source: project/release/3/nemo/trunk/core.scm @ 11944

Last change on this file since 11944 was 11944, checked in by Ivan Raikov, 12 years ago

Removed incomplete examples, started a general sexp->sxml
converter, added support for function call arity check.

File size: 33.5 KB
Line 
1;;
2;; NeuroML substrate semantics.
3;;
4;; Copyright 2008 Ivan Raikov and the Okinawa Institute of Science and Technology
5;;
6;; This program is free software: you can redistribute it and/or
7;; modify it under the terms of the GNU General Public License as
8;; published by the Free Software Foundation, either version 3 of the
9;; License, or (at your option) any later version.
10;;
11;; This program is distributed in the hope that it will be useful, but
12;; WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13;; MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14;; General Public License for more details.
15;;
16;; A full copy of the GPL license can be found at
17;; <http://www.gnu.org/licenses/>.
18;;
19
20(require-extension srfi-1)
21(require-extension srfi-4)
22(require-extension srfi-13)
23(require-extension srfi-14)
24(require-extension datatype)
25(require-extension vector-lib)
26(require-extension environments)
27(require-extension digraph)
28(require-extension graph-bfs)
29(require-extension graph-cycles)
30(require-extension mathh)
31(require-extension lolevel)
32
33(include "mathh-constants")
34
35(define-extension nemo-core)
36
37(declare (export make-nemo-core nemo:error nemo:warning 
38                 nemo:env-copy nemo-intern nemo:quantity?
39                 eval-nemo-system-decls
40                 TSCOMP ASGN CONST PRIM))
41
42;--------------------
43;  Message routines
44;
45;
46
47(define (nemo:warning x . rest)
48  (let loop ((port (open-output-string)) (objs (cons x rest)))
49    (if (null? objs)
50        (begin
51          (newline port)
52          (print-error-message (get-output-string port) 
53                               (current-error-port) "nemo warning"))
54        (begin (display (car objs) port)
55               (display " " port)
56               (loop port (cdr objs))))))
57
58(define (nemo:error x . rest)
59  (let ((port (open-output-string)))
60    (if (port? x)
61        (begin
62          (display "[" port)
63          (display (port-name x) port)
64          (display "] " port)))
65    (let loop ((objs (if (port? x) rest (cons x rest))))
66      (if (null? objs)
67          (begin
68            (newline port)
69            (error 'nemo (get-output-string port)))
70          (let ((obj (car objs)))
71            (if (procedure? obj) 
72                (with-output-to-port port obj)
73                (begin
74                  (display obj port)
75                  (display " " port)))
76            (loop (cdr objs)))))))
77
78(define (rhs? x)  (or (symbol? x) (number? x) (and (list? x) (every rhs? x))))
79
80(define (transition? x)
81  (match x (('-> a b x) (and (symbol? a) (symbol? b) (rhs? x)))
82         (else #f)))
83
84(define-datatype nemo:quantity nemo:quantity?
85  (SYSNAME    (name symbol?))
86  (ASGN       (name symbol?) (value number?) (rhs rhs?) )
87  (CONST      (name symbol?) (value number?))
88  (TSCOMP     (name symbol?) (initial rhs?)
89              (open (lambda (x) (or (symbol? x) (and (list? x) (every symbol? x) ))))
90              (transitions (lambda (x) (and (list? x) (every transition? x)))) 
91              (power integer?))
92  (PRIM       (name symbol?) (value identity))
93  (EXTERNAL   (local-name symbol?) (name symbol?) (namespace (lambda (x) (or (not x) (symbol? x)))))
94  (DISPATCH   (value procedure?))
95  (EXPORTS    (lst (lambda (x) (and (list? x) (every symbol? x)))))
96  (COMPONENT  (type symbol?) (lst (lambda (x) (and (list? x) (every symbol? x)))))
97  )
98
99(define (nemo-intern sym)
100  (string->symbol (string-append "#" (symbol->string sym))))
101
102(define (lookup-def k lst . rest)
103  (let-optionals rest ((default #f))
104    (let ((v (alist-ref k lst)))
105      (if v (first v) default))))
106
107(define (make-nemo-core . alst)
108
109  ;; floating point precision (single or double; default is double)
110  (define  fptype (lookup-def 'fpprec alst 'double))
111  (define  fpvector-type
112    (lookup-def 'fpvector-type alst (if (equal? fptype 'single) 'f32vector 'f64vector)))
113  (define  fpvector? 
114    (lookup-def 'fpvector? alst (if (equal? fptype 'single) f32vector? f64vector?)))
115  (define  fpvector 
116    (lookup-def 'fpvector alst (if (equal? fptype 'single) f32vector f64vector)))
117  (define  fpvector-ref
118    (lookup-def 'fpvector-ref alst (if (equal? fptype 'single) f32vector-ref f64vector-ref)))
119  (define  fpvector-set!
120    (lookup-def 'fpvector-set! alst (if (equal? fptype 'single) f32vector-set! f64vector-set!)))
121
122
123  (define builtin-fns
124    `(+ - * / pow neg abs atan asin acos sin cos exp ln
125        sqrt tan cosh sinh tanh hypot gamma lgamma log10 log2 log1p ldexp cube
126        > < <= >= = and or round ceiling floor max min
127        fpvector-ref))
128
129  (define (add-primitives! env)
130    (for-each (lambda (n b fms rt) 
131                (let ((fb (extend-procedure b `((rt ,rt) (formals ,fms)))))
132                  (environment-extend! env n fb)))
133              builtin-fns
134              (list fp+ fp- fp* fp/ expt fpneg
135                    abs atan asin acos sin cos exp log sqrt tan 
136                    cosh sinh tanh hypot gamma lgamma log10 log2 log1p ldexp
137                    (lambda (x) (* x x x))
138                    fp> fp< fp<= fp>= fp=
139                    (lambda (x y) (and x y)) (lambda (x y) (or x y)) 
140                    round ceiling floor fpmax fpmin
141                    fpvector-ref)
142              `((,fptype ,fptype) (,fptype ,fptype) (,fptype ,fptype) (,fptype ,fptype) 
143                (,fptype ,fptype) (,fptype)
144                (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype)
145                (,fptype) (,fptype) (,fptype)
146                (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype)
147                (,fptype) (,fptype) (,fptype)
148                (,fptype) 
149                (bool bool) (bool bool) (bool bool) (bool bool) (bool bool) (bool bool) (bool bool) 
150                (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype ,fptype) (,fptype ,fptype) 
151                (,fpvector-type integer) )
152              `(,fptype ,fptype ,fptype ,fptype 
153                ,fptype ,fptype
154                ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype
155                ,fptype ,fptype ,fptype
156                ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype
157                ,fptype ,fptype ,fptype
158                ,fptype 
159                bool bool bool bool bool bool bool 
160                ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype 
161                ,fptype )
162              ))
163
164  (define (add-constants! env)
165    (for-each (lambda (n b) (environment-extend! env n b))
166              `(E 1/E E^2 E^PI/4 LOG2E LOG10E LN2 LN3 LNPI LN10 1/LN2 1/LN10 PI PI/2
167                  PI/4 1/PI 2/PI 2/SQRTPI SQRTPI PI^2 DEGREE SQRT2 1/SQRT2 SQRT3 SQRT5
168                  SQRT10 CUBERT2 CUBERT3 4THRT2 GAMMA1/2 GAMMA1/3 GAMMA2/3 PHI LNPHI
169                  1/LNPHI EULER E^EULER SIN1 COS1 ZETA3)
170              (list E 1/E E^2 E^PI/4 LOG2E LOG10E LN2 LN3 LNPI LN10 1/LN2 1/LN10 PI PI/2
171                 PI/4 1/PI 2/PI 2/SQRTPI SQRTPI PI^2 DEGREE SQRT2 1/SQRT2 SQRT3 SQRT5
172                 SQRT10 CUBERT2 CUBERT3 4THRT2 GAMMA1/2 GAMMA1/3 GAMMA2/3 PHI LNPHI
173                 1/LNPHI EULER E^EULER SIN1 COS1 ZETA3)))
174
175
176  (define (enumdeps expr)
177    (let loop ((expr expr) (ax (list)) (lbs (list)))
178      (match expr 
179             (('let bs e)  (let let-loop ((bs bs) (ax ax) (lbs lbs))
180                             (if (null? bs) (loop e ax lbs)
181                                 (let ((x   (first  (car bs)))
182                                       (ex  (second (car bs))))
183                                   (let* ((lbs1  (cons x lbs))
184                                          (ax1   (loop ex ax lbs)))
185                                     (let-loop (cdr bs) ax1 lbs1))))))
186
187             ((s . es)     (if (symbol? s) (fold (lambda (e ax) (loop e ax lbs)) ax es) 
188                               (fold (lambda (e ax) (loop e ax lbs)) ax (cons s es))))
189             (id           (if (and (symbol? id) (not (member id lbs))) (cons id ax) ax)))))
190
191
192  (define (binop-fold op lst)
193    (if (null? lst) lst
194        (match lst
195               ((x)   x)
196               ((x y) `(,op ,x ,y))
197               ((x y . rest) `(,op (,op ,x ,y) ,(binop-fold op rest)))
198               ((x . rest) `(,op ,x ,(binop-fold op rest))))))
199
200
201  ;; if argument is constant, return the negative of that constant,
202  ;; otherwise return `(neg ,expr)
203  (define (negate expr)
204    (if (number? expr) (- expr)
205        `(neg ,expr)))
206
207  ;; 1. make sure all constants in an expression are flonums
208  ;; 2. fold expressions like (+ a b c d) into nested binops
209  (define (make-normalize-expr arity-check)
210    (lambda (expr)
211      (let recur ((expr expr))
212        (match expr 
213               (('let bs e)         (let ((normalize-bnd  (lambda (x) `(,(first x) ,(recur (second x))))))
214                                      `(let ,(map normalize-bnd bs) ,(recur e))))
215               (('if c t e)         `(if ,(recur c) ,(recur t) ,(recur e))) 
216               (('+ . es)           (binop-fold '+ (map recur es)))
217               (('- . es)           (let ((es1 (map recur es)))
218                                      (binop-fold '+ (cons (car es1) (map negate (cdr es1))))))
219               (('* . es)           (binop-fold '* (map recur es)))
220               (('/ . es)           (binop-fold '/ (map recur es)))
221               (('fix n)            n)
222               ((s . es)            (begin
223                                      (arity-check s es)
224                                      (cons s (map recur es))))
225               (x                   (if (number? x) (exact->inexact x) x))))))
226
227  (define (make-base-env)
228    (let ((env (make-environment #t)))
229      (add-primitives! env)
230      (add-constants! env)
231      env))
232   
233  (define (make-const-env nemo-env)
234    (let ((env (make-base-env)))
235      (environment-for-each nemo-env
236        (lambda (sym en)
237          (cond  ((nemo:quantity? en) 
238                  (cases nemo:quantity en
239                         (CONST (name value) 
240                                (environment-extend! env name value))
241                         (PRIM (name value) 
242                               (environment-extend! env name value))))
243                 ((procedure? en)
244                  (environment-extend! env sym en)))))
245        env))
246
247  (define (system name)
248    (let ((env  (make-base-env))
249          (name (if (symbol? name) name (string->symbol name))))
250      (environment-extend! env (nemo-intern 'dispatch)  (DISPATCH nemo-dispatch))
251      (environment-extend! env (nemo-intern 'name)      (SYSNAME name))
252      (environment-extend! env (nemo-intern 'exports)   (EXPORTS (list)))
253      env))
254
255  (define (add-external! nemo-env)
256    (lambda (sym typ)
257      (match typ
258             ('output
259              (begin
260                (if (not (environment-has-binding? nemo-env sym))
261                    (nemo:error 'add-external! ": exported quantity " sym " is not defined"))
262                (let* ((exports-sym   (nemo-intern 'exports))
263                       (exports       (environment-ref nemo-env exports-sym)))
264                  (cases nemo:quantity exports
265                         (EXPORTS (lst) (environment-set! nemo-env exports-sym (EXPORTS (cons sym lst))))
266                         (else  (nemo:error 'add-external! ": invalid exports entry " exports))))))
267             
268             (('input sym lsym ns)
269              (let ((lsym (or lsym sym)))
270               
271                (if (environment-has-binding? nemo-env lsym)
272                    (nemo:error 'add-import! ": import symbol " lsym " is already defined"))
273               
274                ((env-extend! nemo-env) lsym '(external) 'none `(name ,sym) `(namespace ,ns))))
275             
276             )))
277
278
279  (define (make-arity-check nemo-env)
280    (lambda (s args)
281      (let ((op (environment-ref nemo-env s)))
282        (if (extended-procedure? op)
283            (let* ((fd   (procedure-data op))
284                   (fms   (lookup-def 'formals fd)))
285              (if (not (= (length fms) (length args)))
286                  (nemo:error 'eval-expr "procedure " s 
287                              " called with incorrect number of arguments: "
288                              args)))))))
289
290  (define (env-extend! nemo-env)
291    (lambda (name type initial . alst)
292       (let* ((sym (if (symbol? name) name (string->symbol name)))
293              (arity-check (make-arity-check nemo-env))
294              (normalize-expr (make-normalize-expr arity-check)))
295        (if (environment-has-binding? nemo-env sym)
296            (nemo:error 'env-extend! ": quantity " sym " already defined")
297            (match type
298              (('external)  (let ((ns  (lookup-def 'namespace alst))
299                                  (external-name  (lookup-def 'name alst)))
300                              (environment-extend! nemo-env sym (EXTERNAL name external-name ns ))))
301                             
302              (('prim)    (let* ((rhs (lookup-def 'rhs alst))
303                                 (val (if (and rhs (procedure? initial) )
304                                          (extend-procedure initial rhs)
305                                          initial)))
306                            (environment-extend! nemo-env sym (PRIM name val ))))
307
308              (('const)   (begin
309                            (if (not (number? initial)) 
310                                (nemo:error 'env-extend! ": constant definitions require numeric value"))
311                            (environment-extend! nemo-env sym (CONST name initial))))
312
313              (('tscomp)  (let ((power         (or (lookup-def 'power alst) 1))
314                                (transitions   (map (lambda (t) 
315                                                      (print "t = " t)
316                                                      `(-> ,(second t) ,(third t) ,(normalize-expr (fourth t ))))
317                                                    (or (alist-ref 'transitions alst) (list))))
318                                (open         (lookup-def 'open alst)))
319                            (if (null? transitions)
320                                (nemo:error 'env-extend! 
321                                               ": transition state complex definitions require a transition scheme"))
322                            (if (not open) 
323                                (nemo:error 'env-extend! ": state complex definitions require open state"))
324                            (if (not (integer? power))
325                                (nemo:error 'env-extend!
326                                               ": definition for state " sym
327                                               " requires an integer power (" power  " was given)"))
328                            (let ((en (TSCOMP name initial open transitions power)))
329                              (environment-extend! nemo-env sym en))))
330
331              (('asgn)    (let ((rhs (lookup-def 'rhs alst)))
332                            (if (not (eq? initial 'none))
333                                (nemo:error 'env-extend! 
334                                                    ": state function definitions must have initial value of '(none)"))
335                            (if (not rhs) 
336                                (nemo:error 'env-extend! ": state function definitions require an equation"))
337                            (environment-extend! nemo-env sym (ASGN  name 0.0 (normalize-expr rhs)))))
338
339              (else       (begin
340                            (environment-extend! nemo-env sym `(,type (name ,sym) . ,initial))))
341              )))))
342
343  (define (infer nemo-env ftenv body)
344    (let recur ((expr body) (lb (list)))
345      (match expr 
346             (('if c t e)
347              (let ((ct (recur c lb))
348                    (tt (recur t lb))
349                    (et (recur e lb)))
350                (and ct tt et 
351                     (begin
352                       (if (not (equal? ct 'bool)) 
353                           (nemo:error 'infer "if condition type must be boolean"))
354                       (if (equal? tt et) tt
355                           (nemo:error 'infer "type mismatch in if statement: then = " tt
356                                      " else = " et))))))
357             (('let bs e)
358              (let* ((rlb (lambda (x) (recur x lb)))
359                     (tbs (map rlb (map second bs)))
360                     (lb1 (append (zip (map first bs) tbs) lb)))
361                (recur e lb1)))
362             
363             ((s . es)   
364              (let* ((f    (environment-ref nemo-env s))
365                     (lst  (procedure-data f)))
366                (and lst 
367                     (let ((rt   (lookup-def 'rt   lst))
368                           (fms  (lookup-def 'formals lst)))
369                       (and rt fms
370                            (begin
371                              (for-each (lambda (x ft)
372                                          (if (and (symbol? x) (not (environment-includes? ftenv x)))
373                                              (environment-extend! ftenv x ft)))
374                                        es fms)
375                              (let* ((rlb (lambda (x) (recur x lb)))
376                                     (ets (map rlb es)))
377                                (and (every identity ets)
378                                     (every (lambda (xt ft) (equal? xt ft)) ets fms)
379                                     rt))))))))
380             
381             (id    (cond ((symbol? id)     (or (lookup-def id lb) (environment-ref ftenv id)))
382                          ((number? id)     fptype)
383                          ((boolean? id)    'bool)
384                          ((fpvector? id)   fpvector-type)
385                          (else #f))))))
386   
387
388  (define (defun! nemo-env)
389    (define arity-check (make-arity-check nemo-env))
390    (define normalize-expr (make-normalize-expr arity-check))
391
392    (lambda (name formals body)
393        (let ((base-env (make-base-env))
394              (sym (if (symbol? name) name (string->symbol name))))
395          (letrec ((enumconsts
396                    (lambda (lb)
397                      (lambda (expr ax)
398                        (match expr 
399                               (('let bs e)  (let ((ec (enumconsts (append (map first bs) lb))))
400                                               (ec e (fold ec ax (map second bs)))))
401                               (('if . es)   (fold (enumconsts lb) ax es))
402                               ((s . es)     (if (symbol? s)  (cons s (fold (enumconsts lb) ax es)) ax))
403                               (s            (cond
404                                              ((and (symbol? s) (not (member s lb)) (environment-includes? base-env s))
405                                               (cons s ax) )
406                                              ((and (symbol? s) (not (member s lb)))
407                                               (nemo:error 'defun ": quantity " s " not defined"))
408                                              (else ax))))))))
409            (if (environment-has-binding? nemo-env sym)
410                (nemo:error 'defun! ": quantity " sym " already defined")
411                (let* ((body    (normalize-expr body))
412                       (consts  (delete-duplicates ((enumconsts formals) body (list))))
413                       (fc     `(lambda (base-env)
414                                  (let ,(map (lambda (v) `(,v (environment-ref base-env ',v))) consts)
415                                    (lambda ,formals ,body))))
416                       (f      ((eval fc) base-env)))
417                 
418                  (let* ((ftenv  (make-environment))
419                         (rt     (infer nemo-env ftenv body))
420                         (ftypes (filter-map (lambda (x) (and (environment-includes? ftenv x)
421                                                              (environment-ref ftenv x))) 
422                                             formals))
423                         (ef     (extend-procedure f `((rt ,rt) (formals ,ftypes) (vars ,formals)
424                                                       (body ,body) (consts ,consts)))))
425                  (environment-extend! nemo-env sym ef))))))))
426
427  (define (symbol-list? lst)
428    (and (list? lst) (every symbol? lst)))
429
430  (define (extended nemo-env)
431      (filter-map (lambda (sym) 
432                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
433                      (and (not (nemo:quantity? x)) (not (procedure? x)) 
434                           (match x 
435                                  (((? symbol-list?) ('name name) . rest)  `(,sym ,x))
436                                  (else #f)))))
437           (environment-symbols nemo-env)))
438                       
439
440  (define (extended-with-tag nemo-env tag)
441      (filter-map (lambda (sym) 
442                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
443                      (and (not (nemo:quantity? x)) (not (procedure? x)) 
444                           (match x 
445                                  (((? (lambda (x) (equal? x tag))) ('name name) . rest) 
446                                   `(,sym ,x))
447                                  (else #f)))))
448           (environment-symbols nemo-env)))
449                       
450
451  (define (components nemo-env)
452      (filter-map (lambda (sym) 
453                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
454                      (and (nemo:quantity? x)
455                           (cases nemo:quantity x
456                                  (COMPONENT (type lst)  `(,type ,sym))
457                                  (else #f)))))
458           (environment-symbols nemo-env)))
459
460
461  (define (component-symbols nemo-env sym)
462    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
463      (and (nemo:quantity? x)
464           (cases nemo:quantity x
465                  (COMPONENT (type lst)  lst)
466                  (else #f)))))
467
468
469  (define (component-exports nemo-env sym)
470    (let ((all-exports (cases nemo:quantity (environment-ref nemo-env (nemo-intern 'exports))
471                              (EXPORTS (lst)  lst))))
472      (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
473        (and (nemo:quantity? x)
474             (cases nemo:quantity x
475                    (COMPONENT (type lst) 
476                      (filter-map (lambda (x) ((lambda (x) (and x (car x))) (member x all-exports))) lst))
477                    (else #f))))))
478
479  (define (component-subcomps nemo-env sym)
480    (define (component-type x)
481      (cases nemo:quantity x
482             (COMPONENT (type lst) type)
483             (else #f)))
484    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
485      (and (nemo:quantity? x)
486           (cases nemo:quantity x
487                  (COMPONENT (type lst) 
488                             (filter-map (lambda (s) (let ((x (environment-ref nemo-env s)))
489                                                       (and (iscomp? x) `(,(component-type x) ,s)))) lst))
490                  (else #f)))))
491
492  (define (component-extend! nemo-env)
493    (lambda (comp sym)
494      (let ((x (environment-ref nemo-env comp)))
495        (if (nemo:quantity? x)
496            (cases nemo:quantity x
497                   (COMPONENT (type lst) 
498                              (let ((en1 (COMPONENT type (cons sym lst))))
499                                (environment-set! nemo-env comp en1)))
500                   (else (nemo:error 'component-extend! ": invalid component " comp)))
501            (nemo:error 'component-extend! ": invalid component " comp)))))
502
503
504  (define (exports nemo-env)
505    (cases nemo:quantity (environment-ref nemo-env (nemo-intern 'exports))
506           (EXPORTS (lst)  lst)))
507
508
509  (define (imports nemo-env)
510      (filter-map (lambda (sym) 
511                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
512                      (and (nemo:quantity? x)
513                           (cases nemo:quantity x
514                                  (EXTERNAL (local-name name namespace)  (list local-name name namespace))
515                                  (else #f)))))
516           (environment-symbols nemo-env)))
517
518
519  (define (consts nemo-env)
520      (filter-map (lambda (sym) 
521                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
522                      (and (nemo:quantity? x)
523                           (cases nemo:quantity x
524                                  (CONST (name value)  (list name value) )
525                                  (else #f)))))
526           (environment-symbols nemo-env)))
527
528
529  (define (states nemo-env)
530      (fold (lambda (sym ax) 
531                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
532                      (if (nemo:quantity? x)
533                           (cases nemo:quantity x
534                                  (TSCOMP (name initial open transitions power)
535                                          (let ((ss (delete-duplicates (append (map second transitions) 
536                                                                               (map third transitions)))))
537                                            (append ss ax)))
538                                  (else ax))
539                           ax)))
540           (list) (environment-symbols nemo-env)))
541
542
543  (define (stcomps nemo-env)
544      (fold (lambda (sym ax) 
545                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
546                      (if (nemo:quantity? x)
547                           (cases nemo:quantity x
548                                  (TSCOMP (name initial open transitions power)
549                                          (cons name ax))
550                                  (else ax))
551                           ax)))
552           (list) (environment-symbols nemo-env)))
553
554
555  (define (asgns nemo-env)
556      (filter-map (lambda (sym) 
557                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
558                      (and (nemo:quantity? x)
559                           (cases nemo:quantity x
560                                  (ASGN (name value rhs) name)
561                                  (else #f)))))
562           (environment-symbols nemo-env)))
563
564
565  (define (defuns nemo-env)
566      (filter-map (lambda (sym) 
567                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
568                      (and (procedure? x) (not (member sym builtin-fns)) (list sym x))))
569           (environment-symbols nemo-env)))
570
571
572                                       
573  (define (exam nemo-env)
574    (lambda (name)
575      (let ((sym (if (symbol? name) name (string->symbol name)))
576            (out (current-output-port)))
577        (if (not (environment-has-binding? nemo-env sym))
578            (nemo:error 'exam ": quantity " sym " is not defined")
579            (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
580              (cases nemo:quantity x
581                     (PRIM  (name value)
582                            (begin
583                              (fprintf out "~a: compiled cnemo primitive\n" name)
584                              (fprintf out "    value: ~a\n" value)))
585
586                     (TSCOMP (name initial open transitions power)
587                             (begin
588                               (fprintf out "~a: transition state complex\n" name)
589                               (fprintf out "    initial value: ~a\n" initial)))
590                     
591                     (CONST    (name value)
592                               (begin
593                                 (fprintf out "~a: constant\n" name)
594                                 (fprintf out "    value: ~a\n" value)))
595                     
596                     (ASGN     (name value rhs)
597                               (begin
598                                 (fprintf out "~a: state function\n" name)
599                                 (fprintf out "    value: ~a\n" value)))
600
601                     (else (nemo:error 'exam name ": unknown type of quantity"))))))))
602 
603
604  (define (eval-const nemo-env expr)
605    (let* ((arity-check (make-arity-check nemo-env))
606           (normalize-expr (make-normalize-expr arity-check)))
607      (let ((expr1 (normalize-expr expr)))
608        (exact->inexact (eval expr1  (make-const-env nemo-env))))))
609
610
611  (define (iscomp? x)
612    (cond ((nemo:quantity? x)
613           (cases nemo:quantity x
614                  (COMPONENT  (type lst)  #t)
615                  (else #f)))
616          (else #f)))
617
618  (define (isdep? x)
619    (cond ((nemo:quantity? x)
620           (cases nemo:quantity x
621                  (ASGN  (name value rhs)  #t)
622                  (else #f)))
623          ((and (list? x) (every pair? (cdr x)))  (alist-ref 'dep?  (cdr x)))
624          (else #f)))
625
626
627  (define (isstate? x)
628    (and (nemo:quantity? x)
629         (cases nemo:quantity x
630                (TSCOMP (name initial open transitions)  #t)
631                (else #f))))
632
633
634  (define (qrhs x)
635    (and (nemo:quantity? x)
636         (cases nemo:quantity x
637                (TSCOMP (name initial open transitions) 
638                        (begin
639                          (map cadddr transitions)))
640                (ASGN  (name value rhs)  rhs)
641                (else #f))))
642
643           
644  (define (sysname nemo-env)
645    (cases nemo:quantity (environment-ref nemo-env (nemo-intern 'name))
646           (SYSNAME (name)  name)))
647
648
649  ;; create equation dependency graph
650  (define (make-eqng nemo-env)
651    (let* ((sysname    (sysname nemo-env))
652           (g          (make-digraph sysname (string-append (symbol->string sysname) 
653                                                            " equation dependency graph")))
654           (add-node!  (g 'add-node!))
655           (add-edge!  (g 'add-edge!))
656           (nemo-list  (filter (lambda (sym) (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
657                                               (or (isstate? x) (isdep? x))))
658                               (environment-symbols nemo-env)))
659           (nemo-ids      (list-tabulate (length nemo-list) identity))
660           (name->id-map  (zip nemo-list nemo-ids)))
661      (let-values (((state-list asgn-list) 
662                    (partition (lambda (sym) (isstate? (environment-ref nemo-env sym)))
663                               nemo-list)))
664                 
665         ;; insert equations in the dependency graph
666         (for-each (lambda (i n) (add-node! i n)) nemo-ids nemo-list)
667         ;; create dependency edges in the graph
668         (for-each (lambda (e) 
669                     (match e ((ni . nj) (begin
670                                           (let ((i (car (alist-ref ni name->id-map)))
671                                                 (j (car (alist-ref nj name->id-map))))
672                                             (add-edge! (list i j (format "~A=>~A" ni nj))))))
673                            (else (nemo:error 'make-eqng ": invalid edge " e))))
674                   (fold (lambda (qsym ax) 
675                           (let* ((q   (environment-ref nemo-env qsym))
676                                  (rhs (qrhs q)))
677                             (if rhs 
678                                 (let* ((deps (filter (if (isstate? q)
679                                                          (lambda (sym) 
680                                                            (and (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
681                                                                   (and (isdep? x) (not (eq? sym qsym))))))
682                                                          (lambda (sym) 
683                                                            (and (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
684                                                                   (isdep? x)))))
685                                                      (enumdeps rhs)))
686                                          (edges (map (lambda (d) (cons d qsym)) deps)))
687                                   (if edges (append edges ax) ax))
688                                 ax)))
689                         (list) nemo-list))
690         (let ((cycles (graph-cycles-fold g (lambda (cycle ax) (cons cycle ax)) (list))))
691           (if (null? cycles) (list state-list asgn-list g)
692               (nemo:error 'make-eqng ": equation cycle detected: " (car cycles)))))))
693
694
695  ;; given a graph, create a partial ordering based on BFS distance from root
696  (define (graph->bfs-dist-poset g)
697    (define node-info (g 'node-info))
698
699    (let-values (((dists dmax) (graph-bfs-dist g ((g 'roots)))))
700      (let loop ((poset  (make-vector (fx+ 1 dmax) (list)))
701                 (i      (fx- (s32vector-length dists) 1)))
702        (if (fx>= i 0)
703            (let* ((c     (s32vector-ref dists i))
704                   (info  (node-info i)))
705              (vector-set! poset c (cons (cons i info) (vector-ref poset c)))
706              (loop poset (fx- i 1)))
707            (begin
708              poset)))))
709
710
711  (define (make-eval-poset nemo-env eqposet)
712    (vector-map 
713       (lambda (i lst) 
714         (filter-map (lambda (id+sym)
715                       (let* ((sym  (cdr id+sym))
716                              (x    (environment-ref nemo-env sym)))
717                         (and (nemo:quantity? x)
718                              (cases nemo:quantity x
719                                     (TSCOMP (name initial open transitions) 
720                                             (let ((rs (map cadddr transitions)))
721                                               (list 'ts sym rs)))
722                                     (ASGN  (name value rhs)
723                                            (list 'a sym rhs))
724                                     (else nemo:error 'make-eval-poset
725                                           ": invalid quantity in equation poset: " sym)))))
726                     lst))
727       eqposet))
728
729  (define (eval-expr env)
730    (lambda (expr)
731      (let ((val (match expr
732                        (('if c t f) 
733                         (let ((ee (eval-expr env)))
734                           (condition-case
735                            (if (ee c) (ee t) (ee f))
736                            [var () 
737                               (nemo:error 'eval-expr " exception in " expr ": \n"
738                                          (lambda () (print-error-message var)))])))
739
740                        ((s . es)   
741                         (condition-case 
742                          (let ((op   (environment-ref env s))
743                                (args (map (eval-expr env) es)))
744                            (if (extended-procedure? op)
745                                (let* ((fd   (procedure-data op))
746                                       (vs  (lookup-def 'vars fd)))
747                                  (if (not (= (length vs) (length args)))
748                                      (nemo:error 'eval-expr "procedure " s 
749                                                  " called with incorrect number of arguments"))))
750                            (apply op args))
751                          [var () 
752                               (nemo:error 'eval-expr " exception in " expr ": \n"
753                                          (lambda () (print-error-message var)))]))
754                       
755                        (s                 
756                         (cond ((symbol? s) (environment-ref env s))
757                               ((number? s) s)
758                               (else (nemo:error 'eval-expr "unknown expression " s)))))))
759        val)))
760
761
762  (define (depgraph nemo-env)
763    (match-let (((state-list asgn-list g)  (make-eqng nemo-env))) g))
764
765  (define (depgraph* nemo-env)
766    (match-let (((state-list asgn-list g)  (make-eqng nemo-env))) 
767               (list state-list asgn-list g)))
768
769
770  ;; Dispatcher
771  (define (nemo-dispatch selector)
772    (case selector
773      ((add-external!)     add-external!)
774      ((defun!)            defun!)
775      ((depgraph)          depgraph)
776      ((depgraph*)         depgraph*)
777      ((depgraph->bfs-dist-poset)  graph->bfs-dist-poset)
778      ((eval-const)          eval-const)
779      ((env-extend!)         env-extend!)
780      ((exam)                exam)
781      ((make-const-env)      make-const-env)
782      ((system)              system)
783      ((sysname)             sysname)
784      ((asgns)               asgns)
785      ((states)              states)
786      ((stcomps)             stcomps)
787      ((defuns)              defuns)
788      ((consts)              consts)
789      ((exports)             exports)
790      ((imports)             imports)
791      ((components)          components)
792      ((component-symbols)   component-symbols)
793      ((component-exports)   component-exports)
794      ((component-subcomps)  component-subcomps)
795      ((component-extend!)   component-extend!)
796      ((extended)            extended)
797      ((extended-with-tag)   extended-with-tag)
798      (else
799       (nemo:error 'selector ": unknown message " selector " sent to an nemo-core object")))) 
800
801  nemo-dispatch)
802
803(define nemo:env-copy environment-copy)
804
805(define qcounter 0)
806
807(define (qname prefix)
808  (let ((v qcounter))
809    (set! qcounter (+ 1 qcounter))
810    (string->symbol (string-append (->string prefix) (number->string v)))))
811
812(define (eval-nemo-system-decls nemo-core name sys declarations)
813  (define (eval-const x) (and x ((nemo-core 'eval-const) sys x)))
814  (let loop ((ds declarations) (qs (list)))
815    (if (null? ds) qs
816        (let ((decl (car ds)))
817          (let ((qs1  (match decl
818                             ;; imported quantities
819                             (('input . lst) 
820                              (cond ((every (lambda (x) (or (symbol? x) (list? x))) lst)
821                                     (fold (lambda (x ax) 
822                                             (match x
823                                                    ((? symbol?) 
824                                                     (((nemo-core 'add-external!) sys) x `(input ,x ,x #f))
825                                                     (cons x ax))
826                                                    ((id1 'as x1) 
827                                                     (((nemo-core 'add-external!) sys) x `(input ,id1 ,x1 #f))
828                                                     (cons x1 ax))
829                                                    ((id1 'from n1) 
830                                                     (((nemo-core 'add-external!) sys) x `(input ,id1 ,id1 ,n1))
831                                                     (cons id1 ax))
832                                                    ((id1 'as x1 'from n1) 
833                                                     (((nemo-core 'add-external!) sys) x `(input ,id1 ,x1 ,n1))
834                                                     (cons x1 ax))
835                                                    ))
836                                           qs lst))
837                                    (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
838                                                      "import statement must be of the form: "
839                                                      "input id1 [as x1] ... "))))
840
841                            ;; exported quantities
842                            (('output . lst) 
843                             (cond ((every symbol? lst) 
844                                    (for-each (lambda (x) (((nemo-core 'add-external!) sys) x 'output)) lst)
845                                    qs)
846                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
847                                                        "export statement must be of the form: "
848                                                        "output id1 ... "))))
849
850                            ;; constant during integration
851                            (('const id '= expr)
852                             (cond ((and (symbol? id) (or (number? expr) (list? expr)))
853                                    (let ((val (eval-const expr)))
854                                      (((nemo-core 'env-extend!) sys) id '(const) val)
855                                      (cons id qs)))
856                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
857                                                        "constant declarations must be of the form: "
858                                                        "const id = expr")))) 
859
860                            ;; state transition complex
861                            (('state-complex (id . alst) )
862                             (cond ((and (symbol? id) (list? alst))
863                                    (let ((initial (eval-const (lookup-def 'initial alst)))
864                                          (power   (eval-const (lookup-def 'power alst))))
865                                      (apply ((nemo-core 'env-extend!) sys) 
866                                             (cons* id '(tscomp) initial `(power ,power) alst)))
867                                    (cons id qs))
868                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
869                                                        "state complex declarations must be of the form: "
870                                                        "state-complex (id ...)"))))
871                           
872                            ;; algebraic assignment
873                            ((id '= expr) 
874                             (cond ((and (symbol? id) (or (symbol? expr) (number? expr) (list? expr)))
875                                    (((nemo-core 'env-extend!) sys) id '(asgn) 'none `(rhs ,expr))
876                                    (cons id qs))
877                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
878                                                        "algebraic declarations must be of the form: "
879                                                        "id = expr"))))
880                           
881                            ;; user-defined function
882                            (('defun id idlist expr) 
883                             (cond ((and (symbol? id) (list? idlist) (every symbol? idlist) (list? expr))
884                                    (((nemo-core 'defun!) sys) id idlist expr)
885                                    (cons id qs))
886                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls
887                                                        "function declarations must be of the form: "
888                                                        "defun id (arg1 arg2 ...) expr"))))
889                           
890                            ;; compiled cnemo primitives
891                            (('prim id value) 
892                             (cond ((symbol? id)  (((nemo-core 'env-extend!) sys) id '(prim) value))
893                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
894                                                        "prim declarations must be of the form: "
895                                                        "prim id value"))))
896                           
897                            (('component ('type typ) ('name name) . lst) 
898                             (let* ((cqs   (loop lst (list)))
899                                    (comp  (COMPONENT typ cqs))
900                                    (sym   (string->symbol (->string name))))
901                               (environment-set! sys sym comp)
902                               (cons sym qs)))
903
904                             
905                            (('component ('type typ)  . lst) 
906                             (let* ((cqs   (loop lst (list)))
907                                    (comp  (COMPONENT typ cqs))
908                                    (sym   (qname "comp")))
909                               (environment-set! sys sym comp)
910                               (cons sym qs)))
911                             
912                           
913                            (('sysname name)  (if (symbol? name)
914                                                  (environment-set! sys (nemo-intern 'name)      (SYSNAME name))
915                                                  (nemo:error 'eval-nemo-system-decls
916                                                                 "system name must be a symbol")))
917                           
918                            (('const . _)
919                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "constant declarations must be of the form: "
920                                            "const id = expr"))
921                           
922                            ((id '= . _) 
923                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "algebraic equations must be of the form: "
924                                            "id = expr")) 
925                           
926                            (('state-complex . _)
927                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
928                                            "state complex declarations must be of the form: "
929                                            "state-complex (id ...)"))
930                           
931                            (('defun . _) 
932                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "function declarations must be of the form: "
933                                            "defun id (arg1 arg2 ...) expr"))
934                           
935                            (('prim . _) 
936                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "prim declarations must be of the form: "
937                                            "prim id value"))
938                           
939                            (('component . _) 
940                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "invalid component: " decl))
941                           
942                            (('sysname . _) 
943                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "system name must be of the form (sysname name)"))
944                           
945                            ;; anything that doesn't match is possibly
946                            ;; declarations recognized by the nemo extension
947                            ;; modules
948                            ((tag  . lst)
949                             (if (symbol? tag)
950                                 (match-let (((typ name alst) 
951                                              (let loop ((lst lst) (ax (list tag)))
952                                                (if (null? lst)
953                                                    (list (list (car (reverse ax))) #f (cdr (reverse ax)))
954                                                    (begin
955                                                      (match lst
956                                                             (((? symbol?) . rest) 
957                                                              (loop (cdr lst) (cons (car lst) ax)))
958                                                             (((x . rest)) 
959                                                              (if (and (symbol? x) (every list? rest))
960                                                                  (list (reverse ax) x rest)
961                                                                  (list (reverse ax) #f lst)))
962                                                             (else  (list (reverse ax) #f lst))))))))
963
964                                             (let ((name (or name (qname tag))))
965                                               (((nemo-core 'env-extend!) sys) name  typ alst)
966                                               (cons name qs)))
967                                 (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "extended declarations must be of the form: "
968                                                "declaration (name (properties ...)")))
969                            )))
970                           
971                           
972                     (loop (cdr ds) qs1)))
973        ))
974  sys)
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.