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Datei: polylist.pvs Sprache: PVS

Original von: PVS^©

polylist : THEORY
BEGIN

  IMPORTING structures@array2list[rat],reals@polynomials,reals@sq

  Polylist : TYPE = (cons?[rat])

  pl,ql : VAR Polylist
  x,acc : VAR real
  c : VAR rat
  n     : VAR nat
  rnz : VAR nzrat

  zero_pol(x:nat) : rat = 0

  eval_polylist(pl:Polylist,deg:upfrom(length(pl)-1),acc:real)(x:real) : RECURSIVE real =
    LET newl = cdr(pl),
        thisco = car(pl),
thisdeg = deg-length(pl)+1
    IN IF null?(newl) THEN acc+thisco*x^thisdeg
       ELSE eval_polylist(newl,deg,acc+thisco*x^thisdeg)(x)
       ENDIF
    MEASURE length(pl)

  eval_polylist_times_x: LEMMA
    FORALL (deg:upfrom(length(pl))):
    eval_polylist(pl,deg-1,acc)(x)*x =
    eval_polylist(pl,deg,acc*x)(x)

  eval_polylist_remove_acc: LEMMA
    FORALL (deg:upfrom(length(pl)-1)):
    eval_polylist(pl,deg,acc)(x) =
    eval_polylist(pl,deg,0)(x) + acc

  eval_polylist_test: LEMMA
    eval_polylist((: 1,2,3,4 :),3,0)(x) = 1+2*x+3*x^2+4*x^3

  polylist(pl)(x) : real =
    eval_polylist(pl,length(pl)-1,0)(x)

  pconst(c): Polylist = (: c :)

  pmonom(c:rat,deg:nat): RECURSIVE {pl:Polylist|
      length(pl)=deg+1 AND
      FORALL (x:real): polylist(pl)(x) = c*x^deg} =
    IF deg=0 THEN pconst(c)
    ELSE cons(0,pmonom(c,deg-1)) ENDIF
    MEASURE deg

  psum(pl,ql) : RECURSIVE {pql:Polylist|
    FORALL (x): polylist(pql)(x) = polylist(pl)(x)+polylist(ql)(x)} =
    LET plcoeff = car(pl),
     qlcoeff = car(ql),
newpl   = cdr(pl),
newql   = cdr(ql)
    IN IF null?(newpl) THEN cons(plcoeff+qlcoeff,newql)
       ELSIF null?(newql) THEN cons(plcoeff+qlcoeff,newpl)
       ELSE cons(car(pl)+car(ql),psum(cdr(pl),cdr(ql)))
    ENDIF
  MEASURE length(pl)+length(ql)

  ;+(pl,ql) : MACRO Polylist = psum(pl,ql)

  pscal(c,pl): RECURSIVE {pql:Polylist|
    length[rat](pql)=length[rat](pl) AND
    FORALL (x): polylist(pql)(x) = c*polylist(pl)(x)} =
    IF null?(cdr(pl)) THEN (: c*car(pl) :)
    ELSE cons(c*car(pl),pscal(c,cdr(pl))) ENDIF
    MEASURE length(pl)

  ;*(c,pl) : MACRO Polylist = pscal(c,pl)

  pminus(pl,ql) : Polylist =
    psum(pl,(-1)*ql)

  ;-(pl,ql) : MACRO Polylist = pminus(pl,ql)

  pneg(pl) : Polylist =
    (-1)*pl

  ;-(pl): MACRO Polylist = pneg(pl)

  pprod(pl,ql) : Polylist =
    array2list[rat](length(pl)+length(ql)-1)(polynomial_prod(list2array[rat](0)(pl),length(pl)-1,
                                                      list2array[rat](0)(ql),length(ql)-1))
  ;*(pl,ql) : MACRO Polylist = pprod(pl,ql)

  ppow(pl,n): RECURSIVE Polylist =
    IF n = 0 THEN pconst(1)
    ELSIF n = 1 THEN pl
    ELSE pprod(pl,ppow(pl,n-1))
    ENDIF
  MEASURE n

  ;^(pl,n) : MACRO Polylist = ppow(pl,n)

  pdiv(pl,rnz): Polylist = (1/rnz)*pl

  ;/(pl,rnz): MACRO Polylist = pdiv(pl,rnz)

  psq(pl): Polylist = pprod(pl,pl)

  deg_rec(pl): RECURSIVE
    {degans:[# allzero: bool,maxnon:below(length(pl)) #] |
      LET (dz,dmax)=(degans`allzero,degans`maxnon),
         len    =length(pl)
      IN
        (dz IFF (FORALL (j:below(len)): nth(pl,j)=0)) AND
(dz OR FORALL (j:below(len)): j>dmax IMPLIES nth(pl,j)=0) AND
(dz OR nth(pl,dmax)/=0)} =
    IF null?(cdr(pl)) AND car(pl)=0 THEN (# allzero:=TRUE,maxnon:=0 #)
    ELSIF null?(cdr(pl)) THEN (# allzero:=FALSE,maxnon:=0 #)
    ELSE
      LET upans = deg_rec(cdr(pl)),
         upvalid=(NOT upans`allzero)
      IN  IF upvalid THEN (# allzero:=FALSE,maxnon:=1+upans`maxnon #)
         ELSIF car(pl)=0 THEN (# allzero:=TRUE,maxnon:=0 #)
   ELSE (# allzero:=FALSE,maxnon:=0 #) ENDIF
    ENDIF MEASURE length(pl)


  deg(pl): {d:below(length(pl)) |
    (d>0 IFF EXISTS (j:below(length(pl))): j>0 AND nth(pl,j)/=0) AND
    (d>0 IMPLIES (FORALL (j:below(length(pl))): j>d IMPLIES nth(pl,j)=0)) AND
    (d>0 IMPLIES nth(pl,d)/=0)} =
    LET drec = deg_rec(pl) IN
      IF drec`allzero THEN 0 ELSE drec`maxnon ENDIF

  %%% Lemmas for Strategy %%%

  polylist_eval : LEMMA
    polylist(pl)(x) = polynomial(list2array[rat](0)(pl),length(pl)-1)(x)

  polylist_eval_deg: LEMMA deg(pl)>0 IMPLIES
    polynomial(list2array[rat](0)(pl),length(pl)-1)(x) =
    polynomial(list2array[rat](0)(pl),deg(pl))(x)

  polylist_const: LEMMA
    polylist(pconst(c))(x) = c

  polylist_monom: LEMMA
    polylist(pmonom(c,n))(x) = c*x^n

  polylist_prod: LEMMA
   polylist(pl*ql)(x) = polylist(pl)(x)*polylist(ql)(x)

  polylist_scal: LEMMA
    polylist(c*pl)(x) = c*polylist(pl)(x)

  polylist_sum: LEMMA
   polylist(pl+ql)(x) =  polylist(pl)(x)+polylist(ql)(x)

  polylist_minus: LEMMA
   polylist(pl-ql)(x) = polylist(pl)(x)-polylist(ql)(x)

  polylist_pow: LEMMA
    polylist(pl^n)(x) = polylist(pl)(x)^n

  polylist_neg: LEMMA
    polylist(-pl)(x) = -polylist(pl)(x)

  polylist_div: LEMMA
    polylist(pl/rnz)(x) = polylist(pl)(x)/rnz

  polylist_sq: LEMMA
    polylist(psq(pl))(x) = sq(polylist(pl)(x))

END polylist

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Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung ist noch experimentell.