
ahirn@37877: \documentclass[11pt,a4paper,headline,headcount,towside,nocenter]{report}
ahirn@37877: \usepackage{latexsym} 
alexandra@37882: 
ahirn@37877: %\usepackage{ngerman}
ahirn@37877: %\grmn@dq@error ...and \dq \string #1 is undefined}
ahirn@37877: %l.989 ...tch the problem type \\{\tt["squareroot",
ahirn@37877: %                                                  "univ
ahirn@37877: \bibliographystyle{alpha}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \def\isac{${\cal I}\mkern-2mu{\cal S}\mkern-5mu{\cal AC}$}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \title{\isac --- Interface for\\
ahirn@37877:   Developers of Math Knowledge\\[1.0ex]
ahirn@37877:   and\\[1.0ex]
ahirn@37877:   Tools for Experiments in\\
ahirn@37877:   Symbolic Computation\\[1.0ex]}
alexandra@37889: \author{Alexandra Hirn und Eva Rott\\
ahirn@37877:   \tt isac-users@ist.tugraz.at\\[1.0ex]}
ahirn@37877: \date{\today}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \begin{document}
ahirn@37877: \maketitle
ahirn@37877: \newpage
ahirn@37877: \tableofcontents
ahirn@37877: \newpage
ahirn@37877: \listoftables
ahirn@37877: \newpage
ahirn@37877: 
alexandra@37887: \chapter{Einleitung}
ahirn@37877: \section{``Authoring'' und ``Tutoring''}
ahirn@37877: {TO DO} Mathematik lernen -- verschiedene Autoren -- Isabelle
ahirn@37877: Die Grundlage f\"ur \isac{} bildet Isabelle. Dies ist ein ``theorem prover'', der von L. Paulson und T. Nipkow entwickelt wird und Hard- und Software pr\"uft.
ahirn@37877: \section{Der Inhalt des Dokuments}
ahirn@37877: \paragraph{TO DO} {Als Anleitung:} Dieses Dokument beschreibt das Kerngebiet (KE) von \isac{}, das Gebiet der mathematics engine (ME) im Kerngebiet und die verschiedenen Funktionen wie das Umschreiben und der Vergleich.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \isac{} und KE wurden in SML geschrieben, die Sprache in Verbindung mit dem Vorg\"anger des Theorem Provers Isabelle entwickelt. So kam es, dass in diesem Dokument die Ebene ASCII als SML Code pr\"asentiert wird. Der Leser wird vermutlich erkennen, dass der \isac{} Benutzer eine vollkommen andere Sichtweise auf eine grafische Benutzeroberfl\"ache bekommt.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: Das Dokument ist eigenst\"andig; Basiswissen \"uber SML (für eine Einf\"uhrung siehe \cite{Paulson:91}), Terme und Umschreibung wird vorrausgesetzt.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: %The interfaces will be moderately exended during the first phase of development of the mathematics knowledge. The work on the subprojects defined should {\em not} create interfaces of any interest to a user or another author of knowledge except identifiers (of type string) for theorems, rulesets etc.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: Hinweis: SML Code, Verzeichnis, Dateien sind {\tt in 'tt' geschrieben}; besonders in {\tt ML>} ist das Kerngebiet schnell.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \paragraph{Versuchen Sie es!}  Ein weiteres Anliegen dieses Textes ist, dem Leser Tipps f\"ur Versuche mit den Anwendungen zu geben.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \section{Gleich am Computer ausprobieren!}\label{get-started}
ahirn@37877: \paragraph{TO DO screenshot} Bevor Sie mit Ihren Versuchen beginnen, m\"ochten wir Ihnen noch einige Hinweise geben.
ahirn@37877: \begin{itemize}
ahirn@37877:  \item System starten
ahirn@37877:  \item Shell aufmachen und die Datei mat-eng-de.sml \"offnen.
ahirn@37877:  \item $>$  :  Hinter diesem Zeichen (``Prompt'') stehen jene, die Sie selbst eingeben bzw. mit Copy und Paste aus der Datei kopieren.
ahirn@37877:  \item Die Eingabe wird mit ``;'' und ``Enter'' abgeschlossen.
ahirn@37877:  \item Zeilen, die nicht mit Prompt beginnen, werden vom Computer ausgegeben.
ahirn@37877:  
ahirn@37877: \end{itemize}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \part{Experimentelle Ann\"aherung}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \chapter{Terme und Theorien}
ahirn@37877: Wie bereits erw\"ahnt, geht es um Computer-Mathematik. In den letzten Jahren hat die ``computer science'' grosse Fortschritte darin gemacht, Mathematik auf dem Computer verst\"andlich darzustellen. Dies gilt f\"ur mathematische Formeln, f\"ur die Beschreibung von Problem (behandelt in Abs.\ref{pbl}), f\"ur L\"osungsmethoden (behandelt in Abs.\ref{met}) etc. Wir beginnen mit mathematischen Formeln --- gleich zum Ausprobieren wie in Abs.\ref{get-started} oben vorbereitet.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \section{Von der Formel zum Term}
ahirn@37877: Um ein Beispiel zu nennen: Die Formel $a+b\cdot 3$ l\"asst sich in lesbarer Form so eingeben:
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:   > "a + b * 3";
ahirn@37877:   val it = "a + b * 3" : string
ahirn@37877: \end{verbatim}}
ahirn@37877: \noindent ``a + b * 3'' ist also ein String (=Zeichenfolge). In dieser Form weiss der Computer nicht, dass z.B. eine Multiplikation {\em vor} einer Addition zu rechnen ist. Isabelle braucht Formeln in einer anderen Form; Diese kann man mit der Funktion ``str2term'' (= string to term) umrechnen:
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:   > str2term "a + b * 3";
ahirn@37877:   val it =
ahirn@37877:      Const ("op +", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
ahirn@37877:            Free ("a", "RealDef.real") $
ahirn@37877:         (Const ("op *", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $ ... $
ahirn@37877:            ...) : Term.term
ahirn@37877: \end{verbatim}}
ahirn@37877: \noindent Jene Form braucht Isabelle intern zum rechnen. Sie heisst Term und ist nicht lesbar, daf\"ur aber speicherbar mit Hilfe von ``val'' (=value) 
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:   > val term = str2term "a + b * 3";
ahirn@37877:   val term =  
ahirn@37877:      Const ("op +", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
ahirn@37877:            Free ("a", "RealDef.real") $
ahirn@37877:         (Const ("op *", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $ ... $
ahirn@37877:            ...) : Term.term
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: Der gespeicherte Term kann einer Funktion ``atomty'' \"ubergeben werden, die jenen in einer abstrakten Struktur zeigt:
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:   > atomty term;
ahirn@37877:  
ahirn@37877:   ***
ahirn@37877:   *** Const (op +, [real, real] => real)
ahirn@37877:   *** . Free (a, real)
ahirn@37877:   *** . Const (op *, [real, real] => real)
ahirn@37877:   *** . . Free (b, real)
ahirn@37877:   *** . . Free (3, real)
ahirn@37877:   ***
ahirn@37877:  
ahirn@37877:   val it = () : unit
ahirn@37877: \end{verbatim}%size
ahirn@37877: 
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \section{``Theory'' und ``Parsing``}
ahirn@37877: Die theory gibt an, welcher Ausdruck wo steht. Eine derzeitige theory wird intern als \texttt{thy} gekennzeichnet. Jene theory, die alles Wissen ent\"ahlt ist \isac{}. 
ahirn@37877: 
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:   > Isac.thy;
ahirn@37877:        val it =
ahirn@37877:           {ProtoPure, CPure, HOL, Set, Typedef, Fun, Product_Type, Lfp, Gfp,
ahirn@37877:           Sum_Type, Relation, Record, Inductive, Transitive_Closure,
ahirn@37877:           Wellfounded_Recursion, NatDef, Nat, NatArith, Divides, Power,
ahirn@37877:           SetInterval, Finite_Set, Equiv, IntDef, Int, Datatype_Universe,
ahirn@37877:           Datatype, Numeral, Bin, IntArith, Wellfounded_Relations, Recdef, IntDiv,
ahirn@37877:           IntPower, NatBin, NatSimprocs, Relation_Power, PreList, List, Map,
ahirn@37877:           Hilbert_Choice, Main, Lubs, PNat, PRat, PReal, RealDef, RealOrd,
ahirn@37877:           RealInt, RealBin, RealArith0, RealArith, RComplete, RealAbs, RealPow,
ahirn@37877:           Ring_and_Field, Complex_Numbers, Real, ListG, Tools, Script, Typefix,
ahirn@37877:           Float, ComplexI, Descript, Atools, Simplify, Poly, Rational, PolyMinus,
ahirn@37877:           Equation, LinEq, Root, RootEq, RatEq, RootRat, RootRatEq, PolyEq, Vect,
ahirn@37877:           Calculus, Trig, LogExp, Diff, DiffApp, Integrate, EqSystem, Biegelinie,
ahirn@37877:           AlgEin, Test, Isac} : Theory.theory
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: Die, die ein Mal enth\"alt ist groups.thy. Suchen Sie nach '*' unter der Adresse:
ahirn@37877: 
ahirn@37877: http://www.cl.cam.ac.uk/research/hvg/Isabelle/dist/library/HOL/Groups.html
ahirn@37877: Hier wird Ihnen erkl\"art, wie das Mal vom Computer gelesen wird.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:   > Group.thy
ahirn@37877:       fixes f :: "'a => 'a => 'a" (infixl "*" 70)
ahirn@37877:       assumes assoc [ac_simps]: "a * b * c = a * (b * c)"
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: Der ''infix`` ist der Operator, der zwischen zwei Argumenten steht. 70 bedeutet, dass Mal eine hohe Priorit\"at hat (bei einem Plus liegt der Wert bei 50 oder 60). 
ahirn@37877: 
ahirn@37877: Parsing entsteht durch einen string und eine theory. Es verwendet Informationen, die in der theory von Isabelle enthalten sind.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:   > parse;
ahirn@37877:        val it = fn : Theory.theory -> string -> Thm.cterm Library.option
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: Dieser term kann wieder in seine einzelnen Teile zerlegt werden.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > val it = (term_of o the) it;
ahirn@37877:         val it =
ahirn@37877:            Const ("op +", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
ahirn@37877:                Free ("a", "RealDef.real") $
ahirn@37877:            (Const ("op *", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $ ... $
ahirn@37877:                ...) : Term.term
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \paragraph{Versuchen Sie es!} Das mathematische Wissen w\"achst, indem man zu den Urspr\"ungen schaut. In den folgenden Beispielen werden verschiedene Meldungen genauer erkl\"art.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > (*-1-*);
ahirn@37877:    > parse HOL.thy "2^^^3";
ahirn@37877:       *** Inner lexical error at: "^^^3"
ahirn@37877:       val it = None : Thm.cterm Library.option         
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: ''Inner lexical error`` bedeutet, dass ein Fehler aufgetreten ist, vermutlich hat man sich vertippt.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > (*-2-*);
ahirn@37877:    > parse HOL.thy "d_d x (a + x)";
ahirn@37877:       val it = None : Thm.cterm Library.option               
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: Fehlt ''Inner lexical error`` wurde der Parse nicht gefunden.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > (*-3-*);
ahirn@37877:    > parse Rational.thy "2^^^3";
ahirn@37877:       val it = Some "2 ^^^ 3" : Thm.cterm Library.option               
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > (*-4-*);
ahirn@37877:    > val Some t4 = parse Rational.thy "d_d x (a + x)";
ahirn@37877:       val t4 = "d_d x (a + x)" : Thm.cterm              
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > (*-5-*);
ahirn@37877:    > val Some t5 = parse Diff.thy  "d_d x (a + x)";
ahirn@37877:       val t5 = "d_d x (a + x)" : Thm.cterm             
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: Der Pase liefert hier einen ''zu sch\"onen`` Ausdruck in Form eines cterms, der wie ein string aussieht. Am verl\"asslichsten sind terme, die sich selbst erzeugen lassen.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \section{Details von Termen}
ahirn@37877: Mit Hilfe der darunterliegenden Darstellung sieht man, dass ein cterm in einen term umgewandelt werden kann.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > term_of;
ahirn@37877:       val it = fn : Thm.cterm -> Term.term
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: Durch die Umwandlung eines cterms in einen term sieht man die einzelnen Teile des Terms. ''Free`` bedeutet, dass man die Variable \"andern kann.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > term_of t4;
ahirn@37877:       val it =
ahirn@37877:          Free ("d_d", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $ ... $
ahirn@37877:          ...: Term.term
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: In diesem Fall sagt uns das ''Const``, dass die Variable eine Konstante ist, also ein Fixwert ist und immer die selbe Funktion hat.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > term_of t5;
ahirn@37877:       val it =
ahirn@37877:          Const ("Diff.d_d", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $ ... $
ahirn@37877:          ... : Term.term
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: Sollten verschiedene Teile des Output nicht sichtbar sein, kann die Schriftgr\"osse ge\"andert werden.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > print_depth;
ahirn@37877:       val it = fn : int -> unit
ahirn@37877:  \end{verbatim}
ahirn@37877: Zuerst gibt man die Schriftgr\"osse ein, danach den term, der gr\"osser werden soll.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > print_depth 10;
ahirn@37877:       val it = () : unit
ahirn@37877:    > term_of t4;
ahirn@37877:          val it =
ahirn@37877:             Free ("d_d", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
ahirn@37877:                 Free ("x", "RealDef.real") $
ahirn@37877:             (Const ("op +", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
ahirn@37877:                 Free ("a", "RealDef.real") $ Free ("x", "RealDef.real"))
ahirn@37877:          : Term.term
ahirn@37877: 
ahirn@37877:    > print_depth 10;
ahirn@37877:          val it = () : unit
ahirn@37877:    > term_of t5;
ahirn@37877:          val it =
ahirn@37877:             Const ("Diff.d_d", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
ahirn@37877:                 Free ("x", "RealDef.real") $
ahirn@37877:             (Const ("op +", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
ahirn@37877:                 Free ("a", "RealDef.real") $ Free ("x", "RealDef.real"))
ahirn@37877:          : Term.term
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: Eine andere Variante um den Unterschied der beiden Terme zu sehen ist folgende: 
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > (*-4-*) val thy = Rational.thy;
ahirn@37877:       val thy =
ahirn@37877:          {ProtoPure, CPure, HOL, Set, Typedef, Fun, Product_Type, Lfp, Gfp,
ahirn@37877:          Sum_Type, Relation, Record, Inductive, Transitive_Closure,
ahirn@37877:          Wellfounded_Recursion, NatDef, Nat, NatArith, Divides, Power,
ahirn@37877:          SetInterval, Finite_Set, Equiv, IntDef, Int, Datatype_Universe,
ahirn@37877:          Datatype, Numeral, Bin, IntArith, Wellfounded_Relations, Recdef, IntDiv,
ahirn@37877:          IntPower, NatBin, NatSimprocs, Relation_Power, PreList, List, Map,
ahirn@37877:          Hilbert_Choice, Main, Lubs, PNat, PRat, PReal, RealDef, RealOrd,
ahirn@37877:          RealInt, RealBin, RealArith0, RealArith, RComplete, RealAbs, RealPow,
ahirn@37877:          Ring_and_Field, Complex_Numbers, Real, ListG, Tools, Script, Typefix,
ahirn@37877:          Float, ComplexI, Descript, Atools, Simplify, Poly, Rational}
ahirn@37877:      : Theory.theory
ahirn@37877:    > ((atomty) o term_of o the o (parse thy)) "d_d x (a + x)";
ahirn@37877:  
ahirn@37877:       ***
ahirn@37877:       *** Free (d_d, [real, real] => real)
ahirn@37877:       *** . Free (x, real)
ahirn@37877:       *** . Const (op +, [real, real] => real)
ahirn@37877:       *** . . Free (a, real)
ahirn@37877:       *** . . Free (x, real)
ahirn@37877:       ***
ahirn@37877:  
ahirn@37877:       val it = () : unit
ahirn@37877: 
ahirn@37877: 
ahirn@37877:    > (*-5-*) val thy = Diff.thy;
ahirn@37877:       val thy =
ahirn@37877:          {ProtoPure, CPure, HOL, Set, Typedef, Fun, Product_Type, Lfp, Gfp,
ahirn@37877:          Sum_Type, Relation, Record, Inductive, Transitive_Closure,
ahirn@37877:          Wellfounded_Recursion, NatDef, Nat, NatArith, Divides, Power,
ahirn@37877:          SetInterval, Finite_Set, Equiv, IntDef, Int, Datatype_Universe,
ahirn@37877:          Datatype, Numeral, Bin, IntArith, Wellfounded_Relations, Recdef, IntDiv,
ahirn@37877:          IntPower, NatBin, NatSimprocs, Relation_Power, PreList, List, Map,
ahirn@37877:          Hilbert_Choice, Main, Lubs, PNat, PRat, PReal, RealDef, RealOrd,
ahirn@37877:          RealInt, RealBin, RealArith0, RealArith, RComplete, RealAbs, RealPow,
ahirn@37877:          Ring_and_Field, Complex_Numbers, Real, Calculus, Trig, ListG, Tools,
ahirn@37877:          Script, Typefix, Float, ComplexI, Descript, Atools, Simplify, Poly,
ahirn@37877:          Equation, LinEq, Root, RootEq, Rational, RatEq, RootRat, RootRatEq,
ahirn@37877:          PolyEq, LogExp, Diff} : Theory.theory
ahirn@37877:  
ahirn@37877:    > ((atomty) o term_of o the o (parse thy)) "d_d x (a + x)";
ahirn@37877:  
ahirn@37877:       ***
ahirn@37877:       *** Const (Diff.d_d, [real, real] => real)
ahirn@37877:       *** . Free (x, real)
ahirn@37877:       *** . Const (op +, [real, real] => real)
ahirn@37877:       *** . . Free (a, real)
ahirn@37877:       *** . . Free (x, real)
ahirn@37877:       ***
ahirn@37877:  
ahirn@37877:       val it = () : unit
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: 
ahirn@37877: {\chapter{''Rewriting``}}
ahirn@37877: {\section{}}
ahirn@37877: Bei Rewriting handelt es sich um die Vereinfachung eines Terms in vielen kleinen Schritten und nach bestimmten Regeln. Der Computer wendet dabei hintereinander verschiedene Rechengesetze an, weil er den Term ansonsten nicht l\"osen kann.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877: > rewrite_;
ahirn@37877: val it = fn
ahirn@37877: :
ahirn@37877:    Theory.theory ->
ahirn@37877:    ((Term.term * Term.term) list -> Term.term * Term.term -> bool) ->
ahirn@37877:    rls ->
ahirn@37877:    bool ->
ahirn@37877:    Thm.thm -> Term.term -> (Term.term * Term.term list) Library.option
ahirn@37877: 
ahirn@37877: > rewrite;
ahirn@37877: val it = fn
ahirn@37877: :
ahirn@37877:    theory' ->
ahirn@37877:    rew_ord' ->
ahirn@37877:    rls' -> bool -> thm' -> cterm' -> (string * string list) Library.option
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: \textbf{Versuchen Sie es!} Um zu sehen, wie der Computer vorgeht und welche Rechengesetze er anwendet, zeigen wir Ihnen durch Differenzieren von (a + a * (2 + b)), die einzelnen Schritte. Sie k\"onnen nat\"urlichauch selbst einige Beispiele ausprobieren!
ahirn@37877: 
ahirn@37877: Zuerst legt man fest, dass es sich um eine Differenzierung handelt.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > val thy' = "Diff.thy";
ahirn@37877:       val thy' = "Diff.thy" : string
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: Dann gibt man die zu l\"osende Rechnung ein.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > val ct = "d_d x (a + a * (2 + b))";
ahirn@37877:       val ct = "d_d x (a + a * (2 + b))" : string
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: Anschließend gibt man bekannt, dass die Summenregel angewandt werden soll.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > val thm = ("diff_sum","");
ahirn@37877:       val thm = ("diff_sum", "") : string * string
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: Schliesslich wird die erste Ableitung angezeigt.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > val Some (ct,_) = rewrite_inst thy' "tless_true" "eval_rls" true
ahirn@37877:                         [("bdv","x::real")] thm ct;#
ahirn@37877:       val ct = "d_d x a + d_d x (a * (2 + b))" : cterm'
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: Will man auch die zweite Ableitung sehen, geht man so vor:
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > val thm = ("diff_prod_const","");
ahirn@37877:       val thm = ("diff_prod_const", "") : string * string
ahirn@37877: \end{verbatim} 
ahirn@37877: Auch die zweite Ableitung wird sichtbar.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    > val Some (ct,_) = rewrite_inst thy' "tless_true" "eval_rls" true
ahirn@37877:                         [("bdv","x::real")] thm ct;#
ahirn@37877:       val ct = "d_d x a + a * d_d x (2 + b)" : cterm'
ahirn@37877: \end{verbatim}
ahirn@37877: 
alexandra@37882: {\section{M\"oglichkeiten von Rewriting}
alexandra@37882: Es gibt verscheidene Varianten von Rewriting, die alle eine bestimmte Bedeutung haben.
alexandra@37882: \textit{rewrite\_inst} bedeutet, dass die Liste der Terme vor dem Rewriting durch ein ''Theorem`` (ein mathematischer Begriff f\"ur einen Satz) ersetzt wird.
alexandra@37882: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37882: > rewrite_inst;
alexandra@37882: val it = fn
alexandra@37882: :
alexandra@37882:    theory' ->
alexandra@37882:    rew_ord' ->
alexandra@37882:    rls' ->
alexandra@37882:    bool -> 'a -> thm' -> cterm' -> (cterm' * cterm' list) Library.option
alexandra@37882: \end{verbatim}
alexandra@37882: Mit Hilfe von \textit{rewrite\_set} werden Terme, die normalerweise nur mit einem Thoerem vereinfacht dargestellt werden, mit einem ganzen ''rule set`` (=Regelsatz, weiter unten erkl\"art) umgeschrieben.
alexandra@37882: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37882:    > rewrite_set;
alexandra@37882:       val it = fn
alexandra@37882:       : theory' -> bool -> rls' -> cterm' -> (string * string list) Library.option
alexandra@37882: \end{verbatim}
alexandra@37882: \textit{rewrite\_set\_inst} ist eine Kombination der beiden oben genannten M\"oglichkeiten.
alexandra@37882: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37882:    > rewrite_set_inst;
alexandra@37882:       val it = fn
alexandra@37882:       :
alexandra@37882:          theory' ->
alexandra@37882:          bool -> subs' -> rls' -> cterm' -> (string * string list) Library.option
alexandra@37882: \end{verbatim}
alexandra@37882: Wenn man sehen m\"ochte, wie Rewriting bei den einzelnen Theorems funktioniert, kann man dies mit \textit{trace\_rewrite} versuchen.
alexandra@37882: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37882:    > toggle;
alexandra@37882:       val it = fn : bool ref -> bool
alexandra@37882:    > toggle trace_rewrite;
alexandra@37882:       val it = true : bool
alexandra@37882:    > toggle trace_rewrite;
alexandra@37882:       val it = false : bool
alexandra@37882: \end{verbatim}
alexandra@37882:  
alexandra@37882: \section{Rule sets}
alexandra@37882: Einige der oben genannten Varianten von Rewriting beziehen sich nicht nur auf einen Theorem, sondern auf einen ganzen Block von Theorems, die man als Rule set bezeichnet.
alexandra@37882: Dieser wird so lange angewendet, bis ein Element davon f\"ur Rewriting verwendet werden kann. Sollte der Begriff ''terminate`` fehlen, wird das Rule set nicht beendet und l\"auft weiter.
alexandra@37882: Ein Beispiel f\"ur einen Regelsatz ist folgendes:
alexandra@37882: \footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37882: ???????????
alexandra@37882: \end{verbatim}
ahirn@37877: 
alexandra@37882: \footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37882:    > sym;
alexandra@37882:       val it = "?s = ?t ==> ?t = ?s" : Thm.thm
alexandra@37882:    > rearrange_assoc;
alexandra@37882:       val it =
alexandra@37882:          Rls
alexandra@37882:             {id = "rearrange_assoc",
alexandra@37882:                scr = Script (Free ("empty_script", "RealDef.real")),
alexandra@37882:                calc = [],
alexandra@37882:                erls =
alexandra@37882:                Rls
alexandra@37882:                   {id = "e_rls",
alexandra@37882:                      scr = EmptyScr,
alexandra@37882:                      calc = [],
alexandra@37882:                      erls = Erls,
alexandra@37882:                      srls = Erls,
alexandra@37882:                      rules = [],
alexandra@37882:                      rew_ord = ("dummy_ord", fn),
alexandra@37882:                      preconds = []},
alexandra@37882:                srls =
alexandra@37882:                Rls
alexandra@37882:                   {id = "e_rls",
alexandra@37882:                      scr = EmptyScr,
alexandra@37882:                      calc = [],
alexandra@37882:                      erls = Erls,
alexandra@37882:                      srls = Erls,
alexandra@37882:                      rules = [],
alexandra@37882:                      rew_ord = ("dummy_ord", fn),
alexandra@37882:                      preconds = []},
alexandra@37882:                rules =
alexandra@37882:                [Thm ("sym_radd_assoc", "?m1 + (?n1 + ?k1) = ?m1 + ?n1 + ?k1"  [.]),
alexandra@37882:                   Thm
alexandra@37882:                      ("sym_rmult_assoc",
alexandra@37882:                         "?m1 * (?n1 * ?k1) = ?m1 * ?n1 * ?k1"  [.])],
alexandra@37882:                rew_ord = ("e_rew_ord", fn),
alexandra@37882:                preconds = []} : rls
alexandra@37882: \end{verbatim}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: 
alexandra@37882: \section{Berechnung von Konstanten}
alexandra@37882: Sobald Konstanten in dem Bereich des Subterms sind, k\"onnen sie von einer Funktion berechnet werden:
alexandra@37882: \footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37882:    > calculate;
alexandra@37882:       val it = fn
alexandra@37882:       :
alexandra@37882:          theory' ->
alexandra@37882:          string *
alexandra@37882:          (
alexandra@37882:          string ->
alexandra@37882:          Term.term -> Theory.theory -> (string * Term.term) Library.option) ->
alexandra@37882:          cterm' -> (string * thm') Library.option
ahirn@37877: 
alexandra@37882:    > calculate_;
alexandra@37882:       val it = fn
alexandra@37882:       :
alexandra@37882:          Theory.theory ->
alexandra@37882:          string *
alexandra@37882:          (
alexandra@37882:          string ->
alexandra@37882:          Term.term -> Theory.theory -> (string * Term.term) Library.option) ->
alexandra@37882:          Term.term -> (Term.term * (string * Thm.thm)) Library.option
alexandra@37882: \end{verbatim}
alexandra@37882: Man bekommt das Ergebnis und die Theorem bezieht sich darauf. Daher sind die folgenden mathematischen Rechnungen m\"oglich:
alexandra@37882: \footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37882:    > calclist;
alexandra@37882:       val it =
alexandra@37882:          [("Vars", ("Tools.Vars", fn)), ("matches", ("Tools.matches", fn)),
alexandra@37882:             ("lhs", ("Tools.lhs", fn)), ("plus", ("op +", fn)),
alexandra@37882:             ("times", ("op *", fn)), ("divide_", ("HOL.divide", fn)),
alexandra@37882:             ("power_", ("Atools.pow", fn)), ("is_const", ("Atools.is'_const", fn)),
alexandra@37882:             ("le", ("op <", fn)), ("leq", ("op <=", fn)),
alexandra@37882:             ("ident", ("Atools.ident", fn)), ("sqrt", ("Root.sqrt", fn)),
alexandra@37882:             ("Test.is_root_free", ("is'_root'_free", fn)),
alexandra@37882:             ("Test.contains_root", ("contains'_root", fn))]
alexandra@37882:       :
alexandra@37882:          (
alexandra@37882:          string *
alexandra@37882:          (
alexandra@37882:          string *
alexandra@37882:          (
alexandra@37882:          string ->
alexandra@37882:          Term.term -> Theory.theory -> (string * Term.term) Library.option))) list
alexandra@37882: \end{verbatim}
alexandra@37882: Diese werden so angewendet:
alexandra@37882: \footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37882: \end{verbatim}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: 
ahirn@37877: 
alexandra@37882: \chapter{Termordnung}
alexandra@37882: Die Anordnungen der Begriffe sind unverzichtbar f\"ur den Gebrauch des Umschreibens von normalen Funktionen und von normalen Formeln, die n\"otig sind um passende Modelle für Probleme zu finden.
alexandra@37882: 
alexandra@37882: \section{Beispiel f\"ur Termordnungen}
alexandra@37882: Es ist nicht unbedeutend eine Verbindung $<$ zu Termen herzustellen, die wirklich eine Ordnung besitzen, wie eine \"ubergehende und antisymmetrische Verbindung. Diese Ordnungen sind selbstaufrufende Bahnordnungen.
alexandra@37882: Hier ein Beispiel:
alexandra@37882: 
alexandra@37882: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37882:    > sqrt_right;
alexandra@37882:       val it = fn : bool -> Theory.theory -> subst -> Term.term * Term.term -> b       ool
alexandra@37882:    > tless_true;
alexandra@37882:       val it = fn : subst -> Term.term * Term.term -> bool
alexandra@37882: \end{verbatim}
alexandra@37882: 
alexandra@37882: Das bool Argument gibt Ihnen die M\"oglichkeit die Kontrolle zu den zugeh\"origen Unterordunungen zur\"uck zu verfolgen, damit sich die Unterordnungen, die 'true' sind als strings anzeigen lassen.
alexandra@37882: 
alexandra@37888: {\section{Geordnetes Rewriting}}
alexandra@37888: Beim Rewriting entstehen Probleme in den meisten elementaren Bereichen. Es gibt ein ''law of commutativity`` das genau solche Probleme mit '+' und '*' verursacht. Diese Probleme können nur durch geordnetes Rewriting gel\"ost werden, da hier ein Term nur umgeschrieben wird, wenn ein kleinerer dadurch entsteht.
alexandra@37888: \paragraph{Versuchen Sie es!} Das geordnete Rewriting ist eine Technik, um ein normales Polynom aus ganzzahligen Termen zu schaffen.
alexandra@37888: Geordnetes Rewriting endet mit Klammern, aber auf Grund der weggelassenen Verbindung.
alexandra@37888: 
alexandra@37888: 
alexandra@37888: \chapter{Die Hirarchie von Problemen}
alexandra@37888: \section{''Matching``}
alexandra@37888: Matching ist eine Technik von Rewriting, die von \isac verwendet wird, um ein Problem und den passenden Problemtyp daf\"ur zu finden. Die folgende Funktion, die \"uberpr\"uft, ob matching möglich ist, hat diese Signatur:
alexandra@37888: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37888: > matches;
alexandra@37888: val it = fn : Theory.theory -> Term.term -> Term.term -> bool
alexandra@37888: \end{verbatim}
alexandra@37888: Die folgende Gleichung wird in Operatoren und freie Variablen zerlegt.
alexandra@37888: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37888: > val t = (term_of o the o (parse thy)) "3 * x^^^2 = 1";
alexandra@37888: val t =
alexandra@37888: Const ("op =", "[RealDef.real, RealDef.real] => bool") $
alexandra@37888: (Const ("op *", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
alexandra@37888: Free ("3", "RealDef.real") $
alexandra@37888: (Const
alexandra@37888: ("Atools.pow",
alexandra@37888: "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
alexandra@37888: Free ("x", "RealDef.real") $ Free ("2", " RealDef.real"))) $
alexandra@37888: Free ("1", "RealDef.real") : Term.term
alexandra@37888: \end{verbatim}
alexandra@37888: Nun wird ein Modell erstellt, das sich nicht auf bestimmte Zahlen bezieht, sondern nur eine generelle Zerlegung durchführt.
alexandra@37888: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37888: > val p = (term_of o the o (parse thy)) "a * b^^^2 = c";
alexandra@37888: val p =
alexandra@37888: Const ("op =", "[RealDef.real, RealDef.real] => bool") $
alexandra@37888: (Const ("op *", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
alexandra@37888: Free ("a", "RealDef.real") $
alexandra@37888: (Const
alexandra@37888: ("Atools.pow",
alexandra@37888: "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
alexandra@37888: Free ("b", "RealDef.real") $ Free ("2", "RealDef.real"))) $
alexandra@37888: Free ("c", "RealDef.real") : Term.term
alexandra@37888: \end{verbatim}
alexandra@37888: Dieses Modell enth\"allt sogenannte \textit{scheme variables}.
alexandra@37888: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37888: > atomt p;
alexandra@37888: "*** -------------"
alexandra@37888: "*** Const (op =)"
alexandra@37888: "*** . Const (op *)""*** . . Free (a, )"
alexandra@37888: "*** . . Const (Atools.pow)"
alexandra@37888: "*** . . . Free (b, )"
alexandra@37888: "*** . . . Free (2, )"
alexandra@37888: "*** . Free (c, )"
alexandra@37888: "\n"
alexandra@37888: val it = "\n" : string
alexandra@37888: \end{verbatim}
alexandra@37888: Das Modell wird durch den Befehl free2var erstellt.
alexandra@37888: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37888: > free2var;
alexandra@37888: val it = fn : Term.term -> Term.term
alexandra@37888: > val pat = free2var p;
alexandra@37888: val pat =
alexandra@37888: Const ("op =", "[RealDef.real, RealDef.real] => bool") $
alexandra@37888: (Const ("op *", "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
alexandra@37888: Var (("a", 0), "RealDef.real") $
alexandra@37888: (Const
alexandra@37888: ("Atools.pow",
alexandra@37888: "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
alexandra@37888: Var (("b", 0), "RealDef.real") $
alexandra@37888: Free ("2", "RealDef.real"))) $ Var (("c", 0), "RealDef.real")
alexandra@37888: : Term.term
alexandra@37888: > Sign.string_of_term (sign_of thy) pat;
alexandra@37888: val it = "?a * ?b ^^^ 2 = ?c" : string
alexandra@37888: \end{verbatim}
alexandra@37888: Durch atomt pat wird der Term aufgespalten und so in eine Form gebracht, die f\"ur die weiteren Schritte ben\"otigt werden.
alexandra@37888: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37888: > atomt pat;
alexandra@37888: "*** -------------"
alexandra@37888: "*** Const (op =)"
alexandra@37888: "*** . Const (op *)"
alexandra@37888: "*** . . Var ((a, 0), )"
alexandra@37888: "*** . . Const (Atools.pow)"
alexandra@37888: "*** . . . Var ((b, 0), )"
alexandra@37888: "*** . . . Free (2, )"
alexandra@37888: "*** . Var ((c, 0), )"
alexandra@37888: "\n"
alexandra@37888: val it = "\n" : string
alexandra@37888: \end{verbatim}
alexandra@37888: Jetzt kann das Matching f\"ur die beiden vorigen Terme angewendet werden.
alexandra@37888: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37888: > matches thy t pat;
alexandra@37888: val it = true : bool
alexandra@37888: > val t2 = (term_of o the o (parse thy)) "x^^^2 = 1";
alexandra@37888: val t2 =
alexandra@37888: Const ("op =", "[RealDef.real, RealDef.real] => bool") $
alexandra@37888: (Const
alexandra@37888: ("Atools.pow",
alexandra@37888: "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
alexandra@37888: Free ("x", "RealDef.real") $ Free ("2", "RealDef.real")) $
alexandra@37888: Free ("1", "RealDef.real") : Term.term
alexandra@37888: > matches thy t2 pat;
alexandra@37888: val it = false : bool
alexandra@37888: > val pat2 = (term_of o the o (parse thy)) "?u^^^2 = ?v";
alexandra@37888: val pat2 =
alexandra@37888: Const ("op =", "[RealDef.real, RealDef.real] => bool") $
alexandra@37888: (Const
alexandra@37888: ("Atools.pow",
alexandra@37888: "[RealDef.real, RealDef.real] => RealDef.real") $
alexandra@37888: Var (("u", 0), "RealDef.real") $ Free ("2", "RealDef.real")) $
alexandra@37888: Var (("v", 0), "RealDef.real") : Term.term
alexandra@37888: > matches thy t2 pat2;
alexandra@37888: val it = true : bool
alexandra@37888: \end{verbatim}
alexandra@37888: 
alexandra@37888: \section{Zugriff auf die Hierarchie}
alexandra@37888: Man verwendet folgenden Befehl, um sich Zugang zur Hierarchie von Problemtypen zu verschaffen.
alexandra@37888: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37888: > show_ptyps;
alexandra@37888: val it = fn : unit -> unit
alexandra@37888: > show_ptyps();
alexandra@37888: [
alexandra@37888: ["e_pblID"],
alexandra@37888: ["simplification", "polynomial"],
alexandra@37888: ["simplification", "rational"],
alexandra@37888: ["vereinfachen", "polynom", "plus_minus"],
alexandra@37888: ["vereinfachen", "polynom", "klammer"],
alexandra@37888: ["vereinfachen", "polynom", "binom_klammer"],
alexandra@37888: ["probe", "polynom"],
alexandra@37888: ["probe", "bruch"],
alexandra@37888: ["equation", "univariate", "linear"],
alexandra@37888: ["equation", "univariate", "root", "sq", "rat"],
alexandra@37888: ["equation", "univariate", "root", "normalize"],
alexandra@37888: ["equation", "univariate", "rational"],
alexandra@37888: ["equation", "univariate", "polynomial", "degree_0"],
alexandra@37888: ["equation", "univariate", "polynomial", "degree_1"],
alexandra@37888: ["equation", "univariate", "polynomial", "degree_2", "sq_only"],
alexandra@37888: ["equation", "univariate", "polynomial", " 
alexandra@37888:  degree_2", "bdv_only"],
alexandra@37888: ["equation", "univariate", "polynomial", "degree_2", "pqFormula"],
alexandra@37888: ["equation", "univariate", "polynomial", "degree_2", "abcFormula"],
alexandra@37888: ["equation", "univariate", "polynomial", "degree_3"],
alexandra@37888: ["equation", "univariate", "polynomial", "degree_4"],
alexandra@37888: ["equation", "univariate", "polynomial", "normalize"],
alexandra@37888: ["equation", "univariate", "expanded", "degree_2"],
alexandra@37888: ["equation", "makeFunctionTo"],
alexandra@37888: ["function", "derivative_of", "named"],
alexandra@37888: ["function", "maximum_of", "on_interval"],
alexandra@37888: ["function", "make", "by_explicit"],
alexandra@37888: ["function", "make", "by_new_variable"],
alexandra@37888: ["function", "integrate", "named"],
alexandra@37888: ["tool", "find_values"],
alexandra@37888: ["system", "linear", "2x2", "triangular"],
alexandra@37888: ["system", "linear", "2x2", "normalize"],
alexandra@37888: ["system", "linear", "3x3"],
alexandra@37888: ["system", "linear", "4x4", "triangular"],
alexandra@37888: ["system", "linear", "4x4", "normalize"],
alexandra@37888: ["Biegelinien", "
alexandra@37888: MomentBestimmte"],
alexandra@37888: ["Biegelinien", "MomentGegebene"],
alexandra@37888: ["Biegelinien", "einfache"],
alexandra@37888: ["Biegelinien", "QuerkraftUndMomentBestimmte"],
alexandra@37888: ["Biegelinien", "vonBelastungZu"],
alexandra@37888: ["Biegelinien", "setzeRandbedingungen"],
alexandra@37888: ["Berechnung", "numerischSymbolische"],
alexandra@37888: ["test", "equation", "univariate", "linear"],
alexandra@37888: ["test", "equation", "univariate", "plain_square"],
alexandra@37888: ["test", "equation", "univariate", "polynomial", "degree_two", "pq_formula"],
alexandra@37888: ["test", "equation", "univariate", "polynomial", "degree_two", "abc_formula"],
alexandra@37888: ["test", "equation", "univariate", "squareroot"],
alexandra@37888: ["test", "equation", "univariate", "normalize"],
alexandra@37888: ["test", "equation", "univariate", "sqroot-test"]
alexandra@37888: ]
alexandra@37888: val it = () : unit
alexandra@37888: \end{verbatim}
alexandra@37888: 
alexandra@37888: \section{Die passende ''Formalization`` f\"ur den Problemtyp}
alexandra@37888: Eine andere Art des Matching ist es die richtige ''Formalization`` zum jeweiligen Problemtyp zu finden. Wenn es eine ''Formalization`` gibt, dann kann \isac{} selbstst\"andig die Probleme l\"osen.
alexandra@37888: 
alexandra@37888: \section{Problem - Refinement}
alexandra@37888: Will man die Hierarchie der Probleme aufstellen, so ist darauf zu achten, dass man die verschiedenen Branches so konstruiert, dass das Problem - Refinement automatisch durchgef\"uhrt werden kann. F\"ur diese Anwendung wird die Hierarchie nach folgenden Regeln aufgestellt:
alexandra@37888: $F$ ist eine Formalization und $P$ und $P_i,\:i=1\cdots n$ sind Problemtypen, wobei $P_i$ ein spezieller Problemtyp ist, im Bezug auf $P$, dann gilt:
alexandra@37888: {\small
alexandra@37888: \begin{enumerate}
alexandra@37888: \item wenn für $F$ der Problemtyp $P_i$ passt, dann passt auch $P$
alexandra@37888: \item wenn zu $F$ der Problemtyp P passt, dann sollte es nicht mehr als ein $P_i$ geben, das zu $F$ passt.
alexandra@37888: \item alle $F$ , die zu $P$ passen, m\"ussen auch zu $P_n$ passen
alexandra@37888: \end{enumerate}
alexandra@37888: Zuerst ein Beispiel für die ersten zwei Punkte:
alexandra@37888: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37888: > refine;
alexandra@37888: val it = fn : fmz_ -> pblID -> SpecifyTools.match list
alexandra@37888: > val fmz = ["equality (sqrt(9 + 4 * x)=sqrt x 
alexandra@37888: + sqrt (5 + x))",
alexandra@37888: # "soleFor x","errorBound (eps=0)",
alexandra@37888: # "solutions L"];
alexandra@37888: val fmz =
alexandra@37888: ["equality (sqrt(9 + 4 * x)=sqrt x + sqrt (5 + x))", "soleFor x",
alexandra@37888: "errorBound (eps=0)", ...] : string list
alexandra@37888: > refine fmz ["univariate","equation"];
alexandra@37888: *** pass ["equation","univariate"]
alexandra@37888: *** comp_dts: ??.empty $ soleFor x
alexandra@37888: Exception- ERROR raised
alexandra@37888: \end{verbatim}
alexandra@37888: Wenn die ersten zwei Regeln nicht angewendet werden k\"onnen, wird die dritte verwendet:
alexandra@37888: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37888: > val fmz = ["equality (x + 1 = 2)",
alexandra@37888: # "solveFor x","errorBound (eps=0)",
alexandra@37888: # "solutions L"];
alexandra@37888: val fmz = ["equality (x + 1 = 2)", "solveFor x", "errorBound (eps=0)", ...]
alexandra@37888: : string list
alexandra@37888: > refine fmz ["univariate","equation"];
alexandra@37888: *** pass ["equation","univariate"]
alexandra@37888: *** pass ["equation","univariate","linear"]
alexandra@37888: *** pass ["equation","univariate","root"]
alexandra@37888: *** pass ["equation","univariate","rational"]
alexandra@37888: *** pass ["equation","univariate","polynomial" ]
alexandra@37888: *** pass ["equation","univariate","polynomial","degree_0"]
alexandra@37888: *** pass ["equation","univariate","polynomial","degree_1"]
alexandra@37888: *** pass ["equation","univariate","polynomial","degree_2"]
alexandra@37888: *** pass ["equation","univariate","polynomial","degree_3"]
alexandra@37888: *** pass ["equation","univariate","polynomial","degree_4"]
alexandra@37888: *** pass ["equation","univariate","polynomial","normalize"]
alexandra@37888: val it =
alexandra@37888: [Matches
alexandra@37888: (["univariate", "equation"],
alexandra@37888: {Find = [Correct "solutions L"], With = [...], ...}),
alexandra@37888: NoMatch (["linear", "univariate", ...], {Find = [...], ...}),
alexandra@37888: NoMatch (["root", ...], ...), ...] : SpecifyTools.match list
alexandra@37888: \end{verbatim}
alexandra@37888: Der Problemtyp $P_n$ verwandelt x + 1 = 2 in die normale Form -1 + x = 0. Diese suche nach der jeweiligen Problemhierarchie kann mit Hilfe von einem ''proof state`` durchgeführt werden (siehe nächstes Kapitel).
alexandra@37882: 
alexandra@37887: 
alexandra@37882: \chapter{Methods}
alexandra@37882: Methods werden dazu verwendet, Probleme von \texttt{type} zu l\"osen. Sie sind in einer anderen Programmiersprache beschrieben. Die Sprache sieht einfach aus, hat aber im Hintergrund einen enormen Pr\"ufauffwand. So muss sich der Programmierer nicht mit technischen Details befassen, gleichzeitig k\"onnen aber auch keine falschen Anweisungen eingegeben werden.
alexandra@37882: \section{Der ''Syntax`` des Scriptes}
alexandra@37882: Syntax beschreibt den Zusammenhang der einzelnen Zeichen und Zeichenfolgen mit den Theorien.
alexandra@37882: Er kann so definiert werden:
alexandra@37882: \begin{tabbing}
alexandra@37882: 123\=123\=expr ::=\=$|\;\;$\=\kill
alexandra@37882: \>script ::= {\tt Script} id arg$\,^*$ = body\\
alexandra@37882: \>\>arg ::= id $\;|\;\;($ ( id :: type ) $)$\\
alexandra@37882: \>\>body ::= expr\\
alexandra@37882: \>\>expr ::= \>\>{\tt let} id = expr $($ ; id = expr$)^*$ {\tt in} expr\\
alexandra@37882: \>\>\>$|\;$\>{\tt if} prop {\tt then} expr {\tt else} expr\\
alexandra@37882: \>\>\>$|\;$\>listexpr\\
alexandra@37882: \>\>\>$|\;$\>id\\
alexandra@37882: \>\>\>$|\;$\>seqex id\\
alexandra@37882: \>\>seqex ::= \>\>{\tt While} prop {\tt Do} seqex\\
alexandra@37882: \>\>\>$|\;$\>{\tt Repeat} seqex\\
alexandra@37882: \>\>\>$|\;$\>{\tt Try} seqex\\
alexandra@37882: \>\>\>$|\;$\>seqex {\tt Or} seqex\\
alexandra@37882: \>\>\>$|\;$\>seqex {\tt @@} seqex\\
alexandra@37882: \>\>\>$|\;$\>tac $($ id $|$ listexpr $)^*$\\
alexandra@37882: \>\>type ::= id\\
alexandra@37882: \>\>tac ::= id
alexandra@37882: \end{tabbing}}
ahirn@37877: 
alexandra@37887: \section{\"Uberpr\"ufung der Auswertung}
alexandra@37887: Das Kontrollsystem arbeitet mit den folgenden Script-Ausdr\"ucken, die {\it tacticals} genannt werden:
alexandra@37887: \begin{description}
alexandra@37887: \item{{\tt while} prop {\tt Do} expr id} 
alexandra@37887: \item{{\tt if} prop {\tt then} expr {\tt else} expr}
alexandra@37887: \end{description}
alexandra@37887: W\"ahrend die genannten Bezeichnungen das Kontrollsystem durch Auswertung der Formeln ausl\"osen, h\"angen die anderen von der Anwendbarkeit der Formel in den entsprechenden Unterbegriffen ab:
alexandra@37887: \begin{description}
alexandra@37887: \item{{\tt Repeat} expr id}
alexandra@37887: \item{{\tt Try} expr id}
alexandra@37887: \item{expr {\tt Or} expr id}
alexandra@37887: \item{expr {\tt @@} expr id}
alexandra@37887: \item xxx
alexandra@37887: \end{description}
alexandra@37887: 
alexandra@37887: 
alexandra@37888: 
alexandra@37888: \chapter{Befehle von \isac{}}
alexandra@37889: In diesem Kapitel werden alle schon zur Verf\"ugung stehenden Schritte aufgelistet. Diese Liste kann sich auf Grund von weiteren Entwicklungen von \isac{} noch \"andern.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Init\_Proof\_Hid (dialogmode, formalization, specifictaion} gibt die eingegebenen Befehle weiter an die mathematic engine, wobei die beiden letzten Begriffe die Beispiele automatisch speichern. Es ist nicht vorgesehen, dass der Sch\"uler tactic verwendet.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Init\_Proof} bildet mit einem ''proof tree`` ein leeres Modell.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Model\_Problem problem} bestimmt ein problemtype, das wom\"oglich in der ''hierachy`` gefunden wurde, und verwendet es f\"u das Umformen.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Add\_Given, Add\_Find, Add\_Relation formula} f\"ugt eine Formel in ein bestimmtes Feld eines Modells ein. Dies ist notwendig, solange noch kein Objekt f\"ur den Benutzer vorhanden ist, in dem man die Formel eingeben kann, und nicht die gew\"unschte tactic und Formel von einer Liste w\"ahlen will.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Specify\_Theorie theory, Specify\_Problem proble, Specify\_Method method} gibt das entsprechende Element des Basiswissens an.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Refine\_Problem problem} sucht nach einem Problem in der hierachy, das auf das vorhandene zutrifft.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Apply\_Method method} beendet das Modell und die Beschreibung. Danach wird die L\"osungmeldung ge\"offnet.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Free\_Solve} beginnt eine L\"osungsmeldung ohne die Hilfe eine method.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Rewrite theorem} bef\"ordert ein theorem in die aktuelle Formel und wandelt es demenetsprechend um. Wenn dies nicht m\"oglich ist, kommt eine Meldung mit ''error``.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Rewrite\_Asm theorem} hat die gleiche Funktion wie Rewrite, speichert jedoch eine endg\"ultige Vorraussetzung des Theorems, anstatt diese zu sch\"atzen.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Rewrite\_Set ruleset} hat \"ahnliche Funktionen wie Rewrite, gilt aber f\"ur einen ganzen Satz von Theorems, dem rule set.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Rewrite\_Inst (substitution, theorem), Rewrite\_Set\_Inst (substitution, rule set)} ist vergleichbar mit besonderen tactics, ersetzt aber Konstanten in der Theorem, bevor es zu einer Anwendung kommt.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Calculate operation} berechnet das Ergebnis der Eingabe mit der aktuellen Formel (plus, minus, times, cancel, pow, sqrt).\
alexandra@37889: \newline \textbf{Substitute substitution} f\"ugt substitution der momentanen Formel hinzu und wandelt es um.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Take formula} startet eine neue Reihe von Rechnungen in den Formeln, wo sich schon eine andere Rechnung befindet.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Subproblem (theory, problem)} beginnt ein subproblem innerhalb einer Rechnung.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Function formula} ruft eine Funktion auf, in der der Name in der Formel enthalten ist. ???????\
alexandra@37889: \newline \textbf{Split\_And, Conclude\_And, Split\_Or, Conclude\_Or, Begin\_Trans, End\_Trans, Begin\_Sequ, End\_Sequ, Split\_Intersect, End\_Intersect} betreffen den Bau einzelner branches des proof trees. Normalerweise werden sie vom dialog guide verdr\"angt.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Check\_elementwise assumption} wird in Bezug auf die aktuelle Formel verwendet, die Elemente in einer Liste enth\"alt.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Or\_to\_List} wandelt eine Verbindung von Gleichungen in eine Liste von Gleichungen um.\
alexandra@37889: \newline \textbf{Check\_postcond:} \"uberpr\"uft die momentane Formel im Bezug auf die Nachbedinung beim beenden des subproblem.\
alexandra@37889: \newline \textbf{End\_Proof} beendet eine \"Uberpr\"ufung und gibt erst dann ein Ergebnis aus, wenn Check\_postcond erfolgreich abgeschlossen wurde.
alexandra@37888: 
alexandra@37889: \section{Die Funktionsweise der mathematic engine}
alexandra@37889: Ein proof (= Beweis) wird in der mathematic engine {\tt me} von der tactic {\tt Init\_Proof} gestartet und wird wechselwirkend mit anderen tactics vornagebracht. Auf den input (= das, was eingegeben wurde) einzelner tactics folgt eine Formel, die von der {\tt me} ausgegeben wird, und die darauf folgende tactic gilt. Der proof ist beendet, sobald die {\tt me} {\tt End\_Proof} als n\"achste tactic vorschl\"agt.
alexandra@37889: \newline Im Anschluss werden Sie einen Rechenbeweis sehen, der von der L\"osung einer Gleichung (= equation) handelt, bei der diese automatisch differenziert wird. 
alexandra@37889: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37889: ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????   
alexandra@37888: 
alexandra@37889: ML> val fmz = ["equality ((x+#1)*(x+#2)=x^^^#2+#8)","solveFor x",
ahirn@37877:                   "errorBound (eps=#0)","solutions L"];
ahirn@37877:    val fmz =
ahirn@37877:      ["equality ((x+#1)*(x+#2)=x^^^#2+#8)","solveFor x","errorBound (eps=#0)",
ahirn@37877:       "solutions L"] : string list
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML> val spec as (dom, pbt, met) = ("SqRoot.thy",["univariate","equation"],
ahirn@37877:                                  ("SqRoot.thy","no_met"));
ahirn@37877:    val dom = "SqRoot.thy" : string
ahirn@37877:    val pbt = ["univariate","equation"] : string list
ahirn@37877:    val met = ("SqRoot.thy","no_met") : string * string
alexandra@37889: \end{verbatim}
ahirn@37877: 
alexandra@37889: \section{Der Beginn einer Rechnung}
alexandra@37889: Um einen neuen proof beginnen zu k\"onnen, werden folgende Schritte durchgef\"uhrt:
alexandra@37889: Der proof state wird von einem proof tree und einer position ausgegeben. Beide sind zu Beginn leer. Die tactic {\tt Init\_Proof} ist, wie alle anderen tactics auch, an einen string gekoppelt.
alexandra@37889: \footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37889: ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 
alexandra@37889: ML>  val (mID,m) = ("Init_Proof",Init_Proof (fmz, (dom,pbt,met)));
ahirn@37877:    val mID = "Init_Proof" : string
ahirn@37877:    val m =
ahirn@37877:      Init_Proof
ahirn@37877:        (["equality ((x+#1)*(x+#2)=x^^^#2+#8)","solveFor x","errorBound (eps=#0)",
ahirn@37877:          "solutions L"],("SqRoot.thy",[#,#],(#,#))) : mstep
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML>  val (p,_,f,nxt,_,pt) = me (mID,m) e_pos' c EmptyPtree;
ahirn@37877:    val p = ([],Pbl) : pos'
ahirn@37877:    val f = Form' (PpcKF (0,EdUndef,0,Nundef,(#,#))) : mout
ahirn@37877:    val nxt = ("Refine_Tacitly",Refine_Tacitly ["univariate","equation"])
ahirn@37877:      : string * mstep
ahirn@37877:    val pt =
ahirn@37877:      Nd
ahirn@37877:        (PblObj
ahirn@37877:           {branch=#,cell=#,env=#,loc=#,meth=#,model=#,origin=#,ostate=#,probl=#,
ahirn@37877:            result=#,spec=#},[]) : ptree
alexandra@37889: \end{verbatim}
alexandra@37889: Die mathematics engine gibt etwas mit dem type {\tt mout} aus, was in unserem Fall ein Problem darstellt. Sobald die Schriftgr\"osse ge\"andert wird, m\"usste dieses jedoch gel\"ost sein.
alexandra@37889: \footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37889: ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
ahirn@37877:    ML> Compiler.Control.Print.printDepth:=8; (*4 default*)
ahirn@37877:    val it = () : unit
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML> f;
ahirn@37877:    val it =
ahirn@37877:      Form'
ahirn@37877:        (PpcKF
ahirn@37877:           (0,EdUndef,0,Nundef,
ahirn@37877:            (Problem [],
ahirn@37877:             {Find=[Incompl "solutions []"],
ahirn@37877:              Given=[Incompl "equality",Incompl "solveFor"],Relate=[],
ahirn@37877:              Where=[False "matches (?a = ?b) e_"],With=[]}))) : mout
alexandra@37889: \end{verbatim}
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37889: ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
ahirn@37877:    ML>  nxt;
ahirn@37877:    val it = ("Refine_Tacitly",Refine_Tacitly ["univariate","equation"])
ahirn@37877:      : string * mstep
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML>  val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val nxt = ("Model_Problem",Model_Problem ["normalize","univariate","equation"])
ahirn@37877:      : string * mstep
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML>  val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
alexandra@37889: \end{verbatim}
ahirn@37877: 
alexandra@37889: \section{The phase of modeling}
alexandra@37889: Dieses Kapitel besch\"aftigt sich mit dem input der Einzelheiten bei einem Problem. Die {\tt me} kann dabei helfen, wenn man die formalization durch {\tt Init\_Proof} darauf hinweist. Normalerweise weiss die mathematic engine die n\"achste gute tactic.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37889: ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
ahirn@37877:    ML>  nxt;
ahirn@37877:    val it =
ahirn@37877:      ("Add_Given",Add_Given "equality ((x + #1) * (x + #2) = x ^^^ #2 + #8)")
ahirn@37877:      : string * mstep
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML>  val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val nxt = ("Add_Given",Add_Given "solveFor x") : string * mstep
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML>  val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val nxt = ("Add_Find",Add_Find "solutions L") : string * mstep
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML>  val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt; 
ahirn@37877:    val f = Form' (PpcKF (0,EdUndef,0,Nundef,(#,#))) : mout
alexandra@37889: \end{verbatim}
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37889: ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
ahirn@37877:    ML>  Compiler.Control.Print.printDepth:=8;
ahirn@37877:    ML>  f;
ahirn@37877:    val it =
ahirn@37877:      Form'
ahirn@37877:        (PpcKF
ahirn@37877:           (0,EdUndef,0,Nundef,
ahirn@37877:            (Problem [],
ahirn@37877:             {Find=[Correct "solutions L"],
ahirn@37877:              Given=[Correct "equality ((x + #1) * (x + #2) = x ^^^ #2 + #8)",
ahirn@37877:                     Correct "solveFor x"],Relate=[],Where=[],With=[]}))) : mout
alexandra@37889: \end{verbatim}
ahirn@37877: 
alexandra@37889: 
alexandra@37889: \section{The phase of specification}
alexandra@37889: Diese phase liefert eindeutige Bestimmungen einer Domäne, den problem type und die method damit man sie verwenden kann. F\"ur gew\"ohnlich wird die Suche nach dem richtigen problem type unterst\"utzt. Dazu sind zwei tactics verwendbar: {\tt Specify\_Problem} entwickelt ein Feedback, wie ein problem type bei dem jetzigen Problem zusammenpasst und {\tt Refine\_Problem} stellt Hilfe durch das System bereit, falls der Benutzer die \"Ubersicht verliert.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37889: ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
alexandra@37889:    ML> nxt;
ahirn@37877:    val it = ("Specify_Domain",Specify_Domain "SqRoot.thy") : string * mstep
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML> val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val nxt =
ahirn@37877:      ("Specify_Problem",Specify_Problem ["normalize","univariate","equation"])
ahirn@37877:      : string * mstep
ahirn@37877:    val pt =
ahirn@37877:      Nd
ahirn@37877:        (PblObj
ahirn@37877:           {branch=#,cell=#,env=#,loc=#,meth=#,model=#,origin=#,ostate=#,probl=#,
ahirn@37877:               result=#,spec=#},[]) : ptree
alexandra@37889: \end{verbatim}
alexandra@37889: Die {\tt me} erkennt den richtigen Problem type und arbeitet so weiter:
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37889: ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
ahirn@37877:    ML> val nxt = ("Specify_Problem",
ahirn@37877:                Specify_Problem ["polynomial","univariate","equation"]);
ahirn@37877:    ML> val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val f = Form' (PpcKF (0,EdUndef,0,Nundef,(#,#))) : mout
ahirn@37877:    val nxt =
ahirn@37877:      ("Refine_Problem",Refine_Problem ["normalize","univariate","equation"])
ahirn@37877:      : string * mstep
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML> val nxt = ("Specify_Problem",
ahirn@37877:                Specify_Problem ["linear","univariate","equation"]);
ahirn@37877:    ML> val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val f =
ahirn@37877:      Form'
ahirn@37877:        (PpcKF
ahirn@37877:           (0,EdUndef,0,Nundef,
ahirn@37877:            (Problem ["linear","univariate","equation"],
ahirn@37877:             {Find=[Correct "solutions L"],
ahirn@37877:              Given=[Correct "equality ((x + #1) * (x + #2) = x ^^^ #2 + #8)",
ahirn@37877:                     Correct "solveFor x"],Relate=[],
ahirn@37877:              Where=[False
ahirn@37877:                     "matches (?a + ?b * x = #0) ((x + #1) * (x + #2) = x ^^^ #2 + #8)"],
ahirn@37877:              With=[]}))) : mout 
alexandra@37889: \end{verbatim}
alexandra@37889: Wir nehmen wieder an, dass der dialog guide die n\"achsten tactics, veranlasst von der mathematic engine, versteckt und der Sch\"uler Hilfe ben\"otigt. Dann muss {\tt Refine\_Problem} angewandt werden. Dieser Befehl findet immer den richtigen Weg, wenn man es auf den problem type bezieht [''univariate``, ''equation``].
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
alexandra@37889: ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
ahirn@37877:    ML> val nxt = ("Refine_Problem",
ahirn@37877:                   Refine_Problem ["linear","univariate","equation
ahirn@37877:    ML> val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val f = Problems (RefinedKF [NoMatch #]) : mout
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML>  Compiler.Control.Print.printDepth:=9;f;Compiler.Control.Print.printDepth:=4;
ahirn@37877:    val f =
ahirn@37877:      Problems
ahirn@37877:        (RefinedKF
ahirn@37877:           [NoMatch
ahirn@37877:              (["linear","univariate","equation"],
ahirn@37877:               {Find=[Correct "solutions L"],
ahirn@37877:                Given=[Correct "equality ((x + #1) * (x + #2) = x ^^^ #2 + #8)",
ahirn@37877:                       Correct "solveFor x"],Relate=[],
ahirn@37877:                Where=[False
ahirn@37877:                      "matches (?a + ?b * x = #0) ((x + #1) * (x + #2) = x ^^^ #2 + #8)"],
ahirn@37877:                With=[]})]) : mout
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML> val nxt = ("Refine_Problem",Refine_Problem ["univariate","equation"]);
ahirn@37877:    ML> val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val f =
ahirn@37877:      Problems
ahirn@37877:        (RefinedKF [Matches #,NoMatch #,NoMatch #,NoMatch #,NoMatch #,Matches #])
ahirn@37877:      : mout
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML>  Compiler.Control.Print.printDepth:=9;f;Compiler.Control.Print.printDepth:=4;
ahirn@37877:    val f =
ahirn@37877:      Problems
ahirn@37877:        (RefinedKF
ahirn@37877:           [Matches
ahirn@37877:              (["univariate","equation"],
ahirn@37877:               {Find=[Correct "solutions L"],
ahirn@37877:                Given=[Correct "equality ((x + #1) * (x + #2) = x ^^^ #2 + #8)",
ahirn@37877:                       Correct "solveFor x"],Relate=[],
ahirn@37877:                Where=[Correct
ahirn@37877:                With=[]}),
ahirn@37877:            NoMatch
ahirn@37877:              (["linear","univariate","equation"],
ahirn@37877:               {Find=[Correct "solutions L"],
ahirn@37877:                Given=[Correct "equality ((x + #1) * (x + #2) = x ^^^ #2 + #8)",
ahirn@37877:                       Correct "solveFor x"],Relate=[],
ahirn@37877:                Where=[False
ahirn@37877:                       "matches (?a + ?b * x = #0) ((x + #1) * (x + #2) = x ^^^ #2 + #8)"],
ahirn@37877:                   With=[]}),
ahirn@37877:            NoMatch
ahirn@37877:              ...
ahirn@37877:              ...   
ahirn@37877:            Matches
ahirn@37877:              (["normalize","univariate","equation"],
ahirn@37877:               {Find=[Correct "solutions L"],
ahirn@37877:                Given=[Correct "equality ((x + #1) * (x + #2) = x ^^^ #2 + #8)",
ahirn@37877:                       Correct "solveFor x"],Relate=[],Where=[],With=[]})]) : mout
alexandra@37889: \end{verbatim}
alexandra@37889: Die tactic {\tt Refine\_Problem} wandelt alle matches wieder in problem types um und sucht in der problem hierachy weiter.
ahirn@37877: 
alexandra@37889: 
alexandra@37889: \section{The phase of solving}
alexandra@37889: Diese phase beginnt mit dem Aufruf einer method, die eine normale form innarhalb einer tactic ausf\"uhrt: {\tt Rewrite rnorm\_equation\_add} and {\tt Rewrite\_Set SqRoot\_simplify}:
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim} 
ahirn@37877:    ML> nxt;
ahirn@37877:    val it = ("Apply_Method",Apply_Method ("SqRoot.thy","norm_univar_equation"))
ahirn@37877:      : string * mstep
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML> val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val f =
ahirn@37877:      Form' (FormKF (~1,EdUndef,1,Nundef,"(x + #1) * (x + #2) = x ^^^ #2 + #8"))
ahirn@37877:    val nxt =
ahirn@37877:      ("Rewrite", Rewrite
ahirn@37877:         ("rnorm_equation_add","~ ?b =!= #0 ==> (?a = ?b) = (?a + #-1 * ?b = #0)"))
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML>  val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val f =
ahirn@37877:      Form' (FormKF (~1,EdUndef,1,Nundef,
ahirn@37877:            "(x + #1) * (x + #2) + #-1 * (x ^^^ #2 + #8) = #0")) : mout
ahirn@37877:    val nxt = ("Rewrite_Set",Rewrite_Set "SqRoot_simplify") : string * mstep
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML>  val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val f = Form' (FormKF (~1,EdUndef,1,Nundef,"#-6 + #3 * x = #0")) : mout
ahirn@37877:    val nxt = ("Subproblem",Subproblem ("SqRoot.thy",[#,#])) : string * mstep
alexandra@37889: \end{verbatim}
alexandra@37889: Die Formel $-6 + 3 * x = 0$ ist die Eingabe eine subproblems, das wiederum gebraucht wird, um die Gleichungsart zu erkennen und die entsprechende method auszuf\"uhren:
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    ML> nxt;
ahirn@37877:    val it = ("Subproblem",Subproblem ("SqRoot.thy",["univariate","equation"]))
ahirn@37877:    ML>   
ahirn@37877:    ML> val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val f =
ahirn@37877:      Form' (FormKF
ahirn@37877:           (~1,EdUndef,1,Nundef,"Subproblem (SqRoot.thy, [univariate, equation])"))
ahirn@37877:      : mout
ahirn@37877:    val nxt = ("Refine_Tacitly",Refine_Tacitly ["univariate","equation"])
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML> val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val nxt = ("Model_Problem",Model_Problem ["linear","univariate","equation"])
alexandra@37889: \end{verbatim}
alexandra@37889: {\tt Refine [''univariate``, ''equation``]} sucht die passende Gleichungsart aus der problem hierachy heraus, welche man mit {\tt Model\_Problem [''linear``, ''univariate``, ''equation``]} \"uber das System ansehen kann.
alexandra@37889: Nun folgt erneut die phase of modeling und die phase of specification.
ahirn@37877: 
alexandra@37889: \section{The final phase: \"Uberpr\"ufung der ''post-condition``}
alexandra@37889: Die gezeigten problems, die durch \isac{} gel\"ost wurden, sind so genannte 'example construction problems'. Das massivste Merkmal solcher problems ist die post-condition. Im Umgang mit dieser gibt es in diesem Zusammenhang noch offene Fragen.
alexandra@37889: Dadurch wird die post-condition im folgenden Beispiel als problem und subproblem erw\"ahnt.
ahirn@37877: {\footnotesize\begin{verbatim}
ahirn@37877:    ML> nxt;
ahirn@37877:    val it = ("Check_Postcond",Check_Postcond ["linear","univariate","equation"])
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML>  val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val f = Form' (FormKF (~1,EdUndef,1,Nundef,"[x = #2]")) : mout
ahirn@37877:    val nxt =
ahirn@37877:      ("Check_Postcond",Check_Postcond ["normalize","univariate","equation"])
ahirn@37877:    ML>
ahirn@37877:    ML>  val (p,_,f,nxt,_,pt) = me nxt p [1] pt;
ahirn@37877:    val f = Form' (FormKF (~1,EdUndef,0,Nundef,"[x = #2]")) : mout
ahirn@37877:    val nxt = ("End_Proof'",End_Proof') : string * mstep
alexandra@37889: \end{verbatim}
alexandra@37889: Die tactic {\tt End\_Proof'} bedeutet, dass der proof erflogreich beendet wurde.\\
ahirn@37877: 
alexandra@37889: {\it Die tactics, die vom System vorgeschlagen werden, m\"ussen vom Benutzer nicht angewendet werden. Er kann selbstverst\"andlich auch andere tactics verwenden und das System wird melden, ob dieser Befehl zutreffend ist oder nicht. Man sollte unbedingt selbst verschiedene Beispiele ausprobieren!}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: 
alexandra@37889: \part{Systematische Beschreibung}
ahirn@37877: 
alexandra@37889: \chapter{Die Struktur des Grundlagenwissens}
ahirn@37877: 
alexandra@37889: \section{Taktiken und Daten}
alexandra@37889: Zuerst betrachten wir das ME von außen. Wir sehen uns Taktiken und an und verbinden sie mit unserem Grundwissen (KB). Im Bezug auf das KB befassen wir uns mit den kleinsten Teilchen, die von den Autoren des KB sehr genau durchgef\"uhrt werden m\"ussen.
alexandra@37889: Diese Teile sind in alphabetischer Anordnung in Tab.\ref{kb-items} auf Seite \pageref{kb-items} aufgelistet.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: {\begin{table}[h]
alexandra@37889: \caption{Kleinste Teilchen des KB} \label{kb-items}
ahirn@37877: %\tabcolsep=0.3mm
ahirn@37877: \begin{center}
ahirn@37877: \def\arraystretch{1.0}
ahirn@37877: \begin{tabular}{lp{9.0cm}}
alexandra@37889: Abk\"urzung & Beschreibung \\
ahirn@37877: \hline
ahirn@37877: &\\
ahirn@37877: {\it calc\_list}
alexandra@37889: & gesammelte Liste von allen ausgewerteten Funktionen {\it eval\_fn}\\
ahirn@37877: {\it eval\_fn}
alexandra@37889: & ausgewertete Funktionen f\"r Zahlen und f\"ur Eigenschaften, die in SML kodiert sind\\
alexandra@37889: {\it eval\_rls }
alexandra@37889: & Regelsatz {\it rls} f\"ur einfache Ausdr\"ucke mit {\it eval\_fn}s\\
ahirn@37877: {\it fmz}
alexandra@37889: & Formalisierung, d.h. eine sehr geringe Darstellung von einem Beispiel \\
ahirn@37877: {\it met}
alexandra@37889: & eine Methode d.h. eine Datenstruktur, die alle Informationen zum L\"osen einer Phase enth\"alt ({\it rew\_ord}, {\it scr}, etc.)\\
ahirn@37877: {\it metID}
alexandra@37889: & bezieht sich auf {\it met}\\
ahirn@37877: {\it op}
alexandra@37889: & ein Operator, der der Schl\"ussel zu {\it eval\_fn} in einer {\it calc\_list} ist \\
ahirn@37877: {\it pbl}
alexandra@37889: & Problem d.h. der Knotenpunkt in der Hierarchie von Problemen\\
ahirn@37877: {\it pblID}
alexandra@37889: & bezieht sich auf {\it pbl}\\
ahirn@37877: {\it rew\_ord}
alexandra@37889: & Anordnung beim Rewriting\\
ahirn@37877: {\it rls}
alexandra@37889: & Regelsatz, d.h. eine Datenstruktur, die Theoremss {\it thm} und Operatoren {\it op} zur Vereinfachuing (mit {\it rew\_ord}) enth\"alt \\
ahirn@37877: {\it Rrls}
alexandra@37889: & Regelsatz f\"ur das 'reverse rewriting' (eine \isac-Technik, die das schrittweise Rewriting entwickelt, z.B. f\"ur die zur\"uckgenommenen Teile)\\
ahirn@37877: {\it scr}
alexandra@37889: & Skript, das die Algorithmen durch Anwenden von Taktiken beschreibt und ein Teil von {\it met} ist \\
ahirn@37877: {\it norm\_rls}
alexandra@37889: & spezielles Regelwerk zum Berechnen von Normalformen, im Zusammenhang mit {\it thy}\\
ahirn@37877: {\it spec}
alexandra@37889: & Spezifikation, z.B, ein Tripel ({\it thyID, pblID, metID})\\
ahirn@37877: {\it subs}
alexandra@37889: & Ersatz, z.B. eine Liste von Variablen und ihren jeweiligen Werten\\
ahirn@37877: {\it term}
alexandra@37889: & Term von Isabelle, z.B. eine Formel\\
ahirn@37877: {\it thm}
alexandra@37889: & theorem\\
ahirn@37877: {\it thy}
alexandra@37889: & Theorie\\
ahirn@37877: {\it thyID}
alexandra@37889: & im Bezug auf {\it thy} \\
alexandra@37889: \end{tabular}\end{center}\end{table}}
alexandra@37889: 
alexandra@37889: Die Verbindung zwischen Taktiken und Daten werden in Tab.\ref{tac-kb} auf Seite \pageref{tac-kb} dargestellt.
alexandra@37889: 
alexandra@37889: 
ahirn@37877: \begin{table}[h]
alexandra@37889: \caption{Welche Taktiken verwenden die Teile des KB~?} \label{tac-kb}
ahirn@37877: \tabcolsep=0.3mm
ahirn@37877: \begin{center}
ahirn@37877: \begin{tabular}{|ll||cccc|ccc|cccc|} \hline
alexandra@37889: Taktik &Eingabe & & & &norm\_& &rew\_&rls &eval\_&eval\_&calc\_& \\
alexandra@37889: & &thy &scr &Rrls&rls &thm &ord &Rrls&fn &rls &list &dsc\\
ahirn@37877: \hline\hline
ahirn@37877: Init\_Proof
alexandra@37889: &fmz & x & & & x & & & & & & & x \\
alexandra@37889: &spec & & & & & & & & & & & \\
ahirn@37877: \hline
ahirn@37877: \multicolumn{13}{|l|}{model phase}\\
ahirn@37877: \hline
alexandra@37889: Add\_*
alexandra@37889: &term & x & & & x & & & & & & & x \\
alexandra@37889: FormFK &model & x & & & x & & & & & & & x \\
ahirn@37877: \hline
ahirn@37877: \multicolumn{13}{|l|}{specify phase}\\
ahirn@37877: \hline
alexandra@37889: Specify\_Theory
alexandra@37889: &thyID & x & & & x & & & & x & x & & x \\
alexandra@37889: Specify\_Problem
alexandra@37889: &pblID & x & & & x & & & & x & x & & x \\
alexandra@37889: Refine\_Problem
alexandra@37889: &pblID & x & & & x & & & & x & x & & x \\
alexandra@37889: Specify\_Method
alexandra@37889: &metID & x & & & x & & & & x & x & & x \\
alexandra@37889: Apply\_Method
alexandra@37889: &metID & x & x & & x & & & & x & x & & x \\
ahirn@37877: \hline
ahirn@37877: \multicolumn{13}{|l|}{solve phase}\\
ahirn@37877: \hline
alexandra@37889: Rewrite,\_Inst
alexandra@37889: &thm & x & x & & & x &met & & x &met & & \\
ahirn@37877: Rewrite, Detail
alexandra@37889: &thm & x & x & & & x &rls & & x &rls & & \\
ahirn@37877: Rewrite, Detail
alexandra@37889: &thm & x & x & & & x &Rrls & & x &Rrls & & \\
ahirn@37877: Rewrite\_Set,\_Inst
alexandra@37889: &rls & x & x & & & & & x & x & x & & \\
alexandra@37889: Calculate
alexandra@37889: &op & x & x & & & & & & & & x & \\
alexandra@37889: Substitute
alexandra@37889: &subs & x & & & x & & & & & & & \\
alexandra@37889: & & & & & & & & & & & & \\
alexandra@37889: SubProblem
alexandra@37889: &spec & x & x & & x & & & & x & x & & x \\
alexandra@37889: &fmz & & & & & & & & & & & \\
ahirn@37877: \hline
alexandra@37889: \end{tabular}\end{center}\end{table}}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: 
alexandra@37889: \section{Die theories von \isac{}}
alexandra@37889: Die theories von \isac{} basieren auf den theories f\"ur HOL und Real von Isabelle. Diese theories haben eine spezielle Form, die durch die Endung {\tt *.thy} definiert sind; normalerweise werden diese theories zusammen mit SML verwendet, und dann haben sie den selben Dateinamen, aber die Endung {\tt *.ML}.
alexandra@37889: Die theories von \isac{} representieren den folgenden Teil vom Basiswissen von \isac{}, die Hierarchie von den zwei theories ist demnach strukturiert. Die {\tt *.ML} Dateien beinhalten {\em alle} Daten von den anderen zwei Hauptlinien des Basiswissens, die Probleme und die Methoden(ohne ihre jeweilige Struktur, die von den Problem Browsern und den Methode Browsern gemacht wird, zu pr\"asentieren.
alexandra@37889: Die Tab.\ref{theories} auf Seite \pageref{theories} listet die basis theories auf, die geplant sind in der Version \isac{} 1 angewendet zu werden. Wir erwarten, dass die Liste erweitert wird in n\"aherer Zukunft, und wir werden uns auch den theorie Browser genauer ansehen.
alexandra@37889: Die ersten drei theories auf der Liste geh\"oren {\em nicht} zum Grundwissen von \isac{}; sie besch\"aftigen sich mit der Skriptsprache f\"ur Methoden und ist hier nur zur Vollst\"andigkeit angef\"uhrt.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: {\begin{table}[h]
alexandra@37889: \caption{Theorien von der ersten Version von \isac} \label{theories}
ahirn@37877: %\tabcolsep=0.3mm
ahirn@37877: \begin{center}
ahirn@37877: \def\arraystretch{1.0}
ahirn@37877: \begin{tabular}{lp{9.0cm}}
alexandra@37889: Theorie & Beschreibung \\
ahirn@37877: \hline
ahirn@37877: &\\
ahirn@37877: ListI.thy
alexandra@37889: & ordnet die Bezeichnungen den Funktionen, die in {\tt Isabelle2002/src/HOL/List.thy} sind zu, und (intermediatly~?) definiert einige weitere Listen von Funktionen\\
ahirn@37877: ListI.ML
alexandra@37889: & {\tt eval\_fn} f\"ur die zus\"atzliche Listen von Funktionen\\
ahirn@37877: Tools.thy
alexandra@37889: & Funktion, die f\"ur die Auswertung von Skripten ben\"otigt wird\\
ahirn@37877: Tools.ML
alexandra@37889: & bezieht sich auf {\tt eval\_fn}s\\
ahirn@37877: Script.thy
alexandra@37889: & Vorraussetzung f\"ur Skripten: Typen, Taktiken, tacticals\\
ahirn@37877: Script.ML
alexandra@37889: & eine Reihe von Taktiken und Funktionen f\"ur den internen Gebrauch\\
ahirn@37877: & \\
ahirn@37877: \hline
ahirn@37877: & \\
ahirn@37877: Typefix.thy
alexandra@37889: & fortgeschrittener Austritt, um den type Fehlern zu entkommen\\
ahirn@37877: Descript.thy
alexandra@37889: & {\it Beschreibungen} f\"ur die Formeln von {\it Modellen} und {\it Problemen}\\
ahirn@37877: Atools
alexandra@37889: & Neudefinierung von Operatoren; allgemeine Eigenschaften und Funktionen f\"ur Vorraussetzungen; Theorems f\"ur {\tt eval\_rls}\\
ahirn@37877: Float
alexandra@37889: & Gleitkommerzahlendarstellung\\
ahirn@37877: Equation
alexandra@37889: & grunds\"atzliche Vorstellung f\"ur  Gleichungen und Gleichungssysteme\\
ahirn@37877: Poly
alexandra@37889: & Polynome\\
ahirn@37877: PolyEq
alexandra@37889: & polynomiale Gleichungen und Gleichungssysteme \\
ahirn@37877: Rational.thy
alexandra@37889: & zus\"atzliche Theorems f\"ur Rationale Zahlen\\
ahirn@37877: Rational.ML
alexandra@37889: & abbrechen, hinzuf\"ugen und vereinfachen von Rationalen Zahlen durch Verwenden von (einer allgemeineren Form von) Euclids Algorithmus; die entsprechenden umgekehrten Regels\"atze\\
ahirn@37877: RatEq
alexandra@37889: & Gleichung mit rationalen Zahlen\\
ahirn@37877: Root
alexandra@37889: & Radikanten; berechnen der Normalform; das betreffende umgekehrte Regelwerk\\
ahirn@37877: RootEq
alexandra@37889: & Gleichungen mit Wurzeln\\
ahirn@37877: RatRootEq
alexandra@37889: & Gleichungen mit rationalen Zahlen und Wurzeln (z.B. mit Termen, die beide Vorg\"ange enthalten)\\
ahirn@37877: Vect
alexandra@37889: & Vektoren Analysis\\
ahirn@37877: Trig
alexandra@37889: & Trigonometrie\\
ahirn@37877: LogExp
alexandra@37889: & Logarithmus und Exponentialfunktionen\\
ahirn@37877: Calculus
alexandra@37889: & nicht der Norm entsprechende Analysis\\
ahirn@37877: Diff
alexandra@37889: & Differenzierung\\
ahirn@37877: DiffApp
alexandra@37889: & Anwendungen beim Differenzieren (Maximum-Minimum-Probleme)\\
ahirn@37877: Test
alexandra@37889: & (alte) Daten f\"ur Testfolgen\\
ahirn@37877: Isac
alexandra@37889: & enth\"alt alle Theorien von\isac{}\\
alexandra@37889: \end{tabular}\end{center}\end{table}}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: 
alexandra@37889: \section{Daten in {\tt *.thy} und {\tt *.ML}}
alexandra@37889: Wie schon zuvor angesprochen, haben die arbeiten die theories von *.thy und *.ML zusamnmen und haben deswegen den selben Dateiname. Wie diese Daten zwischen den zwei Dateien verteilt werden wird in der
alexandra@37889: Tab.\ref{thy-ML} auf Seite \pageref{thy-ML} gezeigt. Die Ordnung von den Dateinteilchen in den theories sollte an der Ordnung von der Liste festhalten.
alexandra@37889: 
ahirn@37877: {\begin{table}[h]
alexandra@37889: \caption{Daten in {\tt *.thy}- und {\tt *.ML}-files} \label{thy-ML}
ahirn@37877: \tabcolsep=2.0mm
ahirn@37877: \begin{center}
ahirn@37877: \def\arraystretch{1.0}
ahirn@37877: \begin{tabular}{llp{7.7cm}}
alexandra@37889: Datei & Daten & Beschreibung \\
ahirn@37877: \hline
ahirn@37877: & &\\
ahirn@37877: {\tt *.thy}
alexandra@37889: & consts
alexandra@37889: & Operatoren, Eigenschaften, Funktionen und Skriptnamen ('{\tt Skript} Name \dots{\tt Argumente}')
ahirn@37877: \\
alexandra@37889: & rules
alexandra@37889: & theorems: \isac{} verwendet die Theorems von Isabelle, wenn m\"oglich; zus\"atzliche Theorems, die jenen von Isabelle entsprechen, bekommen ein {\it I} angeh\"angt
ahirn@37877: \\& &\\
ahirn@37877: {\tt *.ML}
alexandra@37889: & {\tt theory' :=}
alexandra@37889: & Die Theorie, die 
alexandra@37889: abgegrenzt ist von der {\tt *.thy}-Datei, wird durch \isac{} zug\"anglich gemacht
ahirn@37877: \\
ahirn@37877: & {\tt eval\_fn}
alexandra@37889: & die Auswertungsfunktion f\"ur die Operatoren und Eigenschaften, kodiert im meta-Level (SML); die Bezeichnugn von so einer Funktion ist eine Kombination von Schl\"usselw\"ortern {\tt eval\_} und einer Bezeichnung von der Funktion, die in in {\tt *.thy} erkl\"art ist\\
alexandra@37889: & {\tt *\_simplify}
alexandra@37889: & der automatisierte Vereinfacher f\"ur die tats\"achliche Theorie, z.B. die Bezeichnung von diesem Regelwerk ist eine Kombination aus den Theorienbezeichnungen und dem Schl\"usselwort {\tt *\_simplify}
ahirn@37877: \\
ahirn@37877: & {\tt norm\_rls :=}
alexandra@37889: & der automatisierte Vereinfacherthe {\tt *\_simplify} wird so aufgehoben, dass er \"uber \isac zug\"anglich ist
ahirn@37877: \\
ahirn@37877: & {\tt rew\_ord' :=}
alexandra@37889: & das Gleiche f\"ur die Anordnung des Rewriting, wenn es ausserhalb eines speziellen Regelwerks gebraucht wird
ahirn@37877: \\
ahirn@37877: & {\tt ruleset' :=}
alexandra@37889: & dasselbe wie f\"ur Regels\"atze (gew\"ohnliche Regels\"atze, umgekehrte Regels\"atze, und {\tt eval\_rls})
ahirn@37877: \\
ahirn@37877: & {\tt calc\_list :=}
alexandra@37889: & dasselbe f\"ur {\tt eval\_fn}s, wenn es ausserhalb eines bestimmten Regelwerks gebraucht wird (wenn es ausserhalb eines bestimmten Regelwerks ben\"otigt wird) (z.B. f\"ur eine Taktik {\tt Calculate} in einem Skript)
ahirn@37877: \\
ahirn@37877: & {\tt store\_pbl}
alexandra@37889: & Probleme, die in {\tt *.ML}-Dateien definiert sind, werden zug\"anglich f\"ur \isac{}
ahirn@37877: \\
ahirn@37877: & {\tt methods :=}
alexandra@37889: & Methoden, die in {\tt *.ML}-Dateien definiert sind werden zug\"anglich f\"ur \isac{}
ahirn@37877: \\
alexandra@37889: \end{tabular}\end{center}\end{table}}
ahirn@37877: 
alexandra@37889: \section{Formale Beschreibung der Hierarchie von Problemen}
ahirn@37877: 
alexandra@37889: \section{Skripttaktiken}
alexandra@37889: Tats\"achlich sind es die Taktiken, die die Berechnungen vorantreiben: im Hintergrund bauen sie den ''Prooftree`` und sie \"ubernehmen die wichtigsten Aufgaben w\"ahrend der Auswertung bei der der ''script-interpreter`` zur Steuerung des Benutzers transferiert wird. Hier beschreiben wir nur den Syntax von den Taktiken; die Semantik ist beschrieben etwas weiter unten im Kontext mit den Taktiken, die die Benutzer/Innen dieses Programmes verwenden: da gibt es einen Schriftverkehr zwischen den Benutzer Taktiken und den Skripttaktiken.
ahirn@37877: 
ahirn@37877: 
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \part{Authoring on the knowledge}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \section{Add a theorem}
ahirn@37877: \section{Define and add a problem}
ahirn@37877: \section{Define and add a predicate}
ahirn@37877: \section{Define and add a method}
ahirn@37877: \section{}
ahirn@37877: \section{}
ahirn@37877: \section{}
ahirn@37877: \section{}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: 
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \newpage
ahirn@37877: \bibliography{bib/isac,bib/from-theses}
ahirn@37877: 
ahirn@37877: \end{document}




