products/sources/formale sprachen/Coq/plugins/micromega image not shown  

Quellcode-Bibliothek

© Kompilation durch diese Firma

[Weder Korrektheit noch Funktionsfähigkeit der Software werden zugesichert.]

Datei: asinx.prf   Sprache: SML

Untersuchung Coq©

(* ========================================================================= *)
(* - This code originates from John Harrison's HOL LIGHT 2.30                *)
(*   (see file LICENSE.sos for license, copyright and disclaimer)            *)
(* - Laurent Théry ([email protected]) has isolated the HOL              *)
(*   independent bits                                                        *)
(* - Frédéric Besson ([email protected]) is using it to feed  micromega       *)
(* ========================================================================= *)

(* ========================================================================= *)
(* Nonlinear universal reals procedure using SOS decomposition.              *)
(* ========================================================================= *)
open Num;;
open Sos_types;;
open Sos_lib;;

(*
prioritize_real();;
*)


let debugging = ref false;;

exception Sanity;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Turn a rational into a decimal string with d sig digits.                  *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let decimalize =
  let rec normalize y =
    if abs_num y </ Int 1 // Int 10 then normalize (Int 10 */ y) - 1
    else if abs_num y >=/ Int 1 then normalize (y // Int 10) + 1
    else 0 in
  fun d x ->
    if x =/ Int 0 then "0.0" else
    let y = abs_num x in
    let e = normalize y in
    let z = pow10(-e) */ y +/ Int 1 in
    let k = round_num(pow10 d */ z) in
    (if x </ Int 0 then "-0." else "0.") ^
    implode(List.tl(explode(string_of_num k))) ^
    (if e = 0 then "" else "e"^string_of_int e);;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Iterations over numbers, and lists indexed by numbers.                    *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let rec itern k l f a =
  match l with
    [] -> a
  | h::t -> itern (k + 1) t f (f h k a);;

let rec iter (m,n) f a =
  if n < m then a
  else iter (m+1,n) f (f m a);;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* The main types.                                                           *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

type vector = int*(int,num)func;;

type matrix = (int*int)*(int*int,num)func;;

type monomial = (vname,int)func;;

type poly = (monomial,num)func;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Assignment avoiding zeros.                                                *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let (|-->) x y a = if y =/ Int 0 then a else (x |-> y) a;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* This can be generic.                                                      *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let element (d,v) i = tryapplyd v i (Int 0);;

let mapa f (d,v) =
  d,foldl (fun a i c -> (i |--> f(c)) a) undefined v;;

let is_zero (d,v) =
  match v with
    Empty -> true
  | _ -> false;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Vectors. Conventionally indexed 1..n.                                     *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let vector_0 n = (n,undefined:vector);;

let dim (v:vector) = fst v;;

let vector_const c n =
  if c =/ Int 0 then vector_0 n
  else (n,List.fold_right (fun k -> k |-> c) (1--n) undefined :vector);;

let vector_cmul c (v:vector) =
  let n = dim v in
  if c =/ Int 0 then vector_0 n
  else n,mapf (fun x -> c */ x) (snd v)

let vector_of_list l =
  let n = List.length l in
  (n,List.fold_right2 (|->) (1--n) l undefined :vector);;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Matrices; again rows and columns indexed from 1.                          *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let matrix_0 (m,n) = ((m,n),undefined:matrix);;

let dimensions (m:matrix) = fst m;;

let matrix_cmul c (m:matrix) =
  let (i,j) = dimensions m in
  if c =/ Int 0 then matrix_0 (i,j)
  else (i,j),mapf (fun x -> c */ x) (snd m);;

let matrix_neg (m:matrix) = (dimensions m,mapf minus_num (snd m) :matrix);;

let matrix_add (m1:matrix) (m2:matrix) =
  let d1 = dimensions m1 and d2 = dimensions m2 in
  if d1 <> d2 then failwith "matrix_add: incompatible dimensions"
  else (d1,combine (+/) (fun x -> x =/ Int 0) (snd m1) (snd m2) :matrix);;

let row k (m:matrix) =
  let i,j = dimensions m in
  (j,
   foldl (fun a (i,j) c -> if i = k then (j |-> c) a else a) undefined (snd m)
   : vector);;

let column k (m:matrix) =
  let i,j = dimensions m in
  (i,
   foldl (fun a (i,j) c -> if j = k then (i |-> c) a else a) undefined (snd m)
   : vector);;

let diagonal (v:vector) =
  let n = dim v in
  ((n,n),foldl (fun a i c -> ((i,i) |-> c) a) undefined (snd v) : matrix);;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Monomials.                                                                *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)
let monomial_1 = (undefined:monomial);;

let monomial_var x = (x |=> 1 :monomial);;

let (monomial_mul:monomial->monomial->monomial) =
  combine (+) (fun x -> false);;

let monomial_degree x (m:monomial) = tryapplyd m x 0;;

let monomial_multidegree (m:monomial) = foldl (fun a x k -> k + a) 0 m;;

let monomial_variables m = dom m;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Polynomials.                                                              *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)
let poly_0 = (undefined:poly);;

let poly_isconst (p:poly) = foldl (fun a m c -> m = monomial_1 && a) true p;;

let poly_var x = ((monomial_var x) |=> Int 1 :poly);;

let poly_const c =
  if c =/ Int 0 then poly_0 else (monomial_1 |=> c);;

let poly_cmul c (p:poly) =
  if c =/ Int 0 then poly_0
  else mapf (fun x -> c */ x) p;;

let poly_neg (p:poly) = (mapf minus_num p :poly);;

let poly_add (p1:poly) (p2:poly) =
  (combine (+/) (fun x -> x =/ Int 0) p1 p2 :poly);;

let poly_sub p1 p2 = poly_add p1 (poly_neg p2);;

let poly_cmmul (c,m) (p:poly) =
  if c =/ Int 0 then poly_0
  else if m = monomial_1 then mapf (fun d -> c */ d) p
  else foldl (fun a m' d -> (monomial_mul m m' |-> c */ d) a) poly_0 p;;

let poly_mul (p1:poly) (p2:poly) =
  foldl (fun a m c -> poly_add (poly_cmmul (c,m) p2) a) poly_0 p1;;

let poly_square p = poly_mul p p;;

let rec poly_pow p k =
  if k = 0 then poly_const (Int 1)
  else if k = 1 then p
  else let q = poly_square(poly_pow p (k / 2)) in
       if k mod 2 = 1 then poly_mul p q else q;;

let degree x (p:poly) = foldl (fun a m c -> max (monomial_degree x m) a) 0 p;;

let multidegree (p:poly) =
  foldl (fun a m c -> max (monomial_multidegree m) a) 0 p;;

let poly_variables (p:poly) =
  foldr (fun m c -> union (monomial_variables m)) p [];;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Order monomials for human presentation.                                   *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let humanorder_varpow (x1,k1) (x2,k2) = x1 < x2 || x1 = x2 && k1 > k2;;

let humanorder_monomial =
  let rec ord l1 l2 = match (l1,l2) with
    _,[] -> true
  | [],_ -> false
  | h1::t1,h2::t2 -> humanorder_varpow h1 h2 || h1 = h2 && ord t1 t2 in
  fun m1 m2 -> m1 = m2 ||
               ord (sort humanorder_varpow (graph m1))
                   (sort humanorder_varpow (graph m2));;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Conversions to strings.                                                   *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let string_of_vname (v:vname): string = (v: string);;

let string_of_varpow x k =
  if k = 1 then string_of_vname x else string_of_vname x^"^"^string_of_int k;;

let string_of_monomial m =
  if m = monomial_1 then "1" else
  let vps = List.fold_right (fun (x,k) a -> string_of_varpow x k :: a)
                            (sort humanorder_varpow (graph m)) [] in
  String.concat "*" vps;;

let string_of_cmonomial (c,m) =
  if m = monomial_1 then string_of_num c
  else if c =/ Int 1 then string_of_monomial m
  else string_of_num c ^ "*" ^ string_of_monomial m;;

let string_of_poly (p:poly) =
  if p = poly_0 then "<<0>>" else
  let cms = sort (fun (m1,_) (m2,_) -> humanorder_monomial m1 m2) (graph p) in
  let s =
    List.fold_left (fun a (m,c) ->
             if c </ Int 0 then a ^ " - " ^ string_of_cmonomial(minus_num c,m)
             else a ^ " + " ^ string_of_cmonomial(c,m))
          "" cms in
  let s1 = String.sub s 0 3
  and s2 = String.sub s 3 (String.length s - 3) in
  "<<" ^(if s1 = " + " then s2 else "-"^s2)^">>";;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Printers.                                                                 *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

(*
let print_vector v = Format.print_string(string_of_vector 0 20 v);;

let print_matrix m = Format.print_string(string_of_matrix 20 m);;

let print_monomial m = Format.print_string(string_of_monomial m);;

let print_poly m = Format.print_string(string_of_poly m);;

#install_printer print_vector;;
#install_printer print_matrix;;
#install_printer print_monomial;;
#install_printer print_poly;;
*)


(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Conversion from  term.                                                 *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let rec poly_of_term t = match t with
  Zero -> poly_0
Const n -> poly_const n
| Var x -> poly_var x
| Opp t1 -> poly_neg (poly_of_term t1)
| Add (l, r) -> poly_add (poly_of_term l) (poly_of_term r)
Sub (l, r) -> poly_sub (poly_of_term l) (poly_of_term r)
| Mul (l, r) -> poly_mul (poly_of_term l) (poly_of_term r)
| Pow (t, n) ->
      poly_pow (poly_of_term t) n;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* String of vector (just a list of space-separated numbers).                *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let sdpa_of_vector (v:vector) =
  let n = dim v in
  let strs = List.map (o (decimalize 20)  (element v)) (1--n) in
  String.concat " " strs ^ "\n";;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* String for a matrix numbered k, in SDPA sparse format.                    *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let sdpa_of_matrix k (m:matrix) =
  let pfx = string_of_int k ^ " 1 " in
  let ms = foldr (fun (i,j) c a -> if i > j then a else ((i,j),c)::a)
                 (snd m) [] in
  let mss = sort (increasing fst) ms in
  List.fold_right (fun ((i,j),c) a ->
     pfx ^ string_of_int i ^ " " ^ string_of_int j ^
     " " ^ decimalize 20 c ^ "\n" ^ a) mss "";;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* String in SDPA sparse format for standard SDP problem:                    *)
(*                                                                           *)
(*    X = v_1 * [M_1] + ... + v_m * [M_m] - [M_0] must be PSD                *)
(*    Minimize obj_1 * v_1 + ... obj_m * v_m                                 *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let sdpa_of_problem comment obj mats =
  let m = List.length mats - 1
  and n,_ = dimensions (List.hd mats) in
  "\"" ^ comment ^ "\"\n" ^
  string_of_int m ^ "\n" ^
  "1\n" ^
  string_of_int n ^ "\n" ^
  sdpa_of_vector obj ^
  List.fold_right2 (fun k m a -> sdpa_of_matrix (k - 1) m ^ a)
          (1--List.length mats) mats "";;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* More parser basics.                                                       *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let word s =
   end_itlist (fun p1 p2 -> (p1 ++ p2) >> (fun (s,t) -> s^t))
              (List.map a (explode s));;
let token s =
  many (some isspace) ++ word s ++ many (some isspace)
  >> (fun ((_,t),_) -> t);;

let decimal =
  let (||) = parser_or in
  let numeral = some isnum in
  let decimalint = atleast 1 numeral >> ((o) Num.num_of_string  implode) in
  let decimalfrac = atleast 1 numeral
    >> (fun s -> Num.num_of_string(implode s) // pow10 (List.length s)) in
  let decimalsig =
    decimalint ++ possibly (a "." ++ decimalfrac >> snd)
    >> (function (h,[x]) -> h +/ x | (h,_) -> h) in
  let signed prs =
       a "-" ++ prs >> ((o) minus_num snd)
    || a "+" ++ prs >> snd
    || prs in
  let exponent = (a "e" || a "E") ++ signed decimalint >> snd in
    signed decimalsig ++ possibly exponent
    >> (function (h,[x]) -> h */ power_num (Int 10) x | (h,_) -> h);;

let mkparser p s =
  let x,rst = p(explode s) in
  if rst = [] then x else failwith "mkparser: unparsed input";;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Parse back a vector.                                                      *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let _parse_sdpaoutput, parse_csdpoutput =
  let (||) = parser_or in
  let vector =
    token "{" ++ listof decimal (token ",""decimal" ++ token "}"
               >> (fun ((_,v),_) -> vector_of_list v) in
  let rec skipupto dscr prs inp =
      (dscr ++ prs >> snd
    || some (fun c -> true) ++ skipupto dscr prs >> snd) inp in
  let ignore inp = (),[] in
  let sdpaoutput =
    skipupto (word "xVec" ++ token "=")
             (vector ++ ignore >> fst) in
  let csdpoutput =
    (decimal ++ many(a " " ++ decimal >> snd) >> (fun (h,t) -> h::t)) ++
    (a " " ++ a "\n" ++ ignore) >> ((o) vector_of_list fst) in
  mkparser sdpaoutput,mkparser csdpoutput;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* The default parameters. Unfortunately this goes to a fixed file.          *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let _sdpa_default_parameters =
"100 unsigned int maxIteration;\
\n1.0E-7  double 0.0 < epsilonStar;\
\n1.0E2   double 0.0 < lambdaStar;\
\n2.0     double 1.0 < omegaStar;\
\n-1.0E5  double lowerBound;\
\n1.0E5   double upperBound;\
\n0.1     double 0.0 <= betaStar <  1.0;\
\n0.2     double 0.0 <= betaBar  <  1.0, betaStar <= betaBar;\
\n0.9     double 0.0 < gammaStar  <  1.0;\
\n1.0E-7  double 0.0 < epsilonDash;\
\n";;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* These were suggested by Makoto Yamashita for problems where we are        *)
(* right at the edge of the semidefinite cone, as sometimes happens.         *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let sdpa_alt_parameters =
"1000 unsigned int maxIteration;\
\n1.0E-7  double 0.0 < epsilonStar;\
\n1.0E4   double 0.0 < lambdaStar;\
\n2.0     double 1.0 < omegaStar;\
\n-1.0E5  double lowerBound;\
\n1.0E5   double upperBound;\
\n0.1     double 0.0 <= betaStar <  1.0;\
\n0.2     double 0.0 <= betaBar  <  1.0, betaStar <= betaBar;\
\n0.9     double 0.0 < gammaStar  <  1.0;\
\n1.0E-7  double 0.0 < epsilonDash;\
\n";;

let _sdpa_params = sdpa_alt_parameters;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* CSDP parameters; so far I'm sticking with the defaults.                   *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let csdp_default_parameters =
"axtol=1.0e-8\
\natytol=1.0e-8\
\nobjtol=1.0e-8\
\npinftol=1.0e8\
\ndinftol=1.0e8\
\nmaxiter=100\
\nminstepfrac=0.9\
\nmaxstepfrac=0.97\
\nminstepp=1.0e-8\
\nminstepd=1.0e-8\
\nusexzgap=1\
\ntweakgap=0\
\naffine=0\
\nprintlevel=1\
\n";;

let csdp_params = csdp_default_parameters;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Now call CSDP on a problem and parse back the output.                     *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let run_csdp dbg obj mats =
  let input_file = Filename.temp_file "sos" ".dat-s" in
  let output_file =
    String.sub input_file 0 (String.length input_file - 6) ^ ".out"
  and params_file = Filename.concat temp_path "param.csdp" in
  file_of_string input_file (sdpa_of_problem "" obj mats);
  file_of_string params_file csdp_params;
  let rv = Sys.command("cd "^temp_path^"; csdp "^input_file ^
                        " " ^ output_file ^
                       (if dbg then "" else "> /dev/null")) in
  let op = string_of_file output_file in
  let res = parse_csdpoutput op in
  ((if dbg then ()
    else (Sys.remove input_file; Sys.remove output_file));
    rv,res);;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Try some apparently sensible scaling first. Note that this is purely to   *)
(* get a cleaner translation to floating-point, and doesn't affect any of    *)
(* the results, in principle. In practice it seems a lot better when there   *)
(* are extreme numbers in the original problem.                              *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let scale_then =
  let common_denominator amat acc =
    foldl (fun a m c -> lcm_num (denominator c) a) acc amat
  and maximal_element amat acc =
    foldl (fun maxa m c -> max_num maxa (abs_num c)) acc amat in
  fun solver obj mats ->
    let cd1 = List.fold_right common_denominator mats (Int 1)
    and cd2 = common_denominator (snd obj)  (Int 1) in
    let mats' = List.map (mapf (fun x -> cd1 */ x)) mats
    and obj' = vector_cmul cd2 obj in
    let max1 = List.fold_right maximal_element mats' (Int 0)
    and max2 = maximal_element (snd obj') (Int 0) in
    let scal1 = pow2 (20-int_of_float(log(float_of_num max1) /. log 2.0))
    and scal2 = pow2 (20-int_of_float(log(float_of_num max2) /. log 2.0)) in
    let mats'' = List.map (mapf (fun x -> x */ scal1)) mats'
    and obj'' = vector_cmul scal2 obj' in
    solver obj'' mats'';;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Round a vector to "nice" rationals.                                       *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let nice_rational n x = round_num (n */ x) // n;;

let nice_vector n = mapa (nice_rational n);;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Reduce linear program to SDP (diagonal matrices) and test with CSDP. This *)
(* one tests A [-1;x1;..;xn] >= 0 (i.e. left column is negated constants).   *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let linear_program_basic a =
  let m,n = dimensions a in
  let mats =  List.map (fun j -> diagonal (column j a)) (1--n)
  and obj = vector_const (Int 1) m in
  let rv,res = run_csdp false obj mats in
  if rv = 1 || rv = 2 then false
  else if rv = 0 then true
  else failwith "linear_program: An error occurred in the SDP solver";;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Test whether a point is in the convex hull of others. Rather than use     *)
(* computational geometry, express as linear inequalities and call CSDP.     *)
(* This is a bit lazy of me, but it's easy and not such a bottleneck so far. *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let in_convex_hull pts pt =
  let pts1 = (1::pt) :: List.map (fun x -> 1::x) pts in
  let pts2 = List.map (fun p -> List.map (fun x -> -x) p @ p) pts1 in
  let n = List.length pts + 1
  and v = 2 * (List.length pt + 1) in
  let m = v + n - 1 in
  let mat =
    (m,n),
    itern 1 pts2 (fun pts j -> itern 1 pts (fun x i -> (i,j) |-> Int x))
                 (iter (1,n) (fun i -> (v + i,i+1) |-> Int 1) undefined) in
  linear_program_basic mat;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Filter down a set of points to a minimal set with the same convex hull.   *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let minimal_convex_hull =
  let augment1 = function
    | [] -> assert false
    | (m::ms) -> if in_convex_hull ms m then ms else ms@[m] in
  let augment m ms = funpow 3 augment1 (m::ms) in
  fun mons ->
    let mons' = List.fold_right augment (List.tl mons) [List.hd mons] in
    funpow (List.length mons') augment1 mons';;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Stuff for "equations" (generic A->num functions).                         *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let equation_cmul c eq =
  if c =/ Int 0 then Empty else mapf (fun d -> c */ d) eq;;

let equation_add eq1 eq2 = combine (+/) (fun x -> x =/ Int 0) eq1 eq2;;

let equation_eval assig eq =
  let value v = apply assig v in
  foldl (fun a v c -> a +/ value(v) */ c) (Int 0) eq;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Eliminate all variables, in an essentially arbitrary order.               *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let eliminate_all_equations one =
  let choose_variable eq =
    let (v,_) = choose eq in
    if v = one then
      let eq' = undefine v eq in
      if is_undefined eq' then failwith "choose_variable" else
      let (w,_) = choose eq' in w
    else v in
  let rec eliminate dun eqs =
    match eqs with
      [] -> dun
    | eq::oeqs ->
        if is_undefined eq then eliminate dun oeqs else
        let v = choose_variable eq in
        let a = apply eq v in
        let eq' = equation_cmul (Int(-1) // a) (undefine v eq) in
        let elim e =
          let b = tryapplyd e v (Int 0) in
          if b =/ Int 0 then e else
          equation_add e (equation_cmul (minus_num b // a) eq) in
        eliminate ((v |-> eq') (mapf elim dun)) (List.map elim oeqs) in
  fun eqs ->
    let assig = eliminate undefined eqs in
    let vs = foldl (fun a x f -> subtract (dom f) [one] @ a) [] assig in
    setify vs,assig;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Hence produce the "relevant" monomials: those whose squares lie in the    *)
(* Newton polytope of the monomials in the input. (This is enough according  *)
(* to Reznik: "Extremal PSD forms with few terms", Duke Math. Journal,       *)
(* vol 45, pp. 363--374, 1978.                                               *)
(*                                                                           *)
(* These are ordered in sort of decreasing degree. In particular the         *)
(* constant monomial is last; this gives an order in diagonalization of the  *)
(* quadratic form that will tend to display constants.                       *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let newton_polytope pol =
  let vars = poly_variables pol in
  let mons = List.map (fun m -> List.map (fun x -> monomial_degree x m) vars) (dom pol)
  and ds = List.map (fun x -> (degree x pol + 1) / 2) vars in
  let all = List.fold_right (fun n -> allpairs (fun h t -> h::t) (0--n)) ds [[]]
  and mons' = minimal_convex_hull mons in
  let all' =
    List.filter (fun m -> in_convex_hull mons' (List.map (fun x -> 2 * x) m)) all in
  List.map (fun m -> List.fold_right2 (fun v i a -> if i = 0 then a else (v |-> i) a)
                        vars m monomial_1) (List.rev all');;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Diagonalize (Cholesky/LDU) the matrix corresponding to a quadratic form.  *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let diag m =
  let nn = dimensions m in
  let n = fst nn in
  if snd nn <> n then failwith "diagonalize: non-square matrix" else
  let rec diagonalize i m =
    if is_zero m then [] else
    let a11 = element m (i,i) in
    if a11 </ Int 0 then failwith "diagonalize: not PSD"
    else if a11 =/ Int 0 then
      if is_zero(row i m) then diagonalize (i + 1) m
      else failwith "diagonalize: not PSD"
    else
      let v = row i m in
      let v' = mapa (fun a1k -> a1k // a11) v in
      let m' =
      (n,n),
      iter (i+1,n) (fun j ->
          iter (i+1,n) (fun k ->
              ((j,k) |--> (element m (j,k) -/ element v j */ element v' k))))
          undefined in
      (a11,v')::diagonalize (i + 1) m' in
  diagonalize 1 m;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Adjust a diagonalization to collect rationals at the start.               *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let deration d =
  if d = [] then Int 0,d else
  let adj(c,l) =
    let a = foldl (fun a i c -> lcm_num a (denominator c)) (Int 1) (snd l) //
            foldl (fun a i c -> gcd_num a (numerator c)) (Int 0) (snd l) in
    (c // (a */ a)),mapa (fun x -> a */ x) l in
  let d' = List.map adj d in
  let a = List.fold_right ((o) lcm_num ( (o) denominator fst)) d' (Int 1) //
          List.fold_right ((o) gcd_num ( (o) numerator fst)) d' (Int 0) in
  (Int 1 // a),List.map (fun (c,l) -> (a */ c,l)) d';;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Enumeration of monomials with given multidegree bound.                    *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let rec enumerate_monomials d vars =
  if d < 0 then []
  else if d = 0 then [undefined]
  else if vars = [] then [monomial_1] else
  let alts =
    List.map (fun k -> let oths = enumerate_monomials (d - k) (List.tl vars) in
                  List.map (fun ks -> if k = 0 then ks else (List.hd vars |-> k) ks) oths)
        (0--d) in
  end_itlist (@) alts;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Enumerate products of distinct input polys with degree <= d.              *)
(* We ignore any constant input polynomials.                                 *)
(* Give the output polynomial and a record of how it was derived.            *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let rec enumerate_products d pols =
  if d = 0 then [poly_const num_1,Rational_lt num_1] else if d < 0 then [] else
  match pols with
    [] -> [poly_const num_1,Rational_lt num_1]
  | (p,b)::ps -> let e = multidegree p in
                 if e = 0 then enumerate_products d ps else
                 enumerate_products d ps @
                 List.map (fun (q,c) -> poly_mul p q,Product(b,c))
                     (enumerate_products (d - e) ps);;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Multiply equation-parametrized poly by regular poly and add accumulator.  *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let epoly_pmul p q acc =
  foldl (fun a m1 c ->
           foldl (fun b m2 e ->
                        let m =  monomial_mul m1 m2 in
                        let es = tryapplyd b m undefined in
                        (m |-> equation_add (equation_cmul c e) es) b)
                 a q) acc p;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Convert regular polynomial. Note that we treat (0,0,0) as -1.             *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let epoly_of_poly p =
  foldl (fun a m c -> (m |-> ((0,0,0) |=> minus_num c)) a) undefined p;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* String for block diagonal matrix numbered k.                              *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let sdpa_of_blockdiagonal k m =
  let pfx = string_of_int k ^" " in
  let ents =
    foldl (fun a (b,i,j) c -> if i > j then a else ((b,i,j),c)::a) [] m in
  let entss = sort (increasing fst) ents in
  List.fold_right (fun ((b,i,j),c) a ->
     pfx ^ string_of_int b ^ " " ^ string_of_int i ^ " " ^ string_of_int j ^
     " " ^ decimalize 20 c ^ "\n" ^ a) entss "";;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* SDPA for problem using block diagonal (i.e. multiple SDPs)                *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let sdpa_of_blockproblem comment nblocks blocksizes obj mats =
  let m = List.length mats - 1 in
  "\"" ^ comment ^ "\"\n" ^
  string_of_int m ^ "\n" ^
  string_of_int nblocks ^ "\n" ^
  (String.concat " " (List.map string_of_int blocksizes)) ^
  "\n" ^
  sdpa_of_vector obj ^
  List.fold_right2 (fun k m a -> sdpa_of_blockdiagonal (k - 1) m ^ a)
          (1--List.length mats) mats "";;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Hence run CSDP on a problem in block diagonal form.                       *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let run_csdp dbg nblocks blocksizes obj mats =
  let input_file = Filename.temp_file "sos" ".dat-s" in
  let output_file =
    String.sub input_file 0 (String.length input_file - 6) ^ ".out"
  and params_file = Filename.concat temp_path "param.csdp" in
  file_of_string input_file
   (sdpa_of_blockproblem "" nblocks blocksizes obj mats);
  file_of_string params_file csdp_params;
  let rv = Sys.command("cd "^temp_path^"; csdp "^input_file ^
                        " " ^ output_file ^
                       (if dbg then "" else "> /dev/null")) in
  let op = string_of_file output_file in
  let res = parse_csdpoutput op in
  ((if dbg then ()
    else (Sys.remove input_file; Sys.remove output_file));
    rv,res);;

let csdp nblocks blocksizes obj mats =
  let rv,res = run_csdp (!debugging) nblocks blocksizes obj mats in
  (if rv = 1 || rv = 2 then failwith "csdp: Problem is infeasible"
   else if rv = 3 then ()
    (*Format.print_string "csdp warning: Reduced accuracy";
     Format.print_newline() *)

   else if rv <> 0 then failwith("csdp: error "^string_of_int rv)
   else ());
  res;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* 3D versions of matrix operations to consider blocks separately.           *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let bmatrix_add = combine (+/) (fun x -> x =/ Int 0);;

let bmatrix_cmul c bm =
  if c =/ Int 0 then undefined
  else mapf (fun x -> c */ x) bm;;

let bmatrix_neg = bmatrix_cmul (Int(-1));;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Smash a block matrix into components.                                     *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let blocks blocksizes bm =
  List.map (fun (bs,b0) ->
        let m = foldl
          (fun a (b,i,j) c -> if b = b0 then ((i,j) |-> c) a else a)
          undefined bm in
        (((bs,bs),m):matrix))
      (List.combine blocksizes (1--List.length blocksizes));;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Positiv- and Nullstellensatz. Flag "linf" forces a linear representation. *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let real_positivnullstellensatz_general linf d eqs leqs pol =
  let vars = List.fold_right ((o) union poly_variables) (pol::eqs @ List.map fst leqs) [] in
  let monoid =
    if linf then
      (poly_const num_1,Rational_lt num_1)::
      (List.filter (fun (p,c) -> multidegree p <= d) leqs)
    else enumerate_products d leqs in
  let nblocks = List.length monoid in
  let mk_idmultiplier k p =
    let e = d - multidegree p in
    let mons = enumerate_monomials e vars in
    let nons = List.combine mons (1--List.length mons) in
    mons,
    List.fold_right (fun (m,n) -> (m |-> ((-k,-n,n) |=> Int 1))) nons undefined in
  let mk_sqmultiplier k (p,c) =
    let e = (d - multidegree p) / 2 in
    let mons = enumerate_monomials e vars in
    let nons = List.combine mons (1--List.length mons) in
    mons,
    List.fold_right (fun (m1,n1) ->
      List.fold_right (fun (m2,n2) a ->
          let m = monomial_mul m1 m2 in
          if n1 > n2 then a else
          let c = if n1 = n2 then Int 1 else Int 2 in
          let e = tryapplyd a m undefined in
          (m |-> equation_add ((k,n1,n2) |=> c) e) a)
         nons)
       nons undefined in
  let sqmonlist,sqs = List.split(List.map2 mk_sqmultiplier (1--List.length monoid) monoid)
  and idmonlist,ids =  List.split(List.map2 mk_idmultiplier (1--List.length eqs) eqs) in
  let blocksizes = List.map List.length sqmonlist in
  let bigsum =
    List.fold_right2 (fun p q a -> epoly_pmul p q a) eqs ids
            (List.fold_right2 (fun (p,c) s a -> epoly_pmul p s a) monoid sqs
                     (epoly_of_poly(poly_neg pol))) in
  let eqns = foldl (fun a m e -> e::a) [] bigsum in
  let pvs,assig = eliminate_all_equations (0,0,0) eqns in
  let qvars = (0,0,0)::pvs in
  let allassig = List.fold_right (fun v -> (v |-> (v |=> Int 1))) pvs assig in
  let mk_matrix v =
    foldl (fun m (b,i,j) ass -> if b < 0 then m else
                                let c = tryapplyd ass v (Int 0) in
                                if c =/ Int 0 then m else
                                ((b,j,i) |-> c) (((b,i,j) |-> c) m))
          undefined allassig in
  let diagents = foldl
    (fun a (b,i,j) e -> if b > 0 && i = j then equation_add e a else a)
    undefined allassig in
  let mats = List.map mk_matrix qvars
  and obj = List.length pvs,
            itern 1 pvs (fun v i -> (i |--> tryapplyd diagents v (Int 0)))
                        undefined in
  let raw_vec = if pvs = [] then vector_0 0
                else scale_then (csdp nblocks blocksizes) obj mats in
  let find_rounding d =
   (if !debugging then
     (Format.print_string("Trying rounding with limit "^string_of_num d);
      Format.print_newline())
    else ());
    let vec = nice_vector d raw_vec in
    let blockmat = iter (1,dim vec)
     (fun i a -> bmatrix_add (bmatrix_cmul (element vec i) (List.nth mats i)) a)
     (bmatrix_neg (List.nth mats 0)) in
    let allmats = blocks blocksizes blockmat in
    vec,List.map diag allmats in
  let vec,ratdias =
    if pvs = [] then find_rounding num_1
    else tryfind find_rounding (List.map Num.num_of_int (1--31) @
                                List.map pow2 (5--66)) in
  let newassigs =
    List.fold_right (fun k -> List.nth pvs (k - 1) |-> element vec k)
           (1--dim vec) ((0,0,0) |=> Int(-1)) in
  let finalassigs =
    foldl (fun a v e -> (v |-> equation_eval newassigs e) a) newassigs
          allassig in
  let poly_of_epoly p =
    foldl (fun a v e -> (v |--> equation_eval finalassigs e) a)
          undefined p in
  let mk_sos mons =
    let mk_sq (c,m) =
        c,List.fold_right (fun k a -> (List.nth mons (k - 1) |--> element m k) a)
                 (1--List.length mons) undefined in
    List.map mk_sq in
  let sqs = List.map2 mk_sos sqmonlist ratdias
  and cfs = List.map poly_of_epoly ids in
  let msq = List.filter (fun (a,b) -> b <> []) (List.map2 (fun a b -> a,b) monoid sqs) in
  let eval_sq sqs = List.fold_right
   (fun (c,q) -> poly_add (poly_cmul c (poly_mul q q))) sqs poly_0 in
  let sanity =
    List.fold_right (fun ((p,c),s) -> poly_add (poly_mul p (eval_sq s))) msq
           (List.fold_right2 (fun p q -> poly_add (poly_mul p q)) cfs eqs
                    (poly_neg pol)) in
  if not(is_undefined sanity) then raise Sanity else
  cfs,List.map (fun (a,b) -> snd a,b) msq;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* The ordering so we can create canonical HOL polynomials.                  *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let dest_monomial mon = sort (increasing fst) (graph mon);;

let monomial_order =
  let rec lexorder l1 l2 =
    match (l1,l2) with
      [],[] -> true
    | vps,[] -> false
    | [],vps -> true
    | ((x1,n1)::vs1),((x2,n2)::vs2) ->
          if x1 < x2 then true
          else if x2 < x1 then false
          else if n1 < n2 then false
          else if n2 < n1 then true
          else lexorder vs1 vs2 in
  fun m1 m2 ->
    if m2 = monomial_1 then true else if m1 = monomial_1 then false else
    let mon1 = dest_monomial m1 and mon2 = dest_monomial m2 in
    let deg1 = List.fold_right ((o) (+) snd) mon1 0
    and deg2 = List.fold_right ((o) (+) snd) mon2 0 in
    if deg1 < deg2 then false else if deg1 > deg2 then true
    else lexorder mon1 mon2;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Map back polynomials and their composites to HOL.                         *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let term_of_varpow =
  fun x k ->
    if k = 1 then Var x else Pow (Var x, k);;

let term_of_monomial =
  fun m -> if m = monomial_1 then Const num_1 else
           let m' = dest_monomial m in
           let vps = List.fold_right (fun (x,k) a -> term_of_varpow x k :: a) m' [] in
           end_itlist (fun s t -> Mul (s,t)) vps;;

let term_of_cmonomial =
  fun (m,c) ->
    if m = monomial_1 then Const c
    else if c =/ num_1 then term_of_monomial m
    else Mul (Const c,term_of_monomial m);;

let term_of_poly =
  fun p ->
    if p = poly_0 then Zero else
    let cms = List.map term_of_cmonomial
     (sort (fun (m1,_) (m2,_) -> monomial_order m1 m2) (graph p)) in
    end_itlist (fun t1 t2 -> Add (t1,t2)) cms;;

let term_of_sqterm (c,p) =
  Product(Rational_lt c,Square(term_of_poly p));;

let term_of_sos (pr,sqs) =
  if sqs = [] then pr
  else Product(pr,end_itlist (fun a b -> Sum(a,b)) (List.map term_of_sqterm sqs));;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Some combinatorial helper functions.                                      *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let rec allpermutations l =
  if l = [] then [[]] else
  List.fold_right (fun h acc -> List.map (fun t -> h::t)
                (allpermutations (subtract l [h])) @ acc) l [];;

let changevariables_monomial zoln (m:monomial) =
  foldl (fun a x k -> (List.assoc x zoln |-> k) a) monomial_1 m;;

let changevariables zoln pol =
  foldl (fun a m c -> (changevariables_monomial zoln m |-> c) a)
        poly_0 pol;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Return to original non-block matrices.                                    *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let sdpa_of_vector (v:vector) =
  let n = dim v in
  let strs = List.map (o (decimalize 20) (element v)) (1--n) in
  String.concat " " strs ^ "\n";;

let sdpa_of_matrix k (m:matrix) =
  let pfx = string_of_int k ^ " 1 " in
  let ms = foldr (fun (i,j) c a -> if i > j then a else ((i,j),c)::a)
                 (snd m) [] in
  let mss = sort (increasing fst) ms in
  List.fold_right (fun ((i,j),c) a ->
     pfx ^ string_of_int i ^ " " ^ string_of_int j ^
     " " ^ decimalize 20 c ^ "\n" ^ a) mss "";;

let sdpa_of_problem comment obj mats =
  let m = List.length mats - 1
  and n,_ = dimensions (List.hd mats) in
  "\"" ^ comment ^ "\"\n" ^
  string_of_int m ^ "\n" ^
  "1\n" ^
  string_of_int n ^ "\n" ^
  sdpa_of_vector obj ^
  List.fold_right2 (fun k m a -> sdpa_of_matrix (k - 1) m ^ a)
          (1--List.length mats) mats "";;

let run_csdp dbg obj mats =
  let input_file = Filename.temp_file "sos" ".dat-s" in
  let output_file =
    String.sub input_file 0 (String.length input_file - 6) ^ ".out"
  and params_file = Filename.concat temp_path "param.csdp" in
  file_of_string input_file (sdpa_of_problem "" obj mats);
  file_of_string params_file csdp_params;
  let rv = Sys.command("cd "^temp_path^"; csdp "^input_file ^
                       " " ^ output_file ^
                       (if dbg then "" else "> /dev/null")) in
  let op = string_of_file output_file in
  let res = parse_csdpoutput op in
  ((if dbg then ()
    else (Sys.remove input_file; Sys.remove output_file));
    rv,res);;

let csdp obj mats =
  let rv,res = run_csdp (!debugging) obj mats in
  (if rv = 1 || rv = 2 then failwith "csdp: Problem is infeasible"
    else if rv = 3 then ()
(*    (Format.print_string "csdp warning: Reduced accuracy";
     Format.print_newline()) *)

   else if rv <> 0 then failwith("csdp: error "^string_of_int rv)
   else ());
  res;;

(* ------------------------------------------------------------------------- *)
(* Sum-of-squares function with some lowbrow symmetry reductions.            *)
(* ------------------------------------------------------------------------- *)

let sumofsquares_general_symmetry tool pol =
  let vars = poly_variables pol
  and lpps = newton_polytope pol in
  let n = List.length lpps in
  let sym_eqs =
    let invariants = List.filter
     (fun vars' ->
        is_undefined(poly_sub pol (changevariables (List.combine vars vars') pol)))
     (allpermutations vars) in
    let lpns = List.combine lpps (1--List.length lpps) in
    let lppcs =
      List.filter (fun (m,(n1,n2)) -> n1 <= n2)
             (allpairs
               (fun (m1,n1) (m2,n2) -> (m1,m2),(n1,n2)) lpns lpns) in
    let clppcs = end_itlist (@)
       (List.map (fun ((m1,m2),(n1,n2)) ->
                List.map (fun vars' ->
                        (changevariables_monomial (List.combine vars vars') m1,
                         changevariables_monomial (List.combine vars vars') m2),(n1,n2))
                    invariants)
            lppcs) in
    let clppcs_dom = setify(List.map fst clppcs) in
    let clppcs_cls = List.map (fun d -> List.filter (fun (e,_) -> e = d) clppcs)
                         clppcs_dom in
    let eqvcls = List.map (o setify (List.map snd)) clppcs_cls in
    let mk_eq cls acc =
      match cls with
        [] -> raise Sanity
      | [h] -> acc
      | h::t -> List.map (fun k -> (k |-> Int(-1)) (h |=> Int 1)) t @ acc in
    List.fold_right mk_eq eqvcls [] in
  let eqs = foldl (fun a x y -> y::a) []
   (itern 1 lpps (fun m1 n1 ->
        itern 1 lpps (fun m2 n2 f ->
                let m = monomial_mul m1 m2 in
                if n1 > n2 then f else
                let c = if n1 = n2 then Int 1 else Int 2 in
                (m |-> ((n1,n2) |-> c) (tryapplyd f m undefined)) f))
       (foldl (fun a m c -> (m |-> ((0,0)|=>c)) a)
              undefined pol)) @
    sym_eqs in
  let pvs,assig = eliminate_all_equations (0,0) eqs in
  let allassig = List.fold_right (fun v -> (v |-> (v |=> Int 1))) pvs assig in
  let qvars = (0,0)::pvs in
  let diagents =
    end_itlist equation_add (List.map (fun i -> apply allassig (i,i)) (1--n)) in
  let mk_matrix v =
   ((n,n),
    foldl (fun m (i,j) ass -> let c = tryapplyd ass v (Int 0) in
                              if c =/ Int 0 then m else
                              ((j,i) |-> c) (((i,j) |-> c) m))
          undefined allassig :matrix) in
  let mats = List.map mk_matrix qvars
  and obj = List.length pvs,
            itern 1 pvs (fun v i -> (i |--> tryapplyd diagents v (Int 0)))
                undefined in
  let raw_vec = if pvs = [] then vector_0 0 else tool obj mats in
  let find_rounding d =
   (if !debugging then
     (Format.print_string("Trying rounding with limit "^string_of_num d);
      Format.print_newline())
    else ());
    let vec = nice_vector d raw_vec in
    let mat = iter (1,dim vec)
     (fun i a -> matrix_add (matrix_cmul (element vec i) (List.nth mats i)) a)
     (matrix_neg (List.nth mats 0)) in
    deration(diag mat) in
  let rat,dia =
    if pvs = [] then
       let mat = matrix_neg (List.nth mats 0) in
       deration(diag mat)
    else
       tryfind find_rounding (List.map Num.num_of_int (1--31) @
                              List.map pow2 (5--66)) in
  let poly_of_lin(d,v) =
    d,foldl(fun a i c -> (List.nth lpps (i - 1) |-> c) a) undefined (snd v) in
  let lins = List.map poly_of_lin dia in
  let sqs = List.map (fun (d,l) -> poly_mul (poly_const d) (poly_pow l 2)) lins in
  let sos = poly_cmul rat (end_itlist poly_add sqs) in
  if is_undefined(poly_sub sos pol) then rat,lins else raise Sanity;;

let sumofsquares = sumofsquares_general_symmetry csdp;;


¤ Dauer der Verarbeitung: 0.48 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