uncomment some code in ProgrammingLanguage.v
[coq-hetmet.git] / src / ProgrammingLanguage.v
index 7630440..e29903a 100644 (file)
@@ -1,7 +1,7 @@
 (*********************************************************************************************************************************)
 (* ProgrammingLanguage                                                                                                           *)
 (*                                                                                                                               *)
-(*   Basic assumptions about programming languages .                                                                             *)
+(*   Basic assumptions about programming languages.                                                                              *)
 (*                                                                                                                               *)
 (*********************************************************************************************************************************)
 
@@ -18,221 +18,247 @@ Require Import Enrichment_ch2_8.
 Require Import Subcategories_ch7_1.
 Require Import NaturalTransformations_ch7_4.
 Require Import NaturalIsomorphisms_ch7_5.
+Require Import BinoidalCategories.
+Require Import PreMonoidalCategories.
 Require Import MonoidalCategories_ch7_8.
 Require Import Coherence_ch7_8.
 Require Import Enrichment_ch2_8.
 Require Import RepresentableStructure_ch7_2.
 Require Import FunctorCategories_ch7_7.
 
+Require Import Enrichments.
 Require Import NaturalDeduction.
 Require Import NaturalDeductionCategory.
 
-Require Import FreydCategories.
-
-Require Import Reification.
-Require Import GeneralizedArrow.
-Require Import GeneralizedArrowFromReification.
-Require Import ReificationFromGeneralizedArrow.
-
-(*
- *  Everything in the rest of this section is just groundwork meant to
- *  build up to the definition of the ProgrammingLanguage class, which
- *  appears at the end of the section.  References to "the instance"
- *  mean instances of that class.  Think of this section as being one
- *  big Class { ... } definition, except that we declare most of the
- *  stuff outside the curly brackets in order to take advantage of
- *  Coq's section mechanism.
- *)   
 Section Programming_Language.
 
   Context {T    : Type}.               (* types of the language *)
 
-  Context (Judg : Type).
-  Context (sequent : Tree ??T -> Tree ??T -> Judg).
-     Notation "cs |= ss" := (sequent cs ss) : al_scope.
-     (* Because of term irrelevance we need only store the *erased* (def
-      * 4.4) trees; for this reason there is no Coq type directly
-      * corresponding to productions $e$ and $x$ of 4.1.1, and TreeOT can
-      * be used for productions $\Gamma$ and $\Sigma$ *)
+  Definition PLJudg := (Tree ??T) * (Tree ??T).
+  Definition sequent := @pair (Tree ??T) (Tree ??T).
+     Notation "cs |= ss" := (sequent cs ss) : pl_scope.
 
-  (* to do: sequent calculus equals natural deduction over sequents, theorem equals sequent with null antecedent, *)
+  Context {Rule : Tree ??PLJudg -> Tree ??PLJudg -> Type}.
 
-  Context {Rule : Tree ??Judg -> Tree ??Judg -> Type}.
-
-  Notation "H /⋯⋯/ C" := (ND Rule H C) : al_scope.
+  Notation "H /⋯⋯/ C" := (ND Rule H C) : pl_scope.
 
   Open Scope pf_scope.
   Open Scope nd_scope.
-  Open Scope al_scope.
-
-  (*
-   *
-   * Note that from this abstract interface, the terms (expressions)
-   * in the proof are not accessible at all; they don't need to be --
-   * so long as we have access to the equivalence relation upon
-   * proof-conclusions.  Moreover, hiding the expressions actually
-   * makes the encoding in CiC work out easier for two reasons:
-   *
-   *  1. Because the denotation function is provided a proof rather
-   *     than a term, it is a total function (the denotation function is
-   *     often undefined for ill-typed terms).
-   *
-   *  2. We can define arr_composition of proofs without having to know how
-   *     to compose expressions.  The latter task is left up to the client
-   *     function which extracts an expression from a completed proof.
-   *  
-   * This also means that we don't need an explicit proof obligation for 4.1.2.
-   *)
+  Open Scope pl_scope.
+
   Class ProgrammingLanguage :=
-  { al_eqv                : @ND_Relation Judg Rule where "pf1 === pf2" := (@ndr_eqv _ _ al_eqv _ _ pf1 pf2)
-  ; al_tsr                : TreeStructuralRules
-  ; al_subst              : CutRule
-  ; al_sequent_join       : SequentJoin
+  { pl_eqv0               :  @ND_Relation PLJudg Rule
+  ; pl_snd                :> @SequentND PLJudg Rule _ sequent
+  ; pl_cnd                :> @ContextND PLJudg Rule T sequent pl_snd
+  ; pl_eqv1               :> @SequentND_Relation PLJudg Rule _ sequent pl_snd pl_eqv0
+  ; pl_eqv                :> @ContextND_Relation PLJudg Rule _ sequent pl_snd pl_cnd pl_eqv0 pl_eqv1
   }.
-  Notation "pf1 === pf2" := (@ndr_eqv _ _ al_eqv _ _ pf1 pf2) : temporary_scope3.
+  Notation "pf1 === pf2" := (@ndr_eqv _ _ pl_eqv _ _ pf1 pf2) : temporary_scope3.
 
   Section LanguageCategory.
 
     Context (PL:ProgrammingLanguage).
 
     (* category of judgments in a fixed type/coercion context *)
-    Definition Judgments_cartesian := @Judgments_Category_CartesianCat _ Rule al_eqv.
+    Definition Judgments_cartesian := @Judgments_Category_CartesianCat _ Rule pl_eqv.
 
     Definition JudgmentsL          := Judgments_cartesian.
 
     Definition identityProof t : [] ~~{JudgmentsL}~~> [t |= t].
       unfold hom; simpl.
-      apply nd_rule.
-      apply al_reflexive_seq.
+      apply snd_initial.
       Defined.
 
     Definition cutProof a b c : [a |= b],,[b |= c] ~~{JudgmentsL}~~> [a |= c].
       unfold hom; simpl.
-      apply al_subst.
+      apply snd_cut.
       Defined.
 
+    Existing Instance pl_eqv.
+
     Definition TypesL : ECategory JudgmentsL (Tree ??T) (fun x y => [x|=y]).
       refine
       {| eid   := identityProof
        ; ecomp := cutProof
       |}; intros.
-      apply MonoidalCat_all_central.
-      apply MonoidalCat_all_central.
-      unfold identityProof; unfold cutProof; simpl.
-      apply al_subst_left_identity.
-      unfold identityProof; unfold cutProof; simpl.
-      apply al_subst_right_identity.
-      unfold identityProof; unfold cutProof; simpl.
-      apply al_subst_associativity'.
+      apply (mon_commutative(MonoidalCat:=JudgmentsL)).
+      apply (mon_commutative(MonoidalCat:=JudgmentsL)).
+      unfold identityProof; unfold cutProof; simpl; eapply cndr_inert. apply pl_eqv. auto. auto.
+      unfold identityProof; unfold cutProof; simpl; eapply cndr_inert. apply pl_eqv. auto. auto.
+      unfold identityProof; unfold cutProof; simpl; eapply cndr_inert. apply pl_eqv. auto. auto.
+      apply ndpc_comp; auto.
+      apply ndpc_comp; auto.
       Defined.
 
-    Definition Types_first c : EFunctor TypesL TypesL (fun x => x,,c ).
-      (*
-      eapply Build_EFunctor; intros.
-      eapply MonoidalCat_all_central.
-      unfold eqv.
-      simpl.
-      *)
-      admit.
+    Instance Types_first c : EFunctor TypesL TypesL (fun x => x,,c ) :=
+      { efunc := fun x y => cnd_expand_right(ContextND:=pl_cnd) x y c }.
+      intros; apply (mon_commutative(MonoidalCat:=JudgmentsL)).
+      intros. unfold ehom. unfold hom. unfold identityProof. unfold eid. simpl. unfold identityProof.
+      apply (cndr_inert pl_cnd); auto.
+      intros. unfold ehom. unfold comp. simpl. unfold cutProof.
+      rewrite <- (@ndr_prod_preserves_comp _ _ pl_eqv _ _ (cnd_expand_right _ _ c) _ _ (nd_id1 (b|=c0))
+                  _ (nd_id1 (a,,c |= b,,c))  _ (cnd_expand_right _ _ c)).
+      setoid_rewrite (@ndr_comp_right_identity _ _ pl_eqv _ [a,, c |= b,, c]).
+      setoid_rewrite (@ndr_comp_left_identity  _ _ pl_eqv [b |= c0]).
+      simpl; eapply cndr_inert. apply pl_eqv. auto. auto.
       Defined.
 
-    Definition Types_second c : EFunctor TypesL TypesL (fun x => c,,x ).
-      admit.
+    Instance Types_second c : EFunctor TypesL TypesL (fun x => c,,x) :=
+      { efunc := fun x y => ((@cnd_expand_left _ _ _ _ _ _ x y c)) }.
+      intros; apply (mon_commutative(MonoidalCat:=JudgmentsL)).
+      intros. unfold ehom. unfold hom. unfold identityProof. unfold eid. simpl. unfold identityProof.
+      eapply cndr_inert; auto. apply pl_eqv.
+      intros. unfold ehom. unfold comp. simpl. unfold cutProof.
+      rewrite <- (@ndr_prod_preserves_comp _ _ pl_eqv _ _ (cnd_expand_left _ _ c) _ _ (nd_id1 (b|=c0))
+                  _ (nd_id1 (c,,a |= c,,b))  _ (cnd_expand_left _ _ c)).
+      setoid_rewrite (@ndr_comp_right_identity _ _ pl_eqv _ [c,,a |= c,,b]).
+      setoid_rewrite (@ndr_comp_left_identity  _ _ pl_eqv [b |= c0]).
+      simpl; eapply cndr_inert. apply pl_eqv. auto. auto.
       Defined.
 
-    Definition Types_binoidal : BinoidalCat TypesL (@T_Branch _).
+    Definition Types_binoidal : EBinoidalCat TypesL.
       refine
-        {| bin_first  := Types_first
-         ; bin_second := Types_second
+        {| ebc_first  := Types_first
+         ; ebc_second := Types_second
          |}.
       Defined.
 
-    Definition TypesL_binoidal : BinoidalCat TypesL (@T_Branch _).
-    admit.
-    Defined.
+    Instance Types_assoc_iso a b c : Isomorphic(C:=TypesL) ((a,,b),,c) (a,,(b,,c)) :=
+      { iso_forward  := snd_initial _ ;; cnd_ant_cossa _ a b c
+      ; iso_backward := snd_initial _ ;; cnd_ant_assoc _ a b c
+      }.
+      simpl; eapply cndr_inert. unfold identityProof; apply pl_eqv. auto.
+        apply ndpc_comp; auto.
+        apply ndpc_comp; auto.
+        auto.
+      simpl; eapply cndr_inert. unfold identityProof; apply pl_eqv. auto.
+        apply ndpc_comp; auto.
+        apply ndpc_comp; auto.
+        auto.
+        Defined.
+
+    Instance Types_cancelr_iso a : Isomorphic(C:=TypesL) (a,,[]) a :=
+      { iso_forward  := snd_initial _ ;; cnd_ant_rlecnac _ a
+      ; iso_backward := snd_initial _ ;; cnd_ant_cancelr _ a
+      }.
+      unfold eqv; unfold comp; simpl.
+      eapply cndr_inert. apply pl_eqv. auto.
+        apply ndpc_comp; auto.
+        apply ndpc_comp; auto.
+        auto.
+      unfold eqv; unfold comp; simpl.
+      eapply cndr_inert. apply pl_eqv. auto.
+        apply ndpc_comp; auto.
+        apply ndpc_comp; auto.
+        auto.
+      Defined.
 
-    Definition Types_PreMonoidal : PreMonoidalCat TypesL_binoidal [].
-    admit.
-    Defined.
+    Instance Types_cancell_iso a : Isomorphic(C:=TypesL) ([],,a) a :=
+      { iso_forward  := snd_initial _ ;; cnd_ant_llecnac _ a
+      ; iso_backward := snd_initial _ ;; cnd_ant_cancell _ a
+      }.
+      unfold eqv; unfold comp; simpl.
+      eapply cndr_inert. apply pl_eqv. auto.
+        apply ndpc_comp; auto.
+        apply ndpc_comp; auto.
+        auto.
+      unfold eqv; unfold comp; simpl.
+      eapply cndr_inert. apply pl_eqv. auto.
+        apply ndpc_comp; auto.
+        apply ndpc_comp; auto.
+        auto.
+      Defined.
 
-    Definition TypesEnrichedInJudgments : Enrichment.
-      refine {| enr_c := TypesL |}.
+    Instance Types_assoc a b : Types_second a >>>> Types_first b <~~~> Types_first b >>>> Types_second a :=
+      { ni_iso := fun c => Types_assoc_iso a c b }.
+      admit.
       Defined.
 
-    Structure HasProductTypes :=
-    {
-    }.
+    Instance Types_cancelr   : Types_first [] <~~~> functor_id _ :=
+      { ni_iso := Types_cancelr_iso }.
+      intros; simpl.
+      admit.
+      Defined.
 
-    (* need to prove that if we have cartesian tuples we have cartesian contexts *)
-    Definition LanguagesWithProductsAreSMME : HasProductTypes -> SurjectiveMonicMonoidalEnrichment TypesEnrichedInJudgments.
+    Instance Types_cancell   : Types_second [] <~~~> functor_id _ :=
+      { ni_iso := Types_cancell_iso }.
       admit.
       Defined.
 
-  End LanguageCategory.
+    Instance Types_assoc_ll a b : Types_second (a,,b) <~~~> Types_second b >>>> Types_second a :=
+      { ni_iso := fun c => Types_assoc_iso a b c }.
+      admit.
+      Defined.
 
-  Structure ProgrammingLanguageSMME :=
-  { plsmme_pl   : ProgrammingLanguage
-  ; plsmme_smme : SurjectiveMonicMonoidalEnrichment (TypesEnrichedInJudgments plsmme_pl)
-  }.
-  Coercion plsmme_pl : ProgrammingLanguageSMME >-> ProgrammingLanguage.
-  Coercion plsmme_smme : ProgrammingLanguageSMME >-> SurjectiveMonicMonoidalEnrichment.
-
-  Section ArrowInLanguage.
-    Context  (Host:ProgrammingLanguageSMME).
-    Context `(CC:CartesianCat (me_mon Host)).
-    Context `(K:@ECategory _ _ _ _ _ _ (@car_mn _ _ _ _ _ _ _ CC) C Kehom).
-    Context `(pmc:PreMonoidalCat K bobj mobj (@one _ _ _ (cartesian_terminal C))).
-      (* FIXME *)
-      (*
-      Definition ArrowInProgrammingLanguage := 
-        @FreydCategory _ _ _ _ _ _ (@car_mn _ _ _ _ _ _ _ CC) _ _ _ _ pmc.
-        *)
-  End ArrowInLanguage.
-
-  Section GArrowInLanguage.
-    Context (Guest:ProgrammingLanguageSMME).
-    Context (Host :ProgrammingLanguageSMME).
-    Definition GeneralizedArrowInLanguage := GeneralizedArrow Guest Host.
-
-    (* FIXME
-    Definition ArrowsAreGeneralizedArrows : ArrowInProgrammingLanguage -> GeneralizedArrowInLanguage.
-    *)
-    Definition TwoLevelLanguage := Reification Guest Host (me_i Host).
-
-    Context (GuestHost:TwoLevelLanguage).
-
-    Definition FlatObject (x:TypesL Host) :=
-      forall y1 y2, not ((reification_r_obj GuestHost y1 y2)=x).
-
-    Definition FlatSubCategory := FullSubcategory (TypesL Host) FlatObject.
-
-    Section Flattening.
-
-      Context  (F:Retraction (TypesL Host) FlatSubCategory).
-      Definition FlatteningOfReification := garrow_from_reification Guest Host GuestHost >>>> F.
-      Lemma FlatteningIsNotDestructive : 
-        FlatteningOfReification >>>> retraction_retraction F >>>> RepresentableFunctor _ (me_i Host) ~~~~ GuestHost.
-        admit.
-        Qed.
-
-    End Flattening.
-
-  End GArrowInLanguage.
-
-  Inductive NLevelLanguage : nat -> ProgrammingLanguageSMME -> Type :=
-  | NLevelLanguage_zero : forall lang,    NLevelLanguage O lang
-  | NLevelLanguage_succ : forall (L1 L2:ProgrammingLanguageSMME) n,
-    TwoLevelLanguage L1 L2 -> NLevelLanguage n L1 -> NLevelLanguage (S n) L2.
-
-  Definition OmegaLevelLanguage : Type :=
-    { f : nat -> ProgrammingLanguageSMME
-    & forall n, TwoLevelLanguage (f n) (f (S n)) }.
-    
-  Close Scope temporary_scope3.
-  Close Scope al_scope.
-  Close Scope nd_scope.
-  Close Scope pf_scope.
+    Instance Types_assoc_rr a b : Types_first (a,,b) <~~~> Types_first a >>>> Types_first b :=
+      { ni_iso := fun c => iso_inv _ _ (Types_assoc_iso c a b) }.
+      admit.
+      Defined.
 
-End Programming_Language.
+    Instance TypesL_PreMonoidal : PreMonoidalCat Types_binoidal [] :=
+      { pmon_assoc    := Types_assoc
+      ; pmon_cancell  := Types_cancell
+      ; pmon_cancelr  := Types_cancelr
+      ; pmon_assoc_rr := Types_assoc_rr
+      ; pmon_assoc_ll := Types_assoc_ll
+      }.
+      apply Build_Pentagon.
+        intros; simpl.
+        eapply cndr_inert. apply pl_eqv.
+        apply ndpc_comp.
+        apply ndpc_comp.
+        auto.
+        apply ndpc_comp.
+        apply ndpc_prod.
+        apply ndpc_comp.
+        apply ndpc_comp.
+        auto.
+        apply ndpc_comp.
+        auto.
+        auto.
+        auto.
+        auto.
+        auto.
+        auto.
+        apply ndpc_comp.
+        apply ndpc_comp.
+        auto.
+        apply ndpc_comp.
+        auto.
+        auto.
+        auto.
+      apply Build_Triangle; intros; simpl.
+        eapply cndr_inert. apply pl_eqv.
+        auto.
+        apply ndpc_comp.
+        apply ndpc_comp.
+        auto.
+        apply ndpc_comp.
+        auto.
+        auto.
+        auto.
+        eapply cndr_inert. apply pl_eqv. auto.
+          auto.
+      intros; simpl; reflexivity.
+      intros; simpl; reflexivity.
+      admit.  (* assoc   central *)
+      admit.  (* cancelr central *)
+      admit.  (* cancell central *)
+      Defined.
 
+    Definition TypesEnrichedInJudgments : SurjectiveEnrichment.
+      refine
+        {| senr_c_pm     := TypesL_PreMonoidal
+         ; senr_v        := JudgmentsL
+         ; senr_v_bin    := Judgments_Category_binoidal _
+         ; senr_v_pmon   := Judgments_Category_premonoidal _
+         ; senr_v_mon    := Judgments_Category_monoidal _
+         ; senr_c_bin    := Types_binoidal
+         ; senr_c        := TypesL
+        |}.
+      Defined.
+
+  End LanguageCategory.
+
+End Programming_Language.
 Implicit Arguments ND [ Judgment ].