dest: domain_type intro: zero_less_diff [THEN iffD1]
            simp add: multiset_fun_iff apply_iff)
apply (force intro!: lam_type)
apply (force intro!: lam_type)
apply (force intro!: lam_type)
done

lemma munion_eq_conv_exist:
"[| M \ Mult(A); N \ Mult(A) |]
  ==> (M +# {#a#} = N +# {#b#}) \<longleftrightarrow>
      (M=N & a=b | (\<exists>K \<in> Mult(A). M= K +# {#b#} & N=K +# {#a#}))"
by (auto simp add: Mult_iff_multiset melem_diff_single munion_eq_conv_diff)


subsection\<open>Multiset Orderings\<close>

(* multiset on a domain A are finite functions from A to nat-{0} *)


(* multirel1 type *)

lemma multirel1_type: "multirel1(A, r) \ Mult(A)*Mult(A)"
by (auto simp add: multirel1_def)

lemma multirel1_0 [simp]: "multirel1(0, r) =0"
by (auto simp add: multirel1_def)

lemma multirel1_iff:
" \ multirel1(A, r) \
  (\<exists>a. a \<in> A &
  (\<exists>M0. M0 \<in> Mult(A) & (\<exists>K. K \<in> Mult(A) &
   M=M0 +# {#a#} & N=M0 +# K & (\<forall>b \<in> mset_of(K). <b,a> \<in> r))))"
by (auto simp add: multirel1_def Mult_iff_multiset Bex_def)


text\<open>Monotonicity of \<^term>\<open>multirel1\<close>\<close>

lemma multirel1_mono1: "A\B ==> multirel1(A, r)\multirel1(B, r)"
apply (auto simp add: multirel1_def)
apply (auto simp add: Un_subset_iff Mult_iff_multiset)
apply (rule_tac x = a in bexI)
apply (rule_tac x = M0 in bexI, simp)
apply (rule_tac x = K in bexI)
apply (auto simp add: Mult_iff_multiset)
done

lemma multirel1_mono2: "r\s ==> multirel1(A,r)\multirel1(A, s)"
apply (simp add: multirel1_def, auto)
apply (rule_tac x = a in bexI)
apply (rule_tac x = M0 in bexI)
apply (simp_all add: Mult_iff_multiset)
apply (rule_tac x = K in bexI)
apply (simp_all add: Mult_iff_multiset, auto)
done

lemma multirel1_mono:
     "[| A\B; r\s |] ==> multirel1(A, r) \ multirel1(B, s)"
apply (rule subset_trans)
apply (rule multirel1_mono1)
apply (rule_tac [2] multirel1_mono2, auto)
done

subsection\<open>Toward the proof of well-foundedness of multirel1\<close>

lemma not_less_0 [iff]: " \ multirel1(A, r)"
by (auto simp add: multirel1_def Mult_iff_multiset)

lemma less_munion: "[| \ multirel1(A, r); M0 \ Mult(A) |] ==>
  (\<exists>M. <M, M0> \<in> multirel1(A, r) & N = M +# {#a#}) |
  (\<exists>K. K \<in> Mult(A) & (\<forall>b \<in> mset_of(K). <b, a> \<in> r) & N = M0 +# K)"
apply (frule multirel1_type [THEN subsetD])
apply (simp add: multirel1_iff)
apply (auto simp add: munion_eq_conv_exist)
apply (rule_tac x="Ka +# K" in exI, auto, simp add: Mult_iff_multiset)
apply (simp (no_asm_simp) add: munion_left_cancel munion_assoc)
apply (auto simp add: munion_commute)
done

lemma multirel1_base: "[| M \ Mult(A); a \ A |] ==> \ multirel1(A, r)"
apply (auto simp add: multirel1_iff)
apply (simp add: Mult_iff_multiset)
apply (rule_tac x = a in exI, clarify)
apply (rule_tac x = M in exI, simp)
apply (rule_tac x = 0 in exI, auto)
done

lemma acc_0: "acc(0)=0"
by (auto intro!: equalityI dest: acc.dom_subset [THEN subsetD])

lemma lemma1: "[| \b \ A. \ r \
    (\<forall>M \<in> acc(multirel1(A, r)). M +# {#b#}:acc(multirel1(A, r)));
    M0 \<in> acc(multirel1(A, r)); a \<in> A;
    \<forall>M. <M,M0> \<in> multirel1(A, r) \<longrightarrow> M +# {#a#} \<in> acc(multirel1(A, r)) |]
  ==> M0 +# {#a#} \<in> acc(multirel1(A, r))"
apply (subgoal_tac "M0 \ Mult(A) ")
 prefer 2
 apply (erule acc.cases)
 apply (erule fieldE)
 apply (auto dest: multirel1_type [THEN subsetD])
apply (rule accI)
apply (rename_tac "N")
apply (drule less_munion, blast)
apply (auto simp add: Mult_iff_multiset)
apply (erule_tac P = "\x \ mset_of (K) . \ r" in rev_mp)
apply (erule_tac P = "mset_of (K) \A" in rev_mp)
apply (erule_tac M = K in multiset_induct)
(* three subgoals *)
(* subgoal 1 \<in> the induction base case *)
apply (simp (no_asm_simp))
(* subgoal 2 \<in> the induction general case *)
apply (simp add: Ball_def Un_subset_iff, clarify)
apply (drule_tac x = aa in spec, simp)
apply (subgoal_tac "aa \ A")
prefer 2 apply blast
apply (drule_tac x = "M0 +# M" and P =
       "%x. x \ acc(multirel1(A, r)) \ Q(x)" for Q in spec)
apply (simp add: munion_assoc [symmetric])
(* subgoal 3 \<in> additional conditions *)
apply (auto intro!: multirel1_base [THEN fieldI2] simp add: Mult_iff_multiset)
done

lemma lemma2: "[| \b \ A. \ r
   \<longrightarrow> (\<forall>M \<in> acc(multirel1(A, r)). M +# {#b#} :acc(multirel1(A, r)));
        M \<in> acc(multirel1(A, r)); a \<in> A|] ==> M +# {#a#} \<in> acc(multirel1(A, r))"
apply (erule acc_induct)
apply (blast intro: lemma1)
done

lemma lemma3: "[| wf[A](r); a \ A |]
      ==> \<forall>M \<in> acc(multirel1(A, r)). M +# {#a#} \<in> acc(multirel1(A, r))"
apply (erule_tac a = a in wf_on_induct, blast)
apply (blast intro: lemma2)
done

lemma lemma4: "multiset(M) ==> mset_of(M)\A \
   wf[A](r) \<longrightarrow> M \<in> field(multirel1(A, r)) \<longrightarrow> M \<in> acc(multirel1(A, r))"
apply (erule multiset_induct)
(* proving the base case *)
apply clarify
apply (rule accI, force)
apply (simp add: multirel1_def)
(* Proving the general case *)
apply clarify
apply simp
apply (subgoal_tac "mset_of (M) \A")
prefer 2 apply blast
apply clarify
apply (drule_tac a = a in lemma3, blast)
apply (subgoal_tac "M \ field (multirel1 (A,r))")
apply blast
apply (rule multirel1_base [THEN fieldI1])
apply (auto simp add: Mult_iff_multiset)
done

lemma all_accessible: "[| wf[A](r); M \ Mult(A); A \ 0|] ==> M \ acc(multirel1(A, r))"
apply (erule not_emptyE)
apply  (rule lemma4 [THEN mp, THEN mp, THEN mp])
apply (rule_tac [4] multirel1_base [THEN fieldI1])
apply  (auto simp add: Mult_iff_multiset)
done

lemma wf_on_multirel1: "wf[A](r) ==> wf[A-||>nat-{0}](multirel1(A, r))"
apply (case_tac "A=0")
apply (simp (no_asm_simp))
apply (rule wf_imp_wf_on)
apply (rule wf_on_field_imp_wf)
apply (simp (no_asm_simp) add: wf_on_0)
apply (rule_tac A = "acc (multirel1 (A,r))" in wf_on_subset_A)
apply (rule wf_on_acc)
apply (blast intro: all_accessible)
done

lemma wf_multirel1: "wf(r) ==>wf(multirel1(field(r), r))"
apply (simp (no_asm_use) add: wf_iff_wf_on_field)
apply (drule wf_on_multirel1)
apply (rule_tac A = "field (r) -||> nat - {0}" in wf_on_subset_A)
apply (simp (no_asm_simp))
apply (rule field_rel_subset)
apply (rule multirel1_type)
done

(** multirel **)

lemma multirel_type: "multirel(A, r) \ Mult(A)*Mult(A)"
apply (simp add: multirel_def)
apply (rule trancl_type [THEN subset_trans])
apply (auto dest: multirel1_type [THEN subsetD])
done

(* Monotonicity of multirel *)
lemma multirel_mono:
     "[| A\B; r\s |] ==> multirel(A, r)\multirel(B,s)"
apply (simp add: multirel_def)
apply (rule trancl_mono)
apply (rule multirel1_mono, auto)
done

(* Equivalence of multirel with the usual (closure-free) definition *)

lemma add_diff_eq: "k \ nat ==> 0 < k \ n #+ k #- 1 = n #+ (k #- 1)"
by (erule nat_induct, auto)

lemma mdiff_union_single_conv: "[|a \ mset_of(J); multiset(I); multiset(J) |]
   ==> I +# J -# {#a#} = I +# (J-# {#a#})"
apply (simp (no_asm_simp) add: multiset_equality)
apply (case_tac "a \ mset_of (I) ")
apply (auto simp add: mcount_def mset_of_def multiset_def multiset_fun_iff)
apply (auto dest: domain_type simp add: add_diff_eq)
done

lemma diff_add_commute: "[| n \ m; m \ nat; n \ nat; k \ nat |] ==> m #- n #+ k = m #+ k #- n"
by (auto simp add: le_iff less_iff_succ_add)

(* One direction *)

lemma multirel_implies_one_step:
" \ multirel(A, r) ==>
     trans[A](r) \<longrightarrow>
     (\<exists>I J K.
         I \<in> Mult(A) & J \<in> Mult(A) &  K \<in> Mult(A) &
         N = I +# J & M = I +# K & J \<noteq> 0 &
        (\<forall>k \<in> mset_of(K). \<exists>j \<in> mset_of(J). <k,j> \<in> r))"
apply (simp add: multirel_def Ball_def Bex_def)
apply (erule converse_trancl_induct)
apply (simp_all add: multirel1_iff Mult_iff_multiset)
(* Two subgoals remain *)
(* Subgoal 1 *)
apply clarify
apply (rule_tac x = M0 in exI, force)
(* Subgoal 2 *)
apply clarify
apply hypsubst_thin
apply (case_tac "a \ mset_of (Ka) ")
apply (rule_tac x = I in exI, simp (no_asm_simp))
apply (rule_tac x = J in exI, simp (no_asm_simp))
apply (rule_tac x = " (Ka -# {#a#}) +# K" in exI, simp (no_asm_simp))
apply (simp_all add: Un_subset_iff)
apply (simp (no_asm_simp) add: munion_assoc [symmetric])
apply (drule_tac t = "%M. M-#{#a#}" in subst_context)
apply (simp add: mdiff_union_single_conv melem_diff_single, clarify)
apply (erule disjE, simp)
apply (erule disjE, simp)
apply (drule_tac x = a and P = "%x. x :# Ka \ Q(x)" for Q in spec)
apply clarify
apply (rule_tac x = xa in exI)
apply (simp (no_asm_simp))
apply (blast dest: trans_onD)
(* new we know that  a\<notin>mset_of(Ka) *)
apply (subgoal_tac "a :# I")
apply (rule_tac x = "I-#{#a#}" in exI, simp (no_asm_simp))
apply (rule_tac x = "J+#{#a#}" in exI)
apply (simp (no_asm_simp) add: Un_subset_iff)
apply (rule_tac x = "Ka +# K" in exI)
apply (simp (no_asm_simp) add: Un_subset_iff)
apply (rule conjI)
apply (simp (no_asm_simp) add: multiset_equality mcount_elem [THEN succ_pred_eq_self])
apply (rule conjI)
apply (drule_tac t = "%M. M-#{#a#}" in subst_context)
apply (simp add: mdiff_union_inverse2)
apply (simp_all (no_asm_simp) add: multiset_equality)
apply (rule diff_add_commute [symmetric])
apply (auto intro: mcount_elem)
apply (subgoal_tac "a \ mset_of (I +# Ka) ")
apply (drule_tac [2] sym, auto)
done

lemma melem_imp_eq_diff_union [simp]: "[| a \ mset_of(M); multiset(M) |] ==> M -# {#a#} +# {#a#} = M"
by (simp add: multiset_equality mcount_elem [THEN succ_pred_eq_self])

lemma msize_eq_succ_imp_eq_union:
     "[| msize(M)=$# succ(n); M \ Mult(A); n \ nat |]
      ==> \<exists>a N. M = N +# {#a#} & N \<in> Mult(A) & a \<in> A"
apply (drule msize_eq_succ_imp_elem, auto)
apply (rule_tac x = a in exI)
apply (rule_tac x = "M -# {#a#}" in exI)
apply (frule Mult_into_multiset)
apply (simp (no_asm_simp))
apply (auto simp add: Mult_iff_multiset)
done

(* The second direction *)

lemma one_step_implies_multirel_lemma [rule_format (no_asm)]:
"n \ nat ==>
   (\<forall>I J K.
    I \<in> Mult(A) & J \<in> Mult(A) & K \<in> Mult(A) &
   (msize(J) = $# n & J \<noteq>0 &  (\<forall>k \<in> mset_of(K).  \<exists>j \<in> mset_of(J). <k, j> \<in> r))
    \<longrightarrow> <I +# K, I +# J> \<in> multirel(A, r))"
apply (simp add: Mult_iff_multiset)
apply (erule nat_induct, clarify)
apply (drule_tac M = J in msize_eq_0_iff, auto)
(* one subgoal remains *)
apply (subgoal_tac "msize (J) =$# succ (x) ")
 prefer 2 apply simp
apply (frule_tac A = A in msize_eq_succ_imp_eq_union)
apply (simp_all add: Mult_iff_multiset, clarify)
apply (rename_tac "J'", simp)
apply (case_tac "J' = 0")
apply (simp add: multirel_def)
apply (rule r_into_trancl, clarify)
apply (simp add: multirel1_iff Mult_iff_multiset, force)
(*Now we know J' \<noteq>  0*)
apply (drule sym, rotate_tac -1, simp)
apply (erule_tac V = "$# x = msize (J') " in thin_rl)
apply (frule_tac M = K and P = "%x. \ r" in multiset_partition)
apply (erule_tac P = "\k \ mset_of (K) . P(k)" for P in rev_mp)
apply (erule ssubst)
apply (simp add: Ball_def, auto)
apply (subgoal_tac "< (I +# {# x \ K. \ r#}) +# {# x \ K. \ r#}, (I +# {# x \ K. \ r#}) +# J'> \ multirel(A, r) ")
 prefer 2
 apply (drule_tac x = "I +# {# x \ K. \ r#}" in spec)
 apply (rotate_tac -1)
 apply (drule_tac x = "J'" in spec)
 apply (rotate_tac -1)
 apply (drule_tac x = "{# x \ K. \ r#}" in spec, simp) apply blast
apply (simp add: munion_assoc [symmetric] multirel_def)
apply (rule_tac b = "I +# {# x \ K. \ r#} +# J'" in trancl_trans, blast)
apply (rule r_into_trancl)
apply (simp add: multirel1_iff Mult_iff_multiset)
apply (rule_tac x = a in exI)
apply (simp (no_asm_simp))
apply (rule_tac x = "I +# J'" in exI)
apply (auto simp add: munion_ac Un_subset_iff)
done

lemma one_step_implies_multirel:
     "[| J \ 0; \k \ mset_of(K). \j \ mset_of(J). \ r;
         I \<in> Mult(A); J \<in> Mult(A); K \<in> Mult(A) |]
      ==> <I+#K, I+#J> \<in> multirel(A, r)"
apply (subgoal_tac "multiset (J) ")
 prefer 2 apply (simp add: Mult_iff_multiset)
apply (frule_tac M = J in msize_int_of_nat)
apply (auto intro: one_step_implies_multirel_lemma)
done

(** Proving that multisets are partially ordered **)

(*irreflexivity*)

lemma multirel_irrefl_lemma:
     "Finite(A) ==> part_ord(A, r) \ (\x \ A. \y \ A. \ r) \A=0"
apply (erule Finite_induct)
apply (auto dest: subset_consI [THEN [2] part_ord_subset])
apply (auto simp add: part_ord_def irrefl_def)
apply (drule_tac x = xa in bspec)
apply (drule_tac [2] a = xa and b = x in trans_onD, auto)
done

lemma irrefl_on_multirel:
     "part_ord(A, r) ==> irrefl(Mult(A), multirel(A, r))"
apply (simp add: irrefl_def)
apply (subgoal_tac "trans[A](r) ")
 prefer 2 apply (simp add: part_ord_def, clarify)
apply (drule multirel_implies_one_step, clarify)
apply (simp add: Mult_iff_multiset, clarify)
apply (subgoal_tac "Finite (mset_of (K))")
apply (frule_tac r = r in multirel_irrefl_lemma)
apply (frule_tac B = "mset_of (K) " in part_ord_subset)
apply simp_all
apply (auto simp add: multiset_def mset_of_def)
done

lemma trans_on_multirel: "trans[Mult(A)](multirel(A, r))"
apply (simp add: multirel_def trans_on_def)
apply (blast intro: trancl_trans)
done

lemma multirel_trans:
 "[| \ multirel(A, r); \ multirel(A, r) |] ==> \ multirel(A,r)"
apply (simp add: multirel_def)
apply (blast intro: trancl_trans)
done

lemma trans_multirel: "trans(multirel(A,r))"
apply (simp add: multirel_def)
apply (rule trans_trancl)
done

lemma part_ord_multirel: "part_ord(A,r) ==> part_ord(Mult(A), multirel(A, r))"
apply (simp (no_asm) add: part_ord_def)
apply (blast intro: irrefl_on_multirel trans_on_multirel)
done

(** Monotonicity of multiset union **)

lemma munion_multirel1_mono:
"[| \ multirel1(A, r); K \ Mult(A) |] ==> \ multirel1(A, r)"
apply (frule multirel1_type [THEN subsetD])
apply (auto simp add: multirel1_iff Mult_iff_multiset)
apply (rule_tac x = a in exI)
apply (simp (no_asm_simp))
apply (rule_tac x = "K+#M0" in exI)
apply (simp (no_asm_simp) add: Un_subset_iff)
apply (rule_tac x = Ka in exI)
apply (simp (no_asm_simp) add: munion_assoc)
done

lemma munion_multirel_mono2:
 "[| \ multirel(A, r); K \ Mult(A) |]==> \ multirel(A, r)"
apply (frule multirel_type [THEN subsetD])
apply (simp (no_asm_use) add: multirel_def)
apply clarify
apply (drule_tac psi = " \ multirel1 (A, r) ^+" in asm_rl)
apply (erule rev_mp)
apply (erule rev_mp)
apply (erule rev_mp)
apply (erule trancl_induct, clarify)
apply (blast intro: munion_multirel1_mono r_into_trancl, clarify)
apply (subgoal_tac "y \ Mult(A) ")
 prefer 2
 apply (blast dest: multirel_type [unfolded multirel_def, THEN subsetD])
apply (subgoal_tac " \ multirel1 (A, r) ")
prefer 2 apply (blast intro: munion_multirel1_mono)
apply (blast intro: r_into_trancl trancl_trans)
done

lemma munion_multirel_mono1:
     "[| \ multirel(A, r); K \ Mult(A)|] ==> \ multirel(A, r)"
apply (frule multirel_type [THEN subsetD])
apply (rule_tac P = "%x. \ multirel(A, r)" for u in munion_commute [THEN subst])
apply (subst munion_commute [of N])
apply (rule munion_multirel_mono2)
apply (auto simp add: Mult_iff_multiset)
done

lemma munion_multirel_mono:
     "[| \ multirel(A, r); \ multirel(A, r)|]
      ==> <M +# N, K +# L> \<in> multirel(A, r)"
apply (subgoal_tac "M \ Mult(A) & N \ Mult(A) & K \ Mult(A) & L \ Mult(A) ")
prefer 2 apply (blast dest: multirel_type [THEN subsetD])
apply (blast intro: munion_multirel_mono1 multirel_trans munion_multirel_mono2)
done


subsection\<open>Ordinal Multisets\<close>

(* A \<subseteq> B ==>  field(Memrel(A)) \<subseteq> field(Memrel(B)) *)
lemmas field_Memrel_mono = Memrel_mono [THEN field_mono]

(*
[| Aa \<subseteq> Ba; A \<subseteq> B |] ==>
multirel(field(Memrel(Aa)), Memrel(A))\<subseteq> multirel(field(Memrel(Ba)), Memrel(B))
*)


lemmas multirel_Memrel_mono = multirel_mono [OF field_Memrel_mono Memrel_mono]

lemma omultiset_is_multiset [simp]: "omultiset(M) ==> multiset(M)"
apply (simp add: omultiset_def)
apply (auto simp add: Mult_iff_multiset)
done

lemma munion_omultiset [simp]: "[| omultiset(M); omultiset(N) |] ==> omultiset(M +# N)"
apply (simp add: omultiset_def, clarify)
apply (rule_tac x = "i \ ia" in exI)
apply (simp add: Mult_iff_multiset Ord_Un Un_subset_iff)
apply (blast intro: field_Memrel_mono)
done

lemma mdiff_omultiset [simp]: "omultiset(M) ==> omultiset(M -# N)"
apply (simp add: omultiset_def, clarify)
apply (simp add: Mult_iff_multiset)
apply (rule_tac x = i in exI)
apply (simp (no_asm_simp))
done

(** Proving that Memrel is a partial order **)

lemma irrefl_Memrel: "Ord(i) ==> irrefl(field(Memrel(i)), Memrel(i))"
apply (rule irreflI, clarify)
apply (subgoal_tac "Ord (x) ")
prefer 2 apply (blast intro: Ord_in_Ord)
apply (drule_tac i = x in ltI [THEN lt_irrefl], auto)
done

lemma trans_iff_trans_on: "trans(r) \ trans[field(r)](r)"
by (simp add: trans_on_def trans_def, auto)

lemma part_ord_Memrel: "Ord(i) ==>part_ord(field(Memrel(i)), Memrel(i))"
apply (simp add: part_ord_def)
apply (simp (no_asm) add: trans_iff_trans_on [THEN iff_sym])
apply (blast intro: trans_Memrel irrefl_Memrel)
done

(*
  Ord(i) ==>
  part_ord(field(Memrel(i))-||>nat-{0}, multirel(field(Memrel(i)), Memrel(i)))
*)


lemmas part_ord_mless = part_ord_Memrel [THEN part_ord_multirel]

(*irreflexivity*)

lemma mless_not_refl: "~(M <# M)"
apply (simp add: mless_def, clarify)
apply (frule multirel_type [THEN subsetD])
apply (drule part_ord_mless)
apply (simp add: part_ord_def irrefl_def)
done

(* N<N ==> R *)
lemmas mless_irrefl = mless_not_refl [THEN notE, elim!]

(*transitivity*)
lemma mless_trans: "[| K <# M; M <# N |] ==> K <# N"
apply (simp add: mless_def, clarify)
apply (rule_tac x = "i \ ia" in exI)
apply (blast dest: multirel_Memrel_mono [OF Un_upper1 Un_upper1, THEN subsetD]
                   multirel_Memrel_mono [OF Un_upper2 Un_upper2, THEN subsetD]
        intro: multirel_trans Ord_Un)
done

(*asymmetry*)
lemma mless_not_sym: "M <# N ==> ~ N <# M"
apply clarify
apply (rule mless_not_refl [THEN notE])
apply (erule mless_trans, assumption)
done

lemma mless_asym: "[| M <# N; ~P ==> N <# M |] ==> P"
by (blast dest: mless_not_sym)

lemma mle_refl [simp]: "omultiset(M) ==> M <#= M"
by (simp add: mle_def)

(*anti-symmetry*)
lemma mle_antisym:
     "[| M <#= N; N <#= M |] ==> M = N"
apply (simp add: mle_def)
apply (blast dest: mless_not_sym)
done

(*transitivity*)
lemma mle_trans: "[| K <#= M; M <#= N |] ==> K <#= N"
apply (simp add: mle_def)
apply (blast intro: mless_trans)
done

lemma mless_le_iff: "M <# N \ (M <#= N & M \ N)"
by (simp add: mle_def, auto)

(** Monotonicity of mless **)

lemma munion_less_mono2: "[| M <# N; omultiset(K) |] ==> K +# M <# K +# N"
apply (simp add: mless_def omultiset_def, clarify)
apply (rule_tac x = "i \ ia" in exI)
apply (simp add: Mult_iff_multiset Ord_Un Un_subset_iff)
apply (rule munion_multirel_mono2)
 apply (blast intro: multirel_Memrel_mono [THEN subsetD])
apply (simp add: Mult_iff_multiset)
apply (blast intro: field_Memrel_mono [THEN subsetD])
done

lemma munion_less_mono1: "[| M <# N; omultiset(K) |] ==> M +# K <# N +# K"
by (force dest: munion_less_mono2 simp add: munion_commute)

lemma mless_imp_omultiset: "M <# N ==> omultiset(M) & omultiset(N)"
by (auto simp add: mless_def omultiset_def dest: multirel_type [THEN subsetD])

lemma munion_less_mono: "[| M <# K; N <# L |] ==> M +# N <# K +# L"
apply (frule_tac M = M in mless_imp_omultiset)
apply (frule_tac M = N in mless_imp_omultiset)
apply (blast intro: munion_less_mono1 munion_less_mono2 mless_trans)
done

(* <#= *)

lemma mle_imp_omultiset: "M <#= N ==> omultiset(M) & omultiset(N)"
by (auto simp add: mle_def mless_imp_omultiset)

lemma mle_mono: "[| M <#= K; N <#= L |] ==> M +# N <#= K +# L"
apply (frule_tac M = M in mle_imp_omultiset)
apply (frule_tac M = N in mle_imp_omultiset)
apply (auto simp add: mle_def intro: munion_less_mono1 munion_less_mono2 munion_less_mono)
done

lemma omultiset_0 [iff]: "omultiset(0)"
by (auto simp add: omultiset_def Mult_iff_multiset)

lemma empty_leI [simp]: "omultiset(M) ==> 0 <#= M"
apply (simp add: mle_def mless_def)
apply (subgoal_tac "\i. Ord (i) & M \ Mult(field(Memrel(i))) ")
 prefer 2 apply (simp add: omultiset_def)
apply (case_tac "M=0", simp_all, clarify)
apply (subgoal_tac "<0 +# 0, 0 +# M> \ multirel(field (Memrel(i)), Memrel(i))")
apply (rule_tac [2] one_step_implies_multirel)
apply (auto simp add: Mult_iff_multiset)
done

lemma munion_upper1: "[| omultiset(M); omultiset(N) |] ==> M <#= M +# N"
apply (subgoal_tac "M +# 0 <#= M +# N")
apply (rule_tac [2] mle_mono, auto)
done

end

¤ Dauer der Verarbeitung: 0.17 Sekunden  (vorverarbeitet)  ¤





Download des
Quellennavigators
Download des
sprechenden Kalenders

in der Quellcodebibliothek suchen




Haftungshinweis

Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.


Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung ist noch experimentell.


Bot Zugriff



                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....
    

Besucherstatistik

Besucherstatistik