Added slides10

This commit is contained in:
reijix 2023-07-02 18:12:52 +02:00
parent e5cc70baee
commit 3fa889d223
2 changed files with 316 additions and 0 deletions

BIN
slides/ThProgUE10.pdf Normal file

Binary file not shown.

316
texfiles/slides10.tex Normal file
View file

@ -0,0 +1,316 @@
% ..............................................................................
% Demo of the fau-beamer template.
%
% Copyright 2022 by Tim Roith <tim.roith@fau.de>
%
% This program can be redistributed and/or modified under the terms
% of the GNU Public License, version 2.
%
% ------------------------------------------------------------------------------
\documentclass[final]{beamer}
% ========================================================================================
% Theme: inner, outer, font and colors
% ----------------------------------------------------------------------------------------
\usepackage[institute=Tech,
%SecondLogo = template-art/FAUWortmarkeBlau.pdf,
%ThirdLogo = template-art/FAUWortmarkeBlau.pdf,
%WordMark=None,
aspectratio=169,
fontsize=11,
fontbaselineskip=13,
scale=1.
]{styles/beamerthemefau}
% ----------------------------------------------------------------------------------------
% Input and output encoding
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage[utf8]{inputenc}
% ----------------------------------------------------------------------------------------
% Language settings
\usepackage[german]{babel}
% ========================================================================================
% Fonts
% - Helvet is loaded by styles/beamerfonts
% - We use serif for math environements
% - isomath is used for upGreek letters
% ----------------------------------------------------------------------------------------
\usepackage{isomath}
%\usefonttheme[onlymath]{serif}
\usepackage{exscale}
\usepackage{anyfontsize}
\setbeamercolor{alerted text}{fg=BaseColor}
% ----------------------------------------------------------------------------------------
% custom commands for symbols
\usepackage{styles/symbols}
\usepackage{tikz-cd}
\usetikzlibrary{cd, babel}
% ========================================================================================
% Setup for Titlepage
% ----------------------------------------------------------------------------------------
\title[fau-beamer]{Theorie der Programmierung}
\subtitle{Übung 10 - System F}
\author[L. Vatthauer]{
Leon Vatthauer}
%
% Instead of \institute you can also use the \thanks command
% ------------------------------------------------
%\author[T. Roith]{
%Tim Roith\thanks{Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg, Department Mathematik}\and%
%Second Author\thanks{Second Insitute}\and%
%Third Author\thanks{Third Insitute}%
%}
\usepackage[useregional]{datetime2}
\date{\DTMdisplaydate{2023}{7}{3}{-1}}
% ================================================
% Bibliography
% ------------------------------------------------
\usepackage{csquotes}
\usepackage[style=alphabetic, %alternatively: numeric, numeric-comp, and other from biblatex
defernumbers=true,
useprefix=true,%
giveninits=true,%
hyperref=true,%
autocite=inline,%
maxcitenames=5,%
maxbibnames=20,%
uniquename=init,%
sortcites=true,% sort citations when multiple entries are passed to one cite command
doi=true,%
isbn=false,%
url=false,%
eprint=false,%
backend=biber%
]{biblatex}
\addbibresource{bibliography.bib}
\setbeamertemplate{bibliography item}[text]
\babeltags{en=english}
% ================================================
% Hyperref and setup
% ------------------------------------------------
\usepackage{hyperref}
\hypersetup{
colorlinks = true,
final=true,
plainpages=false,
pdfstartview=FitV,
pdftoolbar=true,
pdfmenubar=true,
pdfencoding=auto,
psdextra,
bookmarksopen=true,
bookmarksnumbered=true,
breaklinks=true,
linktocpage=true,
urlcolor=BaseColor,
citecolor=BaseColor,
linkcolor=BaseColor,
unicode = true
}
% ================================================
% Additional packages
% ------------------------------------------------
\usepackage{listings}
\usepackage{lstautogobble} % Fix relative indenting
\usepackage{color} % Code coloring
\usepackage{zi4} % Nice font
\definecolor{bluekeywords}{rgb}{0.13, 0.13, 1}
\definecolor{greencomments}{rgb}{0, 0.5, 0}
\definecolor{redstrings}{rgb}{0.9, 0, 0}
\definecolor{graynumbers}{rgb}{0.5, 0.5, 0.5}
\lstset{
%autogobble,
%columns=fullflexible,
showspaces=false,
showtabs=false,
breaklines=true,
showstringspaces=false,
breakatwhitespace=true,
escapeinside={(*@}{@*)},
commentstyle=\color{greencomments},
keywords=List,
%keywordstyle=\color{bluekeywords},
stringstyle=\color{redstrings},
numberstyle=\color{graynumbers},
basicstyle=\ttfamily\normalsize,
mathescape=true,
%frame=l,
%framesep=12pt,
%xleftmargin=.1\textwidth,%12pt,
tabsize=4,
captionpos=b
}
\usepackage{mathpartir}
\usepackage{enumerate}
\usepackage{multicol}
%\usepackage[centercolon=true]{mathtools}
% end of listings setup
% ================================================
% Various custom commands
% ------------------------------------------------
%\setbeameroption{show notes on second screen}
\begingroup\expandafter\expandafter\expandafter\endgroup
\expandafter\ifx\csname pdfsuppresswarningpagegroup\endcsname\relax
\else
\pdfsuppresswarningpagegroup=1\relax
\fi
% Change color for cite locally
\newcommand{\colorcite}[3]{{\hypersetup{citecolor=#1}{\cite[#2]{#3}}}}
% ------------------------------------------------
% ================================================
% The main document
% ------------------------------------------------
\begin{document}
% Title page
\begin{frame}[t, titleimage]{-}
\titlepage%
\end{frame}
\newcommand{\isaeq}{=_\alpha^?}
\newcommand{\isbr}{\rightarrow_\beta^?}
\newcommand{\betared}{\rightarrow_\beta}
\newcommand{\alphaeq}{=_\alpha}
\newcommand{\deltared}{\rightarrow_\delta}
\newcommand{\etared}{\rightarrow_\eta}
\newcommand{\betadeltared}{\rightarrow_{\beta\delta}^*}
\newcommand{\ceil}[1]{\lceil {#1} \rceil}
\newcommand{\typing}{
\begin{block}{Typisierung}
Wir lesen $\Gamma \vdash t : \alpha$ als „im Kontext $\Gamma$ hat der Term $t$ den Typ $\alpha$“ und definieren diese Relation wie folgt:
\[
\begin{array}{c c}
\infer* [left=\text{(Ax)}, right=\text{($x : \alpha \in \Gamma$)}]{\;} {\Gamma \vdash x : \alpha} & \infer* [left=\text{($\rightarrow_i$)}] {\Gamma[x\mapsto \alpha] \vdash t : \beta} {\Gamma \vdash \lambda x.t : \alpha \rightarrow \beta}\\
\\
\multicolumn{2}{c}{
\infer* [left=\text{($\rightarrow_e$)}] {\Gamma \vdash t : \alpha \rightarrow \beta \\ \Gamma \vdash s : \alpha} {\Gamma \vdash t\;s : \beta}
}
\end{array}
\]
\end{block}
}
\AtBeginSection{}
\section{System F}
\begin{frame}[t, fragile]{System F}
System F ist eine Erweiterung des einfach getypten $\lambda$-Kalküls um Polymorphie. Wir erweitern die Typgrammatik:
\[
\alpha, \beta ::= a\;\vert\; \alpha \rightarrow \beta \;\vert\; \forall a. \alpha \qquad (a \in \mathbf{V})
\]
Die Typisierungsregeln sind:
\[
\begin{array}{c c c}
\infer* [left=\text{(Ax)}, right=\text{($x : \alpha \in \Gamma$)}]{\;} {\Gamma \vdash x : \alpha} & \infer* [left=\text{($\rightarrow_i$)}] {\Gamma[x\mapsto \alpha] \vdash t : \beta} {\Gamma \vdash \lambda x.t : \alpha \rightarrow \beta}
&\infer* [left=($\forall_i$), right=$a \not\in FV(\Gamma)$] {\Gamma \vdash s : \alpha} {\Gamma \vdash s : \forall a. \alpha}
\\\\
\multicolumn{2}{c}{
\infer* [left=\text{($\rightarrow_e$)}] {\Gamma \vdash t : \alpha \rightarrow \beta \\ \Gamma \vdash s : \alpha} {\Gamma \vdash t\;s : \beta}
}
&\infer* [left=($\forall_e$)] {\Gamma \vdash s : \forall a.\alpha} {\Gamma \vdash s : (\alpha [\beta / a])}
\end{array}
\]
\end{frame}
% Introduction
\section{Aufgabe 1 - Produkte in System F (a la Curry)}
\begin{frame}[t, fragile]{Aufgabe 1}{Produkte in System F (à la Curry)}
Wir kodieren das kartesische Produkt der Typen $a$ und $b$ in System F unter Verwendung des Typs $(a \times b) := \forall r. (a \rightarrow b \rightarrow r) \rightarrow r$
\vfill
\begin{enumerate}
\item
Für diese Kodierung ist die ``Konstruktions-Funktion'' $pair$, welche aus zwei Elementen der Typen $a$ bzw. $b$ ein Paar des Typs $(a \times b)$ konstruiert, wie folgt definiert:
\[
pair = \lambda x\;y . (\lambda f.\;f\;x\;y)
\]
Zeigen Sie, dass $\vdash pair : \forall a\;b.\; a \rightarrow b \rightarrow (a \times b)$ in System F gilt.
\pause
\\\;\\
\item
Geben Sie zu jeder der folgenden Funktionssignaturen eine Implementierung der jeweiligen Funktion (d.h. einen $\lambda$-Term) an und zeigen Sie, dass Ihre Implementierung den benötigten Typ hat:
\begin{enumerate}
\item[(a)] $fst : \forall a\;b.\;(a \times b) \rightarrow a$
\item[(b)] $snd : \forall a\;b.\;(a \times b) \rightarrow b$
\end{enumerate}
\end{enumerate}
\end{frame}
\begin{frame}[t, fragile]{Aufgabe 1}{Produkte in System F (à la Curry)}
Wir kodieren das kartesische Produkt der Typen $a$ und $b$ in System F unter Verwendung des Typs $(a \times b) := \forall r. (a \rightarrow b \rightarrow r) \rightarrow r$
\vfill
\begin{enumerate}
\item[3.]
Schreiben Sie unter Verwendung der obigen Funktionen eine weitere Funktion
\[
swap : \forall a\;b. (a \times b) \rightarrow (b \times a)
\]
und zeigen Sie, dass sie den korrekten Typ hat. Finden Sie also einen $\lambda$-Term $s$, so dass
$\Gamma\vdash s : \forall a\;b. (a \times b) \rightarrow (b \times a)$, wobei
\begin{align*}
\Gamma := \{ &pair : \forall a\;b. a \rightarrow b \rightarrow (a \times b),
\\&fst : \forall a\;b.\; (a \times b) \rightarrow a,
\\&snd : \forall a\;b.\;(a \times b) \rightarrow b \}
\end{align*}
\end{enumerate}
\end{frame}
\begin{frame}[t, fragile]{Aufgabe 2}{Listen in System F (à la Curry)}
Listen können in System F unter Verwendung des folgenden Typs kodiert werden:
\begin{lstlisting}[keywords=List]
List a := $\forall r.\; r\rightarrow (a \rightarrow r \rightarrow r) \rightarrow r$
\end{lstlisting}
In diesem Fall ergeben sich die folgenden ``Konstruktor-Funktionen'':
\begin{lstlisting}
nil = $\lambda$ u f. u
cons = $\lambda$x l.$\lambda$ u f. f x (l u f)
\end{lstlisting}
Für einen gegebenen (und durch \texttt{nil} und \texttt{cons} konstruierten) Term \texttt{t} des Typs \lstinline[keywords=List]|List a|
verhält sich der Term '\lstinline|t u ($\lambda$x l. s)|' also genau so wie eine Funktion \texttt{f} für die für alle x (des Typs a) und alle l (des Typs \lstinline[keywords=List]|List a|) gilt:
\begin{alignat*}{2}
&f\;nil &&\rightarrow_{\beta\delta}^* u\\
&f\;(cons\;x\;nil) &&\rightarrow_{\beta\delta}^* s[l \mapsto f\;l]
\end{alignat*}
\vfill
\begin{enumerate}
\item Zeigen Sie, dass:
\begin{itemize}
\item[(a)] \lstinline|$\vdash$ nil : $\forall$ a. List a |
\item[(b)] \lstinline|$\vdash$ cons : $\forall$ a.a $\rightarrow$ List a $\rightarrow$ List a|
\end{itemize}
\end{enumerate}
\end{frame}
\begin{frame}[t, fragile]{Aufgabe 2}{Listen in System F (à la Curry)}
Listen können in System F unter Verwendung des folgenden Typs kodiert werden:
\begin{lstlisting}[keywords=List]
List a := $\forall r.\; r\rightarrow (a \rightarrow r \rightarrow r) \rightarrow r$
\end{lstlisting}
In diesem Fall ergeben sich die folgenden ``Konstruktor-Funktionen'':
\begin{lstlisting}
nil = $\lambda$ u f. u
cons = $\lambda$x l.$\lambda$ u f. f x (l u f)
\end{lstlisting}
\vfill
\begin{enumerate}
\item[2.] Schreiben Sie eine Funktion \texttt{length}, welche die Länge einer Liste berechnet. Es soll gelten:
\begin{alignat*}{2}
&\texttt{length nil} &&\rightarrow_{\beta\delta}^* \texttt{zero}\\
&\texttt{length (cons x l)} &&\rightarrow_{\beta\delta}^* \texttt{succ (length l)}
\end{alignat*}
Zeigen Sie, dass \lstinline|$\Gamma_0 \vdash$ length : $\forall$ a. List a $\rightarrow$ $\mathbb{N}$|, wobei $\Gamma_0 := \{\texttt{zero} : \mathbb{N}, succ : \mathbb{N} \rightarrow \mathbb{N}\}$.
\end{enumerate}
\end{frame}
\end{document}