reorganize HaskProof files
[coq-hetmet.git] / src / HaskStrongToProof.v
index fa7dcae..13f4907 100644 (file)
@@ -16,51 +16,24 @@ Require Import HaskProof.
 
 Section HaskStrongToProof.
 
-(* Whereas RLeft/RRight perform left and right context expansion on a single uniform rule, these functions perform
- * expansion on an entire uniform proof *)
-Definition ext_left  {Γ}{Δ}(ctx:Tree ??(LeveledHaskType Γ ★))
-  := @nd_map' _ _ _ _ (ext_tree_left ctx)  (fun h c r => nd_rule (@RLeft Γ Δ h c ctx r)).
-Definition ext_right {Γ}{Δ}(ctx:Tree ??(LeveledHaskType Γ ★))
-  := @nd_map' _ _ _ _ (ext_tree_right ctx) (fun h c r => nd_rule (@RRight Γ Δ h c ctx r)).
-
-Definition pivotContext {Γ}{Δ} a b c τ :
-  @ND _ (@URule Γ Δ)
-    [ Γ >> Δ > (a,,b),,c |- τ]
-    [ Γ >> Δ > (a,,c),,b |- τ].
-  set (ext_left a _ _ (nd_rule (@RExch Γ Δ τ c b))) as q.
-  simpl in *.
-  eapply nd_comp ; [ eapply nd_rule; apply RCossa | idtac ]. 
-  eapply nd_comp ; [ idtac | eapply nd_rule; apply RAssoc ].
-  apply q.
+Definition pivotContext {T} a b c : @Arrange T ((a,,b),,c) ((a,,c),,b) :=
+  RComp (RComp (RCossa _ _ _) (RLeft a (RExch c b))) (RAssoc _ _ _).
+
+Definition copyAndPivotContext {T} a b c : @Arrange T ((a,,b),,(c,,b)) ((a,,c),,b).
+  eapply RComp; [ idtac | apply (RLeft (a,,c) (RCont b)) ].
+  eapply RComp; [ idtac | apply RCossa ]. 
+  eapply RComp; [ idtac | apply (RRight b (pivotContext a b c)) ].
+  apply RAssoc.
   Defined.
-
-Definition copyAndPivotContext {Γ}{Δ} a b c τ :
-  @ND _ (@URule Γ Δ)
-    [ Γ >> Δ > (a,,b),,(c,,b) |- τ]
-    [ Γ >> Δ > (a,,c),,b |- τ].
-    set (ext_left (a,,c) _ _ (nd_rule (@RCont Γ Δ τ b))) as q.
-    simpl in *.
-    eapply nd_comp; [ idtac | apply q ].
-    clear q.
-    eapply nd_comp ; [ idtac | eapply nd_rule; apply RCossa ].
-    set (ext_right b _ _ (@pivotContext _ Δ a b c τ)) as q.
-    simpl in *.
-    eapply nd_comp ; [ idtac | apply q ]. 
-    clear q.
-    apply nd_rule.
-    apply RAssoc.
-    Defined.
-
-
   
 Context {VV:Type}{eqd_vv:EqDecidable VV}.
 
-  (* maintenance of Xi *)
-  Fixpoint dropVar (lv:list VV)(v:VV) : ??VV :=
-    match lv with
-      | nil     => Some v
-      | v'::lv' => if eqd_dec v v' then None else dropVar lv' v
-    end.
+(* maintenance of Xi *)
+Fixpoint dropVar (lv:list VV)(v:VV) : ??VV :=
+  match lv with
+    | nil     => Some v
+    | v'::lv' => if eqd_dec v v' then None else dropVar lv' v
+  end.
 
 Fixpoint mapOptionTree' {a b:Type}(f:a->??b)(t:@Tree ??a) : @Tree ??b :=
   match t with 
@@ -148,31 +121,83 @@ Lemma strip_lemma a x t : stripOutVars (a::x) t = stripOutVars (a::nil) (stripOu
   reflexivity.
   Qed.
 
-Lemma strip_twice_lemma x y t : stripOutVars x (stripOutVars y t) = stripOutVars (app y x) t.
-(*
-  induction x.
-  simpl.
+Lemma strip_nil_lemma       t : stripOutVars nil t = t.
+  induction t; simpl.
+  unfold stripOutVars.
+    destruct a; reflexivity.
+    rewrite <- IHt1 at 2.
+    rewrite <- IHt2 at 2.
+    reflexivity.
+    Qed.
+
+Lemma strip_swap0_lemma : forall a a0 y t,
+  stripOutVars (a :: a0 :: y) t = stripOutVars (a0 :: a :: y) t.
+  intros.
   unfold stripOutVars.
-  simpl.
-  rewrite mapOptionTree'_compose.
   induction t.
-  destruct a; try reflexivity.
-  simpl.
-  destruct (dropVar y v); reflexivity.
-  simpl.
-  rewrite IHt1.
-  rewrite IHt2.
-  reflexivity.
-  rewrite strip_lemma.
-  rewrite IHx.
-  rewrite <- strip_lemma.
-  rewrite app_comm_cons.
-  reflexivity.
-*)
-admit.
+  destruct a1; simpl; [ idtac | reflexivity ].
+  destruct (eqd_dec v a); subst.
+  destruct (eqd_dec a a0); subst.
+    reflexivity.
+    reflexivity.
+  destruct (eqd_dec v a0); subst.
+    reflexivity.
+    reflexivity.
+    simpl in *.
+    rewrite IHt1.
+    rewrite IHt2.
+    reflexivity.
+    Qed.
+
+Lemma strip_swap1_lemma : forall a y t,
+  stripOutVars (a :: nil) (stripOutVars y t) =
+  stripOutVars y (stripOutVars (a :: nil) t).
+  intros.
+  induction y.
+    rewrite strip_nil_lemma.
+    rewrite strip_nil_lemma.
+    reflexivity.
+  rewrite (strip_lemma a0 y (stripOutVars (a::nil) t)).
+    rewrite <- IHy.
+    clear IHy.
+    rewrite <- (strip_lemma a y t).
+    rewrite <- strip_lemma.
+    rewrite <- strip_lemma.
+    apply strip_swap0_lemma.
+    Qed.
+
+Lemma strip_swap_lemma : forall  x y t, stripOutVars x (stripOutVars y t) = stripOutVars y (stripOutVars x t).
+  intros; induction t.
+    destruct a; simpl.
+
+    induction x.
+      rewrite strip_nil_lemma.
+        rewrite strip_nil_lemma.
+        reflexivity.
+      rewrite strip_lemma.
+        rewrite (strip_lemma a x [v]).
+        rewrite IHx.
+        clear IHx.
+        apply strip_swap1_lemma.
+    reflexivity.
+  unfold stripOutVars in *.
+    simpl.
+    rewrite IHt1.
+    rewrite IHt2.
+    reflexivity.
   Qed.
 
-Lemma strip_distinct a y : (not (In a (leaves y))) -> stripOutVars (a :: nil) y = y.
+Lemma strip_twice_lemma x y t : stripOutVars x (stripOutVars y t) = stripOutVars (app x y) t.
+  induction x; simpl.
+    apply strip_nil_lemma.
+    rewrite strip_lemma.
+    rewrite IHx.
+    clear IHx.
+    rewrite <- strip_lemma.
+    reflexivity.
+    Qed.
+
+Lemma notin_strip_inert a y : (not (In a (leaves y))) -> stripOutVars (a :: nil) y = y.
   intros.
   induction y.
   destruct a0; try reflexivity.
@@ -259,7 +284,7 @@ Lemma distinct3 {T}(a b c:list T) : distinct (app (app a b) c) -> distinct (app
   auto.
   Qed.
 
-Lemma strip_distinct' y : forall x, distinct (app x (leaves y)) -> stripOutVars x y = y.
+Lemma notin_strip_inert' y : forall x, distinct (app x (leaves y)) -> stripOutVars x y = y.
   induction x; intros.
   simpl in H.
   unfold stripOutVars.
@@ -277,7 +302,7 @@ Lemma strip_distinct' y : forall x, distinct (app x (leaves y)) -> stripOutVars
   set (IHx H3) as qq.
   rewrite strip_lemma.
   rewrite IHx.
-  apply strip_distinct.
+  apply notin_strip_inert.
   unfold not; intros.
   apply H2.
   apply In_both'.
@@ -285,46 +310,212 @@ Lemma strip_distinct' y : forall x, distinct (app x (leaves y)) -> stripOutVars
   auto.
   Qed.
 
+Lemma dropvar_lemma v v' y : dropVar y v = Some v' -> v=v'.
+  intros.
+  induction y; auto.
+  simpl in H.
+  inversion H.
+  auto.
+  apply IHy.
+  simpl in H.
+  destruct (eqd_dec v a).
+  inversion H.
+  auto.
+  Qed.
+
 Lemma updating_stripped_tree_is_inert'
   {Γ} lev
   (ξ:VV -> LeveledHaskType Γ ★)
   lv tree2 :
     mapOptionTree (update_ξ ξ lev lv) (stripOutVars (map (@fst _ _) lv) tree2)
   = mapOptionTree ξ (stripOutVars (map (@fst _ _) lv) tree2).
+
   induction tree2.
-  destruct a.
-  simpl.
-  induction lv.
-  reflexivity.
-  simpl.
-  destruct a.
-  simpl.
-  set (eqd_dec v v0) as q.
-  destruct q.
-  auto.
-  set (dropVar (map (@fst _ _) lv) v) as b in *.
-  destruct b.
-  inversion IHlv.
-  admit.
-  auto.
-  reflexivity.
+    destruct a; [ idtac | reflexivity ]; simpl.
+    induction lv; [ reflexivity | idtac ]; simpl.
+    destruct a; simpl.
+    set (eqd_dec v v0) as q; destruct q; auto.
+    set (dropVar (map (@fst _ _) lv) v) as b in *.
+      assert (dropVar (map (@fst _ _) lv) v=b). reflexivity.
+      destruct b; [ idtac | reflexivity ].
+      apply dropvar_lemma in H.
+      subst.
+      inversion IHlv.
+      rewrite H0.
+      clear H0 IHlv.
+      destruct (eqd_dec v0 v1).
+      subst.
+      assert False. apply n. intros; auto. inversion H.
+      reflexivity.
+    unfold stripOutVars in *.
+      simpl.
+      rewrite <- IHtree2_1.
+      rewrite <- IHtree2_2.
+      reflexivity.
+    Qed.
+
+Lemma distinct_bogus : forall {T}a0 (a:list T), distinct (a0::(app a (a0::nil))) -> False.
+  intros; induction a; auto.
+  simpl in H.
+  inversion H; subst.
+  apply H2; auto.
+  unfold In; simpl.
+  left; auto.
+  apply IHa.
+  clear IHa.
+  rewrite <- app_comm_cons in H.
+  inversion H; subst.
+  inversion H3; subst.
+  apply distinct_cons; auto.
+  intros.
+  apply H2.
   simpl.
-  unfold stripOutVars in *.
-  rewrite <- IHtree2_1.
-  rewrite <- IHtree2_2.
-  reflexivity.
+  right; auto.
   Qed.
 
-Lemma update_ξ_lemma `{EQD_VV:EqDecidable VV} : forall Γ ξ (lev:HaskLevel Γ)(varstypes:Tree ??(VV*_)),
-  distinct (map (@fst _ _) (leaves varstypes)) ->
-  mapOptionTree (update_ξ ξ lev (leaves varstypes)) (mapOptionTree (@fst _ _) varstypes) =
-  mapOptionTree (fun t => t@@ lev) (mapOptionTree (@snd _ _) varstypes).
-  admit.
+Lemma distinct_swap' : forall {T}a (b:list T), distinct (app b (a::nil)) -> distinct (a::b).
+  intros.
+  apply distinct_cons.
+    induction b; intros; simpl; auto.
+    rewrite <- app_comm_cons in H.
+    inversion H; subst.
+    set (IHb H4) as H4'.
+    apply H4'.
+    inversion H0; subst; auto.
+    apply distinct_bogus in H; inversion H.
+  induction b; intros; simpl; auto.
+    apply distinct_nil.
+    apply distinct_app in H.
+    destruct H; auto.
+  Qed.
+
+Lemma in_both : forall {T}(a b:list T) x, In x (app a b) -> In x a \/ In x b.
+  induction a; intros; simpl; auto.
+  rewrite <- app_comm_cons in H.
+  inversion H.
+  subst.
+  left; left; auto.
+  set (IHa _ _ H0) as H'.
+  destruct H'.
+  left; right; auto.
+  right; auto.
+  Qed.
+
+Lemma distinct_lemma : forall {T} (a b:list T) a0, distinct (app a (a0 :: b)) -> distinct (app a b).
+  intros.
+  induction a; simpl; auto.
+  simpl in H.
+  inversion H; auto.
+  assert (distinct (app a1 b)) as Q.
+  intros.
+  apply IHa.
+  clear IHa.
+  rewrite <- app_comm_cons in H.
+  inversion H; subst; auto.
+  apply distinct_cons; [ idtac | apply Q ].
+  intros.
+  apply in_both in H0.
+  destruct H0.
+  rewrite <- app_comm_cons in H.
+  inversion H; subst; auto.
+  apply H3.
+  apply In_both; auto.
+  rewrite <- app_comm_cons in H.
+  inversion H; subst; auto.
+  apply H3.
+  apply In_both'; auto.
+  simpl.
+  right; auto.
   Qed.
 
+Lemma nil_app : forall {T}(a:list T) x, x::a = (app (x::nil) a).
+  induction a; intros; simpl; auto.
+  Qed.
 
+Lemma distinct_swap : forall {T}(a b:list T), distinct (app a b) -> distinct (app b a).
+  intros.
+  induction b.
+  rewrite <- app_nil_end in H; auto.
+  rewrite <- app_comm_cons.
+  set (distinct_lemma _ _ _ H) as H'.
+  set (IHb H') as H''.
+  apply distinct_cons; [ idtac | apply H'' ].
+  intros.
+  apply in_both in H0.
+  clear H'' H'.
+  destruct H0.
+  apply distinct_app in H.
+  destruct H.
+  inversion H1; auto.
+  clear IHb.
+  rewrite nil_app in H.
+  rewrite ass_app in H.
+  apply distinct_app in H.
+  destruct H; auto.
+  apply distinct_swap' in H.
+  inversion H; auto.
+  Qed.
 
+Lemma update_ξ_lemma' `{EQD_VV:EqDecidable VV} Γ ξ (lev:HaskLevel Γ)(varstypes:Tree ??(VV*_)) :
+  forall v1 v2,
+  distinct (map (@fst _ _) (leaves (v1,,(varstypes,,v2)))) ->
+  mapOptionTree (update_ξ ξ lev (leaves (v1,,(varstypes,,v2)))) (mapOptionTree (@fst _ _) varstypes) =
+  mapOptionTree (fun t => t@@ lev) (mapOptionTree (@snd _ _) varstypes).
+  induction varstypes; intros.
+  destruct a; simpl; [ idtac | reflexivity ].
+  destruct p.
+  simpl.
+  simpl in H.
+  induction (leaves v1).
+    simpl; auto.
+    destruct (eqd_dec v v); auto.
+    assert False. apply n. auto. inversion H0.
+    simpl.
+    destruct a.
+      destruct (eqd_dec v0 v); subst; auto.
+      simpl in H.
+      rewrite map_app in H.
+      simpl in H.
+      rewrite nil_app in H.
+      apply distinct_swap in H.
+      rewrite app_ass in H.
+      apply distinct_app in H.
+      destruct H.
+      apply distinct_swap in H0.
+      simpl in H0.
+      inversion H0; subst.
+      assert False.
+      apply H3.
+      simpl; left; auto.
+      inversion H1.
+    apply IHl.
+      simpl in H.
+      inversion H; auto.
+  set (IHvarstypes1 v1 (varstypes2,,v2)) as i1.
+    set (IHvarstypes2 (v1,,varstypes1) v2) as i2.
+    simpl in *.
+    rewrite <- i1.
+    rewrite <- i2.
+    rewrite ass_app. 
+    rewrite ass_app. 
+    rewrite ass_app. 
+    rewrite ass_app. 
+    reflexivity.
+    clear i1 i2 IHvarstypes1 IHvarstypes2.
+    repeat rewrite ass_app in *; auto.
+    clear i1 i2 IHvarstypes1 IHvarstypes2.
+    repeat rewrite ass_app in *; auto.
+    Qed.
 
+Lemma update_ξ_lemma `{EQD_VV:EqDecidable VV} Γ ξ (lev:HaskLevel Γ)(varstypes:Tree ??(VV*_)) :
+  distinct (map (@fst _ _) (leaves varstypes)) ->
+  mapOptionTree (update_ξ ξ lev (leaves varstypes)) (mapOptionTree (@fst _ _) varstypes) =
+  mapOptionTree (fun t => t@@ lev) (mapOptionTree (@snd _ _) varstypes).
+  set (update_ξ_lemma' Γ ξ lev varstypes [] []) as q.
+  simpl in q.
+  rewrite <- app_nil_end in q.
+  apply q.
+  Qed.
 
 Fixpoint expr2antecedent {Γ'}{Δ'}{ξ'}{τ'}(exp:Expr Γ' Δ' ξ' τ') : Tree ??VV :=
   match exp as E in Expr Γ Δ ξ τ with
@@ -342,21 +533,21 @@ Fixpoint expr2antecedent {Γ'}{Δ'}{ξ'}{τ'}(exp:Expr Γ' Δ' ξ' τ') : Tree ?
   | ECoLam   Γ Δ κ σ σ₁ σ₂ ξ l             e      => expr2antecedent e
   | ECoApp   Γ Δ κ γ σ₁ σ₂ σ ξ l      e           => expr2antecedent e
   | ETyApp   Γ Δ κ σ τ ξ  l    e                  => expr2antecedent e
-  | ELetRec  Γ Δ ξ l τ vars branches body         =>
+  | ELetRec  Γ Δ ξ l τ vars _ branches body       =>
       let branch_context := eLetRecContext branches
    in let all_contexts := (expr2antecedent body),,branch_context
    in     stripOutVars (leaves (mapOptionTree (@fst _ _ ) vars)) all_contexts
   | ECase    Γ Δ ξ l tc tbranches atypes e' alts =>
     ((fix varsfromalts (alts:
-               Tree ??{ scb : StrongCaseBranchWithVVs _ _ tc atypes
-                            & Expr (sac_Γ scb Γ)
-                                   (sac_Δ scb Γ atypes (weakCK'' Δ))
+               Tree ??{ sac : _ & { scb : StrongCaseBranchWithVVs _ _ tc atypes sac
+                            & Expr (sac_Γ sac Γ)
+                                   (sac_Δ sac Γ atypes (weakCK'' Δ))
                                    (scbwv_ξ scb ξ l)
-                                   (weakLT' (tbranches@@l)) }
+                                   (weakLT' (tbranches@@l)) } }
       ): Tree ??VV :=
       match alts with
         | T_Leaf None     => []
-        | T_Leaf (Some h) => stripOutVars (vec2list (scbwv_exprvars (projT1 h))) (expr2antecedent (projT2 h))
+        | T_Leaf (Some h) => stripOutVars (vec2list (scbwv_exprvars (projT1 (projT2 h)))) (expr2antecedent (projT2 (projT2 h)))
         | T_Branch b1 b2  => (varsfromalts b1),,(varsfromalts b2)
       end) alts),,(expr2antecedent e')
 end
@@ -368,15 +559,18 @@ match elrb with
 end.
 
 Definition mkProofCaseBranch {Γ}{Δ}{ξ}{l}{tc}{tbranches}{atypes}
-  (alt: { scb : StrongCaseBranchWithVVs _ _ tc atypes
-                            & Expr (sac_Γ scb Γ)
-                                   (sac_Δ scb Γ atypes (weakCK'' Δ))
+(alt : { sac : _ & { scb : StrongCaseBranchWithVVs _ _ tc atypes sac
+                            & Expr (sac_Γ sac Γ)
+                                   (sac_Δ sac Γ atypes (weakCK'' Δ))
                                    (scbwv_ξ scb ξ l)
-                                   (weakLT' (tbranches@@l)) })
-  : ProofCaseBranch tc Γ Δ l tbranches atypes.
+                                   (weakLT' (tbranches@@l)) } })
+  : { sac : _ & ProofCaseBranch tc Γ Δ l tbranches atypes sac }.
+  destruct alt.
+  exists x.
   exact
-    {| pcb_scb := projT1 alt
-     ; pcb_freevars := mapOptionTree ξ (stripOutVars (vec2list (scbwv_exprvars (projT1 alt))) (expr2antecedent (projT2 alt)))
+    {| pcb_freevars := mapOptionTree ξ
+      (stripOutVars (vec2list (scbwv_exprvars (projT1 s)))
+        (expr2antecedent (projT2 s)))
      |}.
      Defined.
 
@@ -387,21 +581,6 @@ Fixpoint eLetRecTypes {Γ}{Δ}{ξ}{lev}{τ}(elrb:ELetRecBindings Γ Δ ξ lev τ
   | ELR_leaf   Γ Δ ξ  lev  v t e => [t]
   | ELR_branch Γ Δ ξ lev t1 t2 b1 b2 => (eLetRecTypes b1),,(eLetRecTypes b2)
   end.
-(*
-Fixpoint eLetRecVars {Γ}{Δ}{ξ}{lev}{τ}(elrb:ELetRecBindings Γ Δ ξ lev τ) : Tree ??VV :=
-  match elrb with
-  | ELR_nil    Γ Δ ξ lev  => []
-  | ELR_leaf   Γ Δ ξ  lev  v _ _ e => [v]
-  | ELR_branch Γ Δ ξ lev t1 t2 b1 b2 => (eLetRecVars b1),,(eLetRecVars b2)
-  end.
-
-Fixpoint eLetRecTypesVars {Γ}{Δ}{ξ}{lev}{τ}(elrb:ELetRecBindings Γ Δ ξ lev τ) : Tree ??(VV * HaskType Γ ★):=
-  match elrb with
-  | ELR_nil    Γ Δ ξ lev  => []
-  | ELR_leaf   Γ Δ ξ  lev  v t _ e => [(v, t)]
-  | ELR_branch Γ Δ ξ lev t1 t2 b1 b2 => (eLetRecTypesVars b1),,(eLetRecTypesVars b2)
-  end.
-*)
 
 Lemma stripping_nothing_is_inert
   {Γ:TypeEnv}
@@ -419,23 +598,22 @@ Lemma stripping_nothing_is_inert
     reflexivity.
     Qed.
 
-Definition arrangeContext 
+Definition arrangeContext
      (Γ:TypeEnv)(Δ:CoercionEnv Γ)
      v      (* variable to be pivoted, if found *)
      ctx    (* initial context *)
-     τ      (* type of succedent *)
      (ξ:VV -> LeveledHaskType Γ ★)
      :
  
     (* a proof concluding in a context where that variable does not appear *)
-    sum (ND (@URule Γ Δ)
-          [Γ >> Δ > mapOptionTree ξ                        ctx                        |- τ]
-          [Γ >> Δ > mapOptionTree ξ (stripOutVars (v::nil) ctx),,[]                   |- τ])
+     sum (Arrange
+          (mapOptionTree ξ                        ctx                        )
+          (mapOptionTree ξ (stripOutVars (v::nil) ctx),,[]                   ))
    
     (* or a proof concluding in a context where that variable appears exactly once in the left branch *)
-        (ND (@URule Γ Δ)
-          [Γ >> Δ > mapOptionTree ξ                         ctx                       |- τ]
-          [Γ >> Δ > mapOptionTree ξ ((stripOutVars (v::nil) ctx),,[v])                |- τ]).
+        (Arrange
+          (mapOptionTree ξ                         ctx                       )
+          (mapOptionTree ξ ((stripOutVars (v::nil) ctx),,[v])                )).
 
   induction ctx.
   
@@ -452,18 +630,15 @@ Definition arrangeContext
             (* where the leaf is v *)
             apply inr.
               subst.
-              apply nd_rule.
               apply RuCanL.
 
             (* where the leaf is NOT v *)
             apply inl.
-              apply nd_rule.
               apply RuCanR.
   
         (* empty leaf *)
         destruct case_None.
           apply inl; simpl in *.
-          apply nd_rule.
           apply RuCanR.
   
       (* branch *)
@@ -483,87 +658,73 @@ Definition arrangeContext
 
     destruct case_Neither.
       apply inl.
-      eapply nd_comp; [idtac | eapply nd_rule; apply RuCanR ].
-        exact (nd_comp
+      eapply RComp; [idtac | apply RuCanR ].
+        exact (RComp
           (* order will not matter because these are central as morphisms *)
-          (ext_right _ _ _ (nd_comp lpf (nd_rule (@RCanR _ _ _ _))))
-          (ext_left  _ _ _ (nd_comp rpf (nd_rule (@RCanR _ _ _ _))))).
+          (RRight _ (RComp lpf (RCanR _)))
+          (RLeft  _ (RComp rpf (RCanR _)))).
 
 
     destruct case_Right.
       apply inr.
       fold (stripOutVars (v::nil)).
-      set (ext_right (mapOptionTree ξ ctx2) _ _ (nd_comp lpf (nd_rule (@RCanR _ _ _ _)))) as q.
+      set (RRight (mapOptionTree ξ ctx2)  (RComp lpf ((RCanR _)))) as q.
       simpl in *.
-      eapply nd_comp.
+      eapply RComp.
       apply q.
       clear q.
       clear lpf.
       unfold mapOptionTree in *; simpl; fold (mapOptionTree ξ) in *.
-      eapply nd_comp; [ idtac | eapply nd_rule; apply RAssoc ].
-      set (ext_left (mapOptionTree ξ (stripOutVars (v :: nil) ctx1)) [Γ >> Δ>mapOptionTree ξ ctx2 |- τ]
-                                                            [Γ >> Δ> (mapOptionTree ξ (stripOutVars (v :: nil) ctx2),,[ξ v])  |- τ]) as qq.
-      apply qq.
-      clear qq.
+      eapply RComp; [ idtac | apply RAssoc ].
+      apply RLeft.
       apply rpf.
 
     destruct case_Left.
       apply inr.
       unfold mapOptionTree in *; simpl; fold (mapOptionTree ξ) in *.
       fold (stripOutVars (v::nil)).
-      eapply nd_comp; [ idtac | eapply pivotContext ].
-      set (nd_comp rpf (nd_rule (@RCanR _ _ _ _ ) ) ) as rpf'.
-      set (ext_left ((mapOptionTree ξ (stripOutVars (v :: nil) ctx1),, [ξ v])) _ _ rpf') as qq.
+      eapply RComp; [ idtac | eapply pivotContext ].
+      set (RComp rpf (RCanR _ )) as rpf'.
+      set (RLeft ((mapOptionTree ξ (stripOutVars (v :: nil) ctx1),, [ξ v])) rpf') as qq.
       simpl in *.
-      eapply nd_comp; [ idtac | apply qq ].
+      eapply RComp; [ idtac | apply qq ].
       clear qq rpf' rpf.
-      set (ext_right (mapOptionTree ξ ctx2) [Γ >>Δ> mapOptionTree ξ ctx1 |- τ] [Γ >>Δ> (mapOptionTree ξ (stripOutVars (v :: nil) ctx1),, [ξ v]) |- τ]) as q.
-      apply q.
-      clear q.
+      apply (RRight (mapOptionTree ξ ctx2)).
       apply lpf.
 
     destruct case_Both.
       apply inr.
       unfold mapOptionTree in *; simpl; fold (mapOptionTree ξ) in *.
       fold (stripOutVars (v::nil)).
-      eapply nd_comp; [ idtac | eapply copyAndPivotContext ].
-        exact (nd_comp
-          (* order will not matter because these are central as morphisms *)
-          (ext_right _ _ _ lpf)
-          (ext_left  _ _ _ rpf)).
+      eapply RComp; [ idtac | eapply copyAndPivotContext ].
+        (* order will not matter because these are central as morphisms *)
+        exact (RComp (RRight _ lpf) (RLeft _ rpf)).
 
     Defined.
 
 (* same as before, but use RWeak if necessary *)
-Definition arrangeContextAndWeaken v ctx Γ Δ τ ξ : 
-       ND (@URule Γ Δ)
-          [Γ >> Δ>mapOptionTree ξ                        ctx                |- τ]
-          [Γ >> Δ>mapOptionTree ξ ((stripOutVars (v::nil) ctx),,[v])        |- τ].
-  set (arrangeContext Γ Δ v ctx τ ξ) as q.
+Definition arrangeContextAndWeaken  
+     (Γ:TypeEnv)(Δ:CoercionEnv Γ)
+     v      (* variable to be pivoted, if found *)
+     ctx    (* initial context *)
+     (ξ:VV -> LeveledHaskType Γ ★) :
+       Arrange
+          (mapOptionTree ξ                        ctx                )
+          (mapOptionTree ξ ((stripOutVars (v::nil) ctx),,[v])        ).
+  set (arrangeContext Γ Δ v ctx ξ) as q.
   destruct q; auto.
-  eapply nd_comp; [ apply n | idtac ].
-  clear n.
-  refine (ext_left _ _ _ (nd_rule (RWeak _ _))).
+  eapply RComp; [ apply a | idtac ].
+  refine (RLeft _ (RWeak _)).
   Defined.
 
-Lemma updating_stripped_tree_is_inert {Γ} (ξ:VV -> LeveledHaskType Γ ★) v tree t lev :
-      mapOptionTree (update_ξ ξ lev ((v,t)::nil)) (stripOutVars (v :: nil) tree)
-    = mapOptionTree ξ (stripOutVars (v :: nil) tree).
-  set (@updating_stripped_tree_is_inert' Γ lev ξ ((v,t)::nil)) as p.
-  rewrite p.
-  simpl.
-  reflexivity.
-  Qed.
-
-Lemma cheat : forall {T}(a b:list T), distinct (app a b) -> distinct (app b a).
-  admit.
-  Qed.
-
-Definition arrangeContextAndWeaken'' Γ Δ ξ v : forall ctx z, 
+Definition arrangeContextAndWeaken''
+     (Γ:TypeEnv)(Δ:CoercionEnv Γ)
+     v      (* variable to be pivoted, if found *)
+     (ξ:VV -> LeveledHaskType Γ ★) : forall ctx,
   distinct (leaves v) ->
-  ND (@URule Γ Δ)
-    [Γ >> Δ>(mapOptionTree ξ ctx)                                       |-  z]
-    [Γ >> Δ>(mapOptionTree ξ (stripOutVars (leaves v) ctx)),,(mapOptionTree ξ v) |-  z].
+  Arrange
+    ((mapOptionTree ξ ctx)                                       )
+    ((mapOptionTree ξ (stripOutVars (leaves v) ctx)),,(mapOptionTree ξ v)).
 
   induction v; intros.
     destruct a.
@@ -572,11 +733,11 @@ Definition arrangeContextAndWeaken'' Γ Δ ξ v : forall ctx z,
     fold (mapOptionTree ξ) in *.
     intros.
     apply arrangeContextAndWeaken.
+    apply Δ.
 
   unfold mapOptionTree; simpl in *.
     intros.
     rewrite (@stripping_nothing_is_inert Γ); auto.
-    apply nd_rule.
     apply RuCanR.
     intros.
     unfold mapOptionTree in *.
@@ -584,7 +745,7 @@ Definition arrangeContextAndWeaken'' Γ Δ ξ v : forall ctx z,
     fold (mapOptionTree ξ) in *.
     set (mapOptionTree ξ) as X in *.
 
-    set (IHv2 ((stripOutVars (leaves v1) ctx),, v1) z) as IHv2'.
+    set (IHv2 ((stripOutVars (leaves v1) ctx),, v1)) as IHv2'.
     unfold stripOutVars in IHv2'.
     simpl in IHv2'.
     fold (stripOutVars (leaves v2)) in IHv2'.
@@ -596,20 +757,28 @@ Definition arrangeContextAndWeaken'' Γ Δ ξ v : forall ctx z,
     fold X in IHv2'.
     set (distinct_app _ _ _ H) as H'.
     destruct H' as [H1 H2].
-    set (nd_comp (IHv1 _ _ H1) (IHv2' H2)) as qq.
-    eapply nd_comp.
+    set (RComp (IHv1 _ H1) (IHv2' H2)) as qq.
+    eapply RComp.
       apply qq.
       clear qq IHv2' IHv2 IHv1.
+      rewrite strip_swap_lemma.
       rewrite strip_twice_lemma.
-
-      rewrite (strip_distinct' v1 (leaves v2)).
-        apply nd_rule.
+      rewrite (notin_strip_inert' v1 (leaves v2)).
         apply RCossa.
-        apply cheat.
+        apply distinct_swap.
         auto.
     Defined.
 
-(* IDEA: use multi-conclusion proofs instead *)
+Lemma updating_stripped_tree_is_inert {Γ} (ξ:VV -> LeveledHaskType Γ ★) v tree t lev :
+      mapOptionTree (update_ξ ξ lev ((v,t)::nil)) (stripOutVars (v :: nil) tree)
+    = mapOptionTree ξ (stripOutVars (v :: nil) tree).
+  set (@updating_stripped_tree_is_inert' Γ lev ξ ((v,t)::nil)) as p.
+  rewrite p.
+  simpl.
+  reflexivity.
+  Qed.
+
+(* TODO: use multi-conclusion proofs instead *)
 Inductive LetRecSubproofs Γ Δ ξ lev : forall tree, ELetRecBindings Γ Δ ξ lev tree -> Type := 
   | lrsp_nil  : LetRecSubproofs Γ Δ ξ lev [] (ELR_nil _ _ _ _)
   | lrsp_leaf : forall v t e ,
@@ -626,22 +795,21 @@ Lemma letRecSubproofsToND Γ Δ ξ lev tree branches :
       |- (mapOptionTree (@snd _ _) tree) @@@ lev ].
   intro X; induction X; intros; simpl in *.
     apply nd_rule.
-      apply REmptyGroup.
+      apply RVoid.
     set (ξ v) as q in *.
       destruct q.
       simpl in *.
       apply n.
-    eapply nd_comp; [ idtac | eapply nd_rule; apply RBindingGroup ].
+    eapply nd_comp; [ idtac | eapply nd_rule; apply RJoin ].
     eapply nd_comp; [ apply nd_llecnac | idtac ].
     apply nd_prod; auto.
   Defined.
 
 Lemma letRecSubproofsToND' Γ Δ ξ lev τ tree  :
-    forall branches body,
-    distinct (leaves (mapOptionTree (@fst _ _) tree)) ->
+    forall branches body (dist:distinct (leaves (mapOptionTree (@fst _ _) tree))),
     ND Rule [] [Γ > Δ > mapOptionTree (update_ξ ξ lev (leaves tree)) (expr2antecedent body) |- [τ @@ lev]] -> 
     LetRecSubproofs Γ Δ (update_ξ ξ lev (leaves tree)) lev tree branches ->
-    ND Rule [] [Γ > Δ > mapOptionTree ξ (expr2antecedent (@ELetRec VV _ Γ Δ ξ lev τ tree branches body)) |- [τ @@ lev]].
+    ND Rule [] [Γ > Δ > mapOptionTree ξ (expr2antecedent (@ELetRec VV _ Γ Δ ξ lev τ tree dist branches body)) |- [τ @@ lev]].
 
   (* NOTE: how we interpret stuff here affects the order-of-side-effects *)
   intro branches.
@@ -650,8 +818,11 @@ Lemma letRecSubproofsToND' Γ Δ ξ lev τ tree  :
   intro pf.
   intro lrsp.
 
-  rewrite mapleaves in disti.
-  set (@update_ξ_lemma _ Γ ξ lev tree disti) as ξlemma.
+  assert (distinct (leaves (mapOptionTree (@fst _ _) tree))) as disti'.
+    apply disti.
+    rewrite mapleaves in disti'.
+
+  set (@update_ξ_lemma _ Γ ξ lev tree disti') as ξlemma.
     rewrite <- mapOptionTree_compose in ξlemma.
 
   set ((update_ξ ξ lev (leaves tree))) as ξ' in *.
@@ -662,47 +833,44 @@ Lemma letRecSubproofsToND' Γ Δ ξ lev τ tree  :
   eapply nd_comp; [ idtac | eapply nd_rule; apply z ].
   clear z.
 
-  set (@arrangeContextAndWeaken''  Γ Δ ξ' pctx (expr2antecedent body,,eLetRecContext branches)) as q'.
+  set (@arrangeContextAndWeaken''  Γ Δ  pctx ξ' (expr2antecedent body,,eLetRecContext branches)) as q'.
   unfold passback in *; clear passback.
   unfold pctx in *; clear pctx.
-  eapply UND_to_ND in q'.
+  set (q' disti) as q''.
 
   unfold ξ' in *.
   set (@updating_stripped_tree_is_inert' Γ lev ξ (leaves tree)) as zz.
   rewrite <- mapleaves in zz.
-  rewrite zz in q'.
+  rewrite zz in q''.
   clear zz.
   clear ξ'.
   Opaque stripOutVars.
   simpl.
-  rewrite <- mapOptionTree_compose in q'.
+  rewrite <- mapOptionTree_compose in q''.
   rewrite <- ξlemma.
-  eapply nd_comp; [ idtac | apply q' ].
+  eapply nd_comp; [ idtac | eapply nd_rule; apply (RArrange _ _ _ _ _ q'') ].
   clear q'.
+  clear q''.
   simpl.
 
   set (letRecSubproofsToND _ _ _ _ _ branches lrsp) as q.
-    eapply nd_comp; [ idtac | eapply nd_rule; apply RBindingGroup ].
+    eapply nd_comp; [ idtac | eapply nd_rule; apply RJoin ].
     eapply nd_comp; [ apply nd_llecnac | idtac ].
     apply nd_prod; auto.
     rewrite ξlemma.
     apply q.
-    clear q'.
-
-  rewrite <- mapleaves in disti.
-    apply disti.
     Defined.
 
-Lemma scbwv_coherent {tc}{Γ}{atypes:IList _ (HaskType Γ) _} :
-  forall scb:StrongCaseBranchWithVVs _ _ tc atypes,
+Lemma scbwv_coherent {tc}{Γ}{atypes:IList _ (HaskType Γ) _}{sac} :
+  forall scb:StrongCaseBranchWithVVs _ _ tc atypes sac,
     forall l ξ,
       vec2list (vec_map (scbwv_ξ scb ξ l) (scbwv_exprvars scb)) =
-      vec2list (vec_map (fun t => t @@ weakL' l) (sac_types (scbwv_sac scb) _ atypes)).
+      vec2list (vec_map (fun t => t @@ weakL' l) (sac_types sac _ atypes)).
   intros.
   unfold scbwv_ξ.
   unfold scbwv_varstypes.
   set (@update_ξ_lemma _ _ (weakLT' ○ ξ) (weakL' l)
-    (unleaves (vec2list (vec_zip (scbwv_exprvars scb) (sac_types (scbwv_sac scb) Γ atypes))))
+    (unleaves (vec2list (vec_zip (scbwv_exprvars scb) (sac_types sac Γ atypes))))
     ) as q.
   rewrite <- mapleaves' in q.
   rewrite <- mapleaves' in q.
@@ -722,18 +890,28 @@ Lemma scbwv_coherent {tc}{Γ}{atypes:IList _ (HaskType Γ) _} :
   apply scbwv_exprvars_distinct.
   Qed.
 
-Lemma case_lemma : forall Γ Δ ξ l tc tbranches atypes e alts',
-  mapOptionTree ξ (expr2antecedent (ECase Γ Δ ξ l tc tbranches atypes e alts'))
-  = ((mapOptionTreeAndFlatten pcb_freevars (mapOptionTree mkProofCaseBranch alts')),,mapOptionTree ξ  (expr2antecedent e)).
+
+Lemma case_lemma : forall Γ Δ ξ l tc tbranches atypes e
+   (alts':Tree
+            ??{sac : StrongAltCon &
+              {scb : StrongCaseBranchWithVVs VV eqd_vv tc atypes sac &
+              Expr (sac_Γ sac Γ) (sac_Δ sac Γ atypes (weakCK'' Δ))
+                (scbwv_ξ scb ξ l) (weakLT' (tbranches @@  l))}}),
+
+      (mapOptionTreeAndFlatten (fun x => pcb_freevars (projT2 x))
+        (mapOptionTree mkProofCaseBranch alts'))
+    ,,
+    mapOptionTree ξ  (expr2antecedent e) =
+  mapOptionTree ξ
+        (expr2antecedent (ECase Γ Δ ξ l tc tbranches atypes e alts')).
   intros.
   simpl.
   Ltac hack := match goal with [ |- ?A,,?B = ?C,,?D ] => assert (A=C) end.
   hack.
   induction alts'.
-  simpl.
-  destruct a.
+  destruct a; simpl.
+  destruct s; simpl.
   unfold mkProofCaseBranch.
-  simpl.
   reflexivity.
   reflexivity.
   simpl.
@@ -744,7 +922,6 @@ Lemma case_lemma : forall Γ Δ ξ l tc tbranches atypes e alts',
   reflexivity.
   Qed.
 
-
 Definition expr2proof  :
   forall Γ Δ ξ τ (e:Expr Γ Δ ξ τ),
     ND Rule [] [Γ > Δ > mapOptionTree ξ (expr2antecedent e) |- [τ]].
@@ -760,7 +937,7 @@ Definition expr2proof  :
     | ELam     Γ Δ ξ t1 t2 lev v    e               => let case_ELam := tt in (fun e' => _) (expr2proof _ _ _ _ e)
     | ELet     Γ Δ ξ tv t      v lev ev ebody       => let case_ELet := tt in 
                                                        (fun pf_let pf_body => _) (expr2proof _ _ _ _ ev) (expr2proof _ _ _ _ ebody) 
-    | ELetRec  Γ Δ ξ lev t tree branches ebody      =>
+    | ELetRec  Γ Δ ξ lev t tree disti branches ebody =>
       let ξ' := update_ξ ξ lev (leaves tree) in
       let case_ELetRec := tt in  (fun e' subproofs => _) (expr2proof _ _ _ _ ebody) 
         ((fix subproofs Γ'' Δ'' ξ'' lev'' (tree':Tree ??(VV * HaskType Γ'' ★))
@@ -783,18 +960,19 @@ Definition expr2proof  :
     | ECase    Γ Δ ξ l tc tbranches atypes e alts' => 
       let dcsp :=
         ((fix mkdcsp (alts:
-               Tree ??{ scb : StrongCaseBranchWithVVs _ _ tc atypes
-                            & Expr (sac_Γ scb Γ)
-                                   (sac_Δ scb Γ atypes (weakCK'' Δ))
+               Tree ??{ sac : _ & { scb : StrongCaseBranchWithVVs _ _ tc atypes sac
+                            & Expr (sac_Γ sac Γ)
+                                   (sac_Δ sac Γ atypes (weakCK'' Δ))
                                    (scbwv_ξ scb ξ l)
-                                   (weakLT' (tbranches@@l)) })
-          : ND Rule [] (mapOptionTree (pcb_judg ○ mkProofCaseBranch) alts) :=
-        match alts as ALTS return ND Rule [] (mapOptionTree (pcb_judg ○ mkProofCaseBranch) ALTS) with
+                                   (weakLT' (tbranches@@l)) } })
+          : ND Rule [] (mapOptionTree (fun x => pcb_judg (projT2 (mkProofCaseBranch x))) alts) :=
+        match alts as ALTS return ND Rule [] 
+          (mapOptionTree (fun x => pcb_judg (projT2 (mkProofCaseBranch x))) ALTS) with
           | T_Leaf None      => let case_nil := tt in _
           | T_Branch b1 b2   => let case_branch := tt in (fun b1' b2' => _) (mkdcsp b1) (mkdcsp b2)
           | T_Leaf (Some x)  =>
-            match x as X return ND Rule [] [(pcb_judg ○ mkProofCaseBranch) X] with
-            existT scbx ex =>
+            match x as X return ND Rule [] [pcb_judg (projT2 (mkProofCaseBranch X))] with
+            existT sac (existT scbx ex) =>
             (fun e' => let case_leaf := tt in _) (expr2proof _ _ _ _ ex)
         end
         end) alts')
@@ -830,15 +1008,14 @@ Definition expr2proof  :
       unfold mapOptionTree; simpl; fold (mapOptionTree ξ).
       eapply nd_comp; [ idtac | eapply nd_rule; apply RLam ].
       set (update_ξ ξ lev ((v,t1)::nil)) as ξ'.
-      set (arrangeContextAndWeaken v (expr2antecedent e) Γ Δ [t2 @@ lev] ξ') as pfx.
-        apply UND_to_ND in pfx.
-        unfold mapOptionTree in pfx; simpl in pfx; fold (mapOptionTree ξ) in pfx.
+      set (arrangeContextAndWeaken Γ Δ v (expr2antecedent e) ξ') as pfx.
+        eapply RArrange in pfx.
+        unfold mapOptionTree in pfx; simpl in pfx.
         unfold ξ' in pfx.
-        fold (mapOptionTree (update_ξ ξ lev ((v,t1)::nil))) in pfx.
         rewrite updating_stripped_tree_is_inert in pfx.
         unfold update_ξ in pfx.
         destruct (eqd_dec v v).
-        eapply nd_comp; [ idtac | apply pfx ].
+        eapply nd_comp; [ idtac | apply (nd_rule pfx) ].
         clear pfx.
         apply e'.
         assert False.
@@ -849,14 +1026,15 @@ Definition expr2proof  :
     destruct case_ELet; intros; simpl in *.
       eapply nd_comp; [ idtac | eapply nd_rule; eapply RLet ].
       eapply nd_comp; [ apply nd_llecnac | idtac ].
-      apply nd_prod; [ idtac | apply pf_let].
-      clear pf_let.
-      eapply nd_comp; [ apply pf_body | idtac ].
-      clear pf_body.
+      apply nd_prod.
+        apply pf_let.
+        clear pf_let.
+        eapply nd_comp; [ apply pf_body | idtac ].
+        clear pf_body.
       fold (@mapOptionTree VV).
       fold (mapOptionTree ξ).
       set (update_ξ ξ v ((lev,tv)::nil)) as ξ'.
-      set (arrangeContextAndWeaken lev (expr2antecedent ebody) Γ Δ [t@@v] ξ') as n.
+      set (arrangeContextAndWeaken Γ Δ lev (expr2antecedent ebody) ξ') as n.
       unfold mapOptionTree in n; simpl in n; fold (mapOptionTree ξ') in n.
       unfold ξ' in n.
       rewrite updating_stripped_tree_is_inert in n.
@@ -864,8 +1042,8 @@ Definition expr2proof  :
       destruct (eqd_dec lev lev).
       unfold ξ'.
       unfold update_ξ.
-      apply UND_to_ND in n.
-      apply n.
+      eapply RArrange in n.
+      apply (nd_rule n).
       assert False. apply n0; auto. inversion H.
 
     destruct case_EEsc.
@@ -912,15 +1090,9 @@ Definition expr2proof  :
       clear o x alts alts' e.
       eapply nd_comp; [ apply e' | idtac ].
       clear e'.
-      set (existT
-              (fun scb : StrongCaseBranchWithVVs VV eqd_vv tc atypes =>
-               Expr (sac_Γ scb Γ) (sac_Δ scb Γ atypes (weakCK'' Δ))
-                 (scbwv_ξ scb ξ l) (weakLT' (tbranches @@  l))) scbx ex) as stuff.
-      set (fun q r x1 x2 y1 y2 => @UND_to_ND q r [q >> r > x1 |- y1] [q >> r > x2 |- y2]).
-      simpl in n.
-      apply n.
-      clear n.
-
+      apply nd_rule.
+      apply RArrange.
+      simpl.
       rewrite mapleaves'.
       simpl.
       rewrite <- mapOptionTree_compose.
@@ -942,6 +1114,7 @@ Definition expr2proof  :
       replace (stripOutVars (vec2list (scbwv_exprvars scbx))) with
         (stripOutVars (leaves (unleaves (vec2list (scbwv_exprvars scbx))))).
       apply q.
+      apply (sac_Δ sac Γ atypes (weakCK'' Δ)).
       rewrite leaves_unleaves.
       apply (scbwv_exprvars_distinct scbx).
       rewrite leaves_unleaves.
@@ -957,7 +1130,8 @@ Definition expr2proof  :
       apply b2'.
 
     destruct case_ECase.
-      rewrite case_lemma.
+    set (@RCase Γ Δ l tc) as q.
+      rewrite <- case_lemma.
       eapply nd_comp; [ idtac | eapply nd_rule; eapply RCase ].
       eapply nd_comp; [ apply nd_llecnac | idtac ]; apply nd_prod.
       rewrite <- mapOptionTree_compose.
@@ -970,7 +1144,6 @@ Definition expr2proof  :
       unfold ξ'1 in *.
       clear ξ'1.
       apply letRecSubproofsToND'.
-      admit.
       apply e'.
       apply subproofs.