Branch data     Line data    Source code

       1                 :            : /******************************************************************************
       2                 :            :  * This file is part of the cvc5 project.
       3                 :            :  *
       4                 :            :  * Copyright (c) 2009-2026 by the authors listed in the file AUTHORS
       5                 :            :  * in the top-level source directory and their institutional affiliations.
       6                 :            :  * All rights reserved.  See the file COPYING in the top-level source
       7                 :            :  * directory for licensing information.
       8                 :            :  * ****************************************************************************
       9                 :            :  *
      10                 :            :  * A class for augmenting model-based instantiations via fast sygus enumeration.
      11                 :            :  */
      12                 :            : 
      13                 :            : #include "cvc5_private.h"
      14                 :            : 
      15                 :            : #ifndef CVC5__THEORY__QUANTIFIERS__MBQI_ENUM_H
      16                 :            : #define CVC5__THEORY__QUANTIFIERS__MBQI_ENUM_H
      17                 :            : 
      18                 :            : #include <map>
      19                 :            : #include <unordered_map>
      20                 :            : #include <unordered_set>
      21                 :            : 
      22                 :            : #include "expr/sygus_term_enumerator.h"
      23                 :            : #include "smt/env_obj.h"
      24                 :            : #include "theory/inference_id.h"
      25                 :            : #include "theory/quantifiers/sygus/sygus_enumerator.h"
      26                 :            : 
      27                 :            : namespace cvc5::internal {
      28                 :            : namespace theory {
      29                 :            : namespace quantifiers {
      30                 :            : 
      31                 :            : class InstStrategyMbqi;
      32                 :            : 
      33                 :            : /**
      34                 :            :  * Maintains a sygus enumeration for a single quantified variable in our
      35                 :            :  * strategy.
      36                 :            :  */
      37                 :            : class MVarInfo
      38                 :            : {
      39                 :            :  public:
      40                 :            :   /**
      41                 :            :    * Initialize this class for variable v of quantified formula q.
      42                 :            :    *
      43                 :            :    * @param env Reference to the environment.
      44                 :            :    * @param q The quantified formula.
      45                 :            :    * @param v The variable from q we are enumerating terms for.
      46                 :            :    * @param etrules A list of terms which to consider terminals in the grammar
      47                 :            :    * we enumerate. These terms may be of any sort.
      48                 :            :    */
      49                 :            :   void initialize(Env& env,
      50                 :            :                   const Node& q,
      51                 :            :                   const Node& v,
      52                 :            :                   const std::vector<Node>& etrules);
      53                 :            :   /**
      54                 :            :    * Get the i^th term in the enumeration maintained by this class. Will
      55                 :            :    * continue the sygus enumeration if i is greater than the number of terms
      56                 :            :    * enumerated so far.
      57                 :            :    */
      58                 :            :   Node getEnumeratedTerm(NodeManager* nm, size_t i);
      59                 :            : 
      60                 :            :   /**
      61                 :            :    * Get the auxiliary lemmas introduced while enumerating terms
      62                 :            :    */
      63                 :            :   std::vector<std::pair<Node, InferenceId>> getEnumeratedLemmas(const Node& t);
      64                 :            : 
      65                 :            :  private:
      66                 :            :   /** The underlying sygus enumerator utility */
      67                 :            :   std::unique_ptr<SygusTermEnumerator> d_senum;
      68                 :            :   /**
      69                 :            :    * Converts enumerated terms by eliminating witness terms, replacing each
      70                 :            :    * with an internal choice function symbol and recording the corresponding
      71                 :            :    * justification lemma.
      72                 :            :    */
      73                 :            :   class ChoiceElimNodeConverter : public NodeConverter
      74                 :            :   {
      75                 :            :    public:
      76                 :            :     ChoiceElimNodeConverter(NodeManager* nm);
      77                 :            :     Node postConvert(Node n) override;
      78                 :            :     std::vector<std::pair<Node, InferenceId>> getEnumeratedLemmas(
      79                 :            :         const Node& t);
      80                 :            :     /** Maps introduced choice symbols to their justification lemmas. */
      81                 :            :     std::map<Node, Node> d_lemmas;
      82                 :            :     /** Visited cache used while collecting symbols from terms. */
      83                 :            :     std::unordered_set<TNode> d_visited;
      84                 :            :   };
      85                 :            :   /** Converter used for witness/choice elimination. */
      86                 :            :   std::unique_ptr<ChoiceElimNodeConverter> d_cenc;
      87                 :            :   /** Callback used to post-process and filter enumerated terms. */
      88                 :            :   std::unique_ptr<SygusTermEnumeratorCallback> d_senumCb;
      89                 :            :   /** A cache of all enumerated terms so far */
      90                 :            :   std::vector<Node> d_enum;
      91                 :            :   /**
      92                 :            :    * If we are enumerating function values, this is a BOUND_VAR_LIST node.
      93                 :            :    * The terms we enumerate are t_1, ..., which are transformed to
      94                 :            :    * (lambda <var_list> t_1) ... for this variable list.
      95                 :            :    */
      96                 :            :   Node d_lamVars;
      97                 :            : };
      98                 :            : 
      99                 :            : /**
     100                 :            :  * Maintains information about a quantified formula in our strategy, including
     101                 :            :  * which variables are processed/unprocessed, and the sygus enumeration for
     102                 :            :  * each of them (in MVarInfo).
     103                 :            :  */
     104                 :            : class MQuantInfo
     105                 :            : {
     106                 :            :  public:
     107                 :            :   /**
     108                 :            :    * Intialize the instantiation strategy for quantified formula q.
     109                 :            :    *
     110                 :            :    * @param env Reference to the environment.
     111                 :            :    * @param parent Reference to the parent instantiation strategy.
     112                 :            :    * @param q The quantified formula.
     113                 :            :    */
     114                 :            :   void initialize(Env& env, InstStrategyMbqi& parent, const Node& q);
     115                 :            :   /** Get indices of variables to instantiate */
     116                 :            :   std::vector<size_t> getInstIndices();
     117                 :            :   /** Get indices of variables not to instantiate */
     118                 :            :   std::vector<size_t> getNoInstIndices();
     119                 :            :   /** Get variable info for the index^th variable of the quantified formula */
     120                 :            :   MVarInfo& getVarInfo(size_t index);
     121                 :            : 
     122                 :            :  private:
     123                 :            :   /** The quantified formula */
     124                 :            :   Node d_quant;
     125                 :            :   /** A list of variable informations for each of the variables of q */
     126                 :            :   std::vector<MVarInfo> d_vinfo;
     127                 :            :   /** The indices of variables we are enumerating */
     128                 :            :   std::vector<size_t> d_indices;
     129                 :            :   /** The indices of variables we are not enumerating */
     130                 :            :   std::vector<size_t> d_nindices;
     131                 :            : };
     132                 :            : 
     133                 :            : /**
     134                 :            :  * MbqiEnum, which postprocesses an instantiation from MBQI based on
     135                 :            :  * sygus enumeration.
     136                 :            :  */
     137                 :            : class MbqiEnum : protected EnvObj
     138                 :            : {
     139                 :            :  public:
     140                 :            :   MbqiEnum(Env& env, InstStrategyMbqi& parent);
     141                 :       2196 :   ~MbqiEnum() {}
     142                 :            : 
     143                 :            :   /**
     144                 :            :    * Updates mvs to the desired instantiation of q. Returns true if successful.
     145                 :            :    *
     146                 :            :    * In detail, this method maintains the invariant that
     147                 :            :    *   query[ mvs / vars ] is satisfiable.
     148                 :            :    * This is initially guaranteed since mvs is a model for vars in query
     149                 :            :    * due to MBQI. This method iterates over the variables vars[i] and replaces
     150                 :            :    * mvs[i] with the first term in the SyGuS enumeration such that the updated
     151                 :            :    * mvs still satisfies the query. Checking whether the invariant holds is
     152                 :            :    * confirmed via a subsolver call for each replacement.
     153                 :            :    *
     154                 :            :    * @param q The quantified formula to instantiate.
     155                 :            :    * @param query The query that was made to a subsolver for MBQI.
     156                 :            :    * @param vars The input variables that were used in the query, which
     157                 :            :    * correspond 1-to-1 with the variables of the quantified formula.
     158                 :            :    * @param mvs The model values of vars found in the subsolver for MBQI.
     159                 :            :    * @param mvFreshVar Maps model values to variables, for the purposes
     160                 :            :    * of representing term models for uninterpreted sorts.
     161                 :            :    * @param auxLemmas Other lemmas to add.
     162                 :            :    * @return true if we successfully modified the instantiation.
     163                 :            :    */
     164                 :            :   bool constructInstantiation(
     165                 :            :       const Node& q,
     166                 :            :       const Node& query,
     167                 :            :       const std::vector<Node>& vars,
     168                 :            :       std::vector<Node>& mvs,
     169                 :            :       const std::map<Node, Node>& mvFreshVar,
     170                 :            :       std::vector<std::pair<Node, InferenceId>>& auxLemmas);
     171                 :            : 
     172                 :            :  private:
     173                 :            :   /**
     174                 :            :    * @return The information for quantified formula q.
     175                 :            :    */
     176                 :            :   MQuantInfo& getOrMkQuantInfo(const Node& q);
     177                 :            :   /** Map from quantified formulas to information above */
     178                 :            :   std::map<Node, MQuantInfo> d_qinfo;
     179                 :            :   /** Reference to the parent instantiation strategy */
     180                 :            :   InstStrategyMbqi& d_parent;
     181                 :            :   /** The options for subsolver calls */
     182                 :            :   Options d_subOptions;
     183                 :            : };
     184                 :            : 
     185                 :            : }  // namespace quantifiers
     186                 :            : }  // namespace theory
     187                 :            : }  // namespace cvc5::internal
     188                 :            : 
     189                 :            : #endif /* CVC5__THEORY__QUANTIFIERS__MBQI_ENUM_H */