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[diderot] Diff of /branches/ein16/src/compiler/high-il/normalize-ein.sml
 [diderot] / branches / ein16 / src / compiler / high-il / normalize-ein.sml

# Diff of /branches/ein16/src/compiler/high-il/normalize-ein.sml

revision 2510, Thu Nov 14 20:33:18 2013 UTC revision 2856, Thu Jan 15 01:42:24 2015 UTC
# Line 4  Line 4
4      local      local
5
6      structure E = Ein      structure E = Ein
7  (*    structure P=Printer      structure P=Printer
8      structure O =OrderEin*)      structure F=Filter
9      in      structure G=EpsHelpers

(*Flattens Add constructor: change, expression *)
|flatten(i,((E.Const c):: l'))=
if (c>0.0 orelse c<0.0) then let
val(b,a)=flatten(i,l') in (b,[E.Const c]@a) end
else flatten(1,l')
| flatten(i,[])=(i,[])
| flatten (i,e::l') =  let
val(b,a)=flatten(i,l') in (b,[e]@a) end

val (b,a)=flatten(0,e)
in case a
of [] => (1,E.Const(1.0))
| [e] => (1,e)
(* end case *)
end

10
fun mkProd [e]=(1,e)
| mkProd(e)=let
fun flatten(i,((E.Prod l)::l'))= flatten(1,l@l')
|flatten(i,((E.Const c)::l'))=
if(c>0.0 orelse  0.0>c) then (3,[E.Const 0.0])
else flatten(i,l')
| flatten(i,[])=(i,[])
| flatten (i,e::l') =  let val(a,b)=flatten(i,l') in (a,[e]@b) end
val (change,a)=flatten(0,e)
in if(change=3) then (1,E.Const(0.0))
else case a
of [] => (1,E.Const(0.0))
| [e] => (1,e)
| es => (change, E.Prod es)
(* end case *)
end

(* filter function shifts constant/greeks to outside product*)
fun filter([],pre,dels,post)=(pre,dels,post)
| filter(E.Const c::es, pre, dels,post)=filter(es, pre@[E.Const c],dels,post)
| filter(E.Delta d::es,pre,dels,post)=filter(es,pre,dels@[E.Delta d],post)
| filter(E.Value v::es, pre, dels,post)=filter(es, pre@[E.Value v],dels,post)
| filter(E.Epsilon e::es, pre,dels, post)=filter(es, pre@[E.Epsilon e],dels,post)
| filter(E.Tensor(id,[])::es, pre, dels,post)=filter(es, pre@[E.Tensor(id,[])],dels,post)
| filter(E.Prod p::es, pre,dels, post)=filter(p@es,pre,dels,post)
| filter(e::es, pre,dels, post)= filter(es, pre, dels,post@[e])

fun prodPartial ([e1],p1)= E.Prod[E.Partial p1,e1]
| prodPartial((e1::e2),p1)=let
val l= prodPartial(e2,p1)
val (_,e2')= mkProd[e1,l]
val (_,e1')=mkProd(e2@ [E.Partial p1, e1])
11      in      in
end
12
13  fun prodAppPartial ([e1],p1)= E.Apply(E.Partial p1,e1)      fun err str=raise Fail (String.concat["Ill-formed EIN Operator",str])
14    | prodAppPartial((e1::e2),p1)=let      val testing=0
15        fun flatProd e =F.rewriteProd e
16        fun mkProd e= F.mkProd e
17        fun filterSca e=F.filterSca e
18        fun filterField e=F.filterField e
20        fun filterGreek e=F.filterGreek e
21        fun testp n=(case testing
22            of 0=> 1
23            | _ =>(print(String.concat n);1)
24            (*end case*))
25
26        (*prodAppPartia:ein_exp list * mu list ->ein_exp
27        * chain rule
28        *)
29        fun prodAppPartial(es,p1)=(case es
30            of []      => err "Empty App Partial"
31            | [e1]     => E.Apply(E.Partial p1,e1)
32            | (e1::e2) => let
33      val l= prodAppPartial(e2,p1)      val l= prodAppPartial(e2,p1)
34      val (_,e2')= mkProd[e1,l]      val (_,e2')= mkProd[e1,l]
35      val (_,e1')=mkProd(e2@ [E.Apply(E.Partial p1, e1)])      val (_,e1')=mkProd(e2@ [E.Apply(E.Partial p1, e1)])
36      in      in
38      end      end

(*remove eps Index*)
fun rmEpsIndex(i,[],rest)=rest
| rmEpsIndex(i, (E.V c ,lb, ub)::es,rest)=
if (i=c) then rest@es
else rmEpsIndex(i, es, rest@[(E.V c, lb, ub)])

(*remove index variable from list*)
fun rmIndex(_,_,[])=[]
| rmIndex([],[],cs)=cs
| rmIndex([],m ,e1::cs)=[e1]@rmIndex(m,[],cs)
| rmIndex(i::ix,rest ,(c,lb,ub)::cs)=
if(i=c) then rmIndex(rest@ix,[],cs)
else rmIndex(ix,rest@[i],(c,lb,ub)::cs)

(* Transform eps to deltas*)
fun epsToDels(E.Sum(count,E.Prod e))= let
fun doubleEps((E.Epsilon (a,b,c))::(E.Epsilon(d,e,f))::es,eps,e3)=
let

(*Function is called when eps are being changed to deltas*)
fun createDeltas(i,s,t,u,v, e3)= let

(*remove index from original index list*)

val s'= rmEpsIndex(i,count,[])

val deltas= E.Sub(
E.Prod([E.Delta(E.V s,E.V u), E.Delta(E.V t,E.V v)] @e3),
E.Prod([E.Delta(E.V s,E.V v), E.Delta(E.V t,E.V u)]@e3))

in (case (eps,es,s')
of ([],[],[]) =>(1,deltas)
|([],_,[]) =>(1,E.Prod( es@[deltas]))
|([],[],_)=>(1,E.Sum(s',deltas))
|([],_,_)=>(1,E.Sum(s',E.Prod(es@[deltas])))
|(_,_,[])=>(1,E.Prod(eps@es@[deltas]))
|_ =>(1, E.Sum(s', E.Prod(eps@es@[deltas])))
)
end

in if(a=d) then createDeltas(a,b,c,e,f, e3)
else if(a=e) then createDeltas(a,b,c,f,d, e3)
else if(a=f) then createDeltas(a,b,c,d,e, e3)
else if(b=d) then createDeltas(b,c,a,e,f, e3)
else if(b=e) then createDeltas(b,c,a,f,d,e3)
else if(b=f) then createDeltas(b,c,a,d,e,e3)
else if(c=d) then createDeltas(c,a,b,e,f,e3)
else if(c=e) then createDeltas(c,a,b,f,d,e3)
else if(c=f) then createDeltas(c,a,b,d,e,e3)
else (0,E.Const 0.0)
end
fun findeps(e,[])= (e,[])
| findeps(e,(E.Epsilon eps)::es)=  findeps(e@[E.Epsilon eps],es)
| findeps(e,es)= (e, es)

fun dist([],eps,rest)=(0,eps,rest)
| dist([e],eps,rest)=(0,eps@[e],rest)
| dist(c1::current,eps,rest)=let
val(i, exp)= doubleEps(c1::current,eps,rest)
in  (case i of 1=>(i,[exp],[E.Const 2.0])
|_=> dist(current, eps@[c1],rest))
end

val (es,rest)=findeps([],e)
in
dist(es,[],rest)
end

(*Another strategy. Go through entire expression inside summation and jsut examine index to apply deltas*)

(* Apply deltas to tensors/fields*)
fun reduceDelta(E.Sum(c,E.Prod p))=let

fun findDeltas(dels,rest,E.Delta d::es)= findDeltas(dels@[E.Delta d], rest, es)
| findDeltas(dels,rest,E.Epsilon eps::es)=findDeltas(dels,rest@[E.Epsilon eps],es)
| findDeltas(dels,rest,es)=  (dels,rest,es)

fun distribute(change,d,dels,[],done)=(change,dels@d,done)
| distribute(change,[],[],e,done)=(change,[],done@e)
| distribute(change,E.Delta(i,j)::ds,dels,E.Tensor(id,[tx])::es,done)=
if(j=tx) then distribute(change@[j],dels@ds,[] ,es ,done@[E.Tensor(id,[i])])
else distribute(change,ds,dels@[E.Delta(i,j)],E.Tensor(id,[tx])::es,done)
| distribute(change,E.Delta(i,j)::ds,dels,E.Field(id,[tx])::es,done)=
if(j=tx) then distribute(change@[j],dels@ds,[] ,es ,done@[E.Field(id,[i])])
else distribute(change,ds,dels@[E.Delta(i,j)],E.Field(id,[tx])::es,done)
| distribute(change,E.Delta(i,j)::ds,dels,E.Apply(E.Partial d,e)::es,done)=
let
fun distPart([],rest) =(0 ,rest)
| distPart(p::pd,rest)=
if(p=j) then (1,rest@[i]@pd)
else (distPart(pd,rest@[p]))

val (change'',p')=distPart(d,[])
val x=print "in here "
in (case change''
of 0=>distribute(change, ds,dels@[E.Delta(i,j)], [E.Apply(E.Partial d, e)]@es,done)
|_=> distribute(change@[j], dels@ds,[], es,done@[E.Apply(E.Partial p', e)])
39              (*end case*))              (*end case*))
end
40
41                  (*      (*mkSum:sum_indexid list * ein_exp->int *ein_exp
42          if(j=tx) then distribute(change@[j],dels@ds,[] ,es ,done@[E.Field(id,[i])])      *distribute summation expression
else distribute(change,ds,dels@[E.Delta(i,j)],E.Field(id,[tx])::es,done)
43               *)               *)
44        fun mkSum(c1,e1)=(case e1
45            of E.Conv _   => (0,E.Sum(c1,e1))
46            | E.Field _   => (0,E.Sum(c1,e1))
47            | E.Probe _   => (0,E.Sum(c1,e1))
48            | E.Apply _   => (0,E.Sum(c1,e1))
49            | E.Delta _   => (0,E.Sum(c1,e1))
50            | E.Epsilon _ => (0,E.Sum(c1,e1))
51            | E.Eps2 _    => (0,E.Sum(c1,e1))
52            | E.Tensor(_,[]) => (1,e1)
53            | E.Tensor _  => (0,E.Sum(c1,e1))
54            | E.Neg e2    => (1,E.Neg(E.Sum(c1,e2)))
55            | E.Sub (a,b) => (1,E.Sub(E.Sum(c1,a),E.Sum(c1,b)))
57            | E.Div (a,b) => (1,E.Div(E.Sum(c1,a),E.Sum(c1,b)))
58            | E.Lift e    => (1,E.Lift(E.Sum(c1,e)))
59            | E.Sum(c2,e2)=> (1,E.Sum(c1@c2,e2))
60            | E.Prod p    => filterSca(c1,p)
61            | E.Const 0   => (1,E.Const 0) (*expression could have been changed to 0*)
62            | E.Const _   => err("Sum of Const")
63            | E.Partial _ => err("Sum of Partial")
64            | E.Krn _     => err("Krn used before expand")
65            | E.Value _   => err("Value used before expand")
66            | E.Img _     => err("Probe used before expand")
67            (*end case*))
68
69      | distribute(change,d,dels,e::es,done)=distribute(change,dels@d,[],es,done@[e])      (* mkapply:mu list*ein_exp->int*ein_exp
70        * rewrite Apply
71      val (dels,eps,es)=findDeltas([],[],p)      *)
72      val (change,dels',done)=distribute([],dels,[],es,[])      fun mkapply(d1,e1)=(case e1
73      val index=rmIndex(change,[],c)          of E.Lift e   => (1,E.Const 0)
74            | E.Prod []   => err("Apply of empty product")
76            | E.Conv(v, alpha, h, d2)    =>let
77                val E.Partial d3=d1
78    in    in
79         (length change, E.Sum(index,E.Prod (eps@dels'@done)))                  (1,E.Conv(v,alpha,h,d2@d3))
80    end    end
81            | E.Field _   => (0,E.Apply(d1,e1))
82            | E.Probe _   => (0,E.Apply(d1,e1))
83  (*Apply Sum*)          | E.Apply(E.Partial d2,e2)  => let
84  fun mkApplySum(E.Apply(E.Partial d,E.Sum(c,e)))=(case e              val E.Partial d3=d1
85      of E.Tensor(a,[])=>(1,E.Const 0.0)              in
86      | E.Const _ =>(1,E.Const 0.0)                  (1,E.Apply(E.Partial(d3@d2),e2))
| E.Delta _ =>(1,E.Const 0.0)
| E.Value _ =>(1,E.Const 0.0)
| E.Epsilon _ =>(1,E.Const 0.0)

| E.Add l => (1,E.Add(List.map (fn e => E.Apply(E.Partial d, E.Sum(c,e))) l))
| E.Sub(e2, e3) =>(1, E.Sub(E.Apply(E.Partial d, E.Sum(c,e2)), E.Apply(E.Partial d, E.Sum(c,e3))))
| E.Conv (fid,alpha,tid, delta)=> let
val e'=E.Conv(fid,alpha, tid, delta@d)
in (1,E.Sum(c,e')) end

| E.Prod [e1]=>(1,E.Apply(E.Partial d,E.Sum(c,e1)))
| E.Prod es'=> let
val y=print "in apply sum"
val (change,m)=reduceDelta(E.Sum(c,e))
val t=print(Int.toString(change))
val (sumc,es)=(case (change,m) of (0,_)=>(c,es')
| (_,E.Sum( c', E.Prod p)) =>(c',p)
(*end case*))
val (pre', dels,post)= filter(es,[],[],[])
val pre=pre'@dels
val x1= prodAppPartial(post,d)
in  (case x1
| _ => (1,E.Sum(sumc, E.Prod(pre@[x1])))
(*end case*))
end
|_=>(0,E.Apply(E.Partial d,E.Sum(c,e)))
(* end case*))

(*Apply*)
fun mkApply(E.Apply(E.Partial d,e))=(case e
of E.Tensor(a,[])=>(1,E.Const 0.0)
| E.Const _ =>(1,E.Const 0.0)
| E.Delta _ =>(1,E.Const 0.0)
| E.Value _ =>(1,E.Const 0.0)
| E.Epsilon _ =>(1,E.Const 0.0)
| E.Conv (fid,alpha,tid, delta)=> (1, E.Conv(fid,alpha, tid, delta@d))
| E.Add l => (1,E.Add(List.map (fn e => E.Apply(E.Partial d, e)) l))
| E.Sub(e2, e3) =>(1, E.Sub(E.Apply(E.Partial d, e2), E.Apply(E.Partial d, e3)))
| E.Div(e2, e3) =>(1, E.Div(E.Apply(E.Partial d, e2),  e3))(********FIXX******)
| E.Apply(E.Partial d2,e2)=>(1,E.Apply(E.Partial(d@d2), e2))
| E.Prod [e1]=>(1,E.Apply(E.Partial d,e1))
| E.Prod es=> let
val (pre,dels, post)= filter(es,[],[],[])
val (_,x)=mkProd(pre@[prodAppPartial(post,d)])
in (1,x) end
|_=>(0,E.Apply(E.Partial d,e))
(* end case*))

(*Sum Apply*)

fun matchEps(2,_,_,_)= 1 (*matched 2*)
| matchEps(num,_,_,[])=0
| matchEps(0,_,_,[eps])=0
| matchEps(num,[],rest,eps::epsx)=
matchEps(num,rest,[],epsx)
| matchEps(num,E.V p::px,rest,eps::epsx)=
if(p=eps) then (matchEps(num+1,rest@px,[],epsx))
else matchEps(num,px,rest@[E.V p], eps::epsx)
| matchEps(num,p::px,rest,eps)=
matchEps(num,px,rest,eps)

(*need to add filter here *)
fun mkSumApply(E.Sum(c,E.Apply(E.Partial d,e)))=(case e
of E.Const _=>(1,E.Const 0.0)
| E.Tensor(_,[])=> (1,E.Const 0.0)
| E.Delta _ =>(1,E.Const 0.0)
| E.Value _ =>(1,E.Const 0.0)
| E.Epsilon _ =>(1,E.Const 0.0)
| E.Conv (fid,alpha,tid, delta)=> (1,E.Sum(c,E.Conv(fid,alpha, tid, delta@d)))
| E.Apply(E.Partial d1,e2)=>(1,E.Sum(c,E.Apply(E.Partial(d@d1),e2)))
| E.Add l => (1,E.Add(List.map (fn e => E.Sum(c,E.Apply(E.Partial d, e))) l))
| E.Sub(e1, e2) => (1, E.Sub(E.Sum(c,E.Apply(E.Partial d, e1)), E.Sum(c,E.Apply(E.Partial d, e2))))

| E.Prod [e1]=>(1,E.Sum(c,E.Apply(E.Partial d,e1)))

| E.Prod(E.Tensor(a,[])::e2)=>(1, E.Prod[E.Tensor(a,[]),E.Sum(c,E.Apply(E.Partial d,E.Prod e2))])

| E.Prod es =>(let
fun prod (change,rest, sum,partial,[]) = (change,E.Sum(sum,E.Apply(E.Partial partial,E.Prod rest)))
| prod (change,rest, sum,partial,E.Epsilon(i,j,k)::ps)= let
val change'= matchEps(0,d,[],[i,j,k])
in (case change'
of 1 => (1,E.Const 0.0)
| _ =>prod(change,rest@[E.Epsilon(i,j,k)],sum,partial,ps)
(*end case*))
87              end              end
88          | prod (change,rest, sum,partial,E.Delta(i,j)::ps)=let          | E.Apply _   => err" Apply of non-Partial expression"
89              fun applyDelPartial([],_)=(0,[])          | E.Sum(c2,e2)=> (1,E.Sum(c2,E.Apply(d1,e2)))
90              | applyDelPartial(p::px,r)=          | E.Neg e2    => (1,E.Neg(E.Apply(d1,e2)))
91                  if(j=p) then (1,r@[i]@px)          | E.Add e     => (1,E.Add (List.map (fn(a)=>E.Apply(d1,a)) e))
92                  else  applyDelPartial(px,r@[p])          | E.Sub (a,b) => (1,E.Sub(E.Apply(d1,a),E.Apply(d1,b)))
93            | E.Div (g,b) => (case filterField[b]
94              val (change',px)=applyDelPartial(d,[])              of (_,[]) => (1,E.Div(E.Apply(d1,g),b)) (*Division by a real*)
95                | (pre,h) => let
96              in (case change'                  (*quotient rule*)
97                  of 1 => (let val index=rmIndex([j],[],sum)                  val g'=E.Apply(d1,g)
98                      in prod(1,rest, index,px, ps) end )                  val h'=E.Apply(d1,flatProd(h))
99                  | _ => prod(change,rest@[E.Delta(i,j)], sum,partial, ps)                  val num=E.Sub(E.Prod([g']@h),E.Prod[g,h'])
100                  (*end case*)) end                  val denom=E.Prod(pre@h@h)
101                    in (1,E.Div(num,denom))
102          | prod (change,rest,sum, partial,e::es)= prod(change,rest@[e],sum,partial,es)                  end
103                (*end case*))
104          in  prod(0,[],c, d, es)          | E.Prod p =>let
105                val (pre, post)= filterField p
106                val E.Partial d3=d1
107          end)              in mkProd(pre@[prodAppPartial(post,d3)])
108          | _=>(0,E.Sum(c,E.Apply(E.Partial d,e)))              end
109            | E.Const _   => (1,E.Const 0)(*err("Const without Lift")*)
110            | E.Tensor _  => err("Tensor without Lift")
111            | E.Delta _   => err("Apply of Delta")
112            | E.Epsilon _ => err("Apply of Eps")
113            | E.Eps2 _ => err("Apply of Eps")
114            | E.Partial _ => err("Apply of Partial")
115            | E.Krn _     => err("Krn used before expand")
116            | E.Value _   => err("Value used before expand")
117            | E.Img _     => err("Probe used before expand")
118          (* end case*))          (* end case*))
119
120        (*mkprobe:ein_exp* ein_exp-> int ein_exp
121  (*Apply normalize to each term in product list      *rewritten probe
122  or Apply normalize to tail of each list*)      *)
123  fun normalize (Ein.EIN{params, index, body}) = let      fun mkprobe(e1,x)=(case e1
124            of E.Lift e   => (1,e)
125            | E.Prod []   => err("Probe of empty product")
126            | E.Prod p    => (1,E.Prod (List.map (fn(a)=>E.Probe(a,x)) p))
127            | E.Apply _   => (0,E.Probe(e1,x))
128            | E.Conv _    => (0,E.Probe(e1,x))
129            | E.Field _   => (0,E.Probe(e1,x))
130            | E.Sum(c,e') => (1,E.Sum(c,E.Probe(e',x)))
132            | E.Sub (a,b) => (1,E.Sub(E.Probe(a,x),E.Probe(b,x)))
133            | E.Neg e'    => (1,E.Neg(E.Probe(e',x)))
134            | E.Div (a,b) => (1,E.Div(E.Probe(a,x),E.Probe(b,x)))
135            | E.Const _   => (1,e1)(*err("Const without Lift")*)
136            | E.Tensor _  => err("Tensor without Lift")
137            | E.Delta _   => (0,e1)
138            | E.Epsilon _ => (0,e1)
139            | E.Eps2 _    => (0,e1)
140            | E.Partial _ => err("Probe Partial")
141            | E.Probe _   => err("Probe of a Probe")
142            | E.Krn _     => err("Krn used before expand")
143            | E.Value _   => err("Value used before expand")
144            | E.Img _     => err("Probe used before expand")
145        (*end case*))
146
147        (* normalize: EIN->EIN
148        * rewrite body of EIN
149        * note "c" keeps track if ein_exp is changed
150        *)
151        fun normalize (ee as Ein.EIN{params, index, body}) = let
152        val changed = ref false        val changed = ref false

153        fun rewriteBody body = (case body        fun rewriteBody body = (case body
154               of E.Const _=> body               of E.Const _=> body
155                | E.Tensor _ =>body                | E.Tensor _ =>body
156                | E.Field _=> body                | E.Field _=> body
157                | E.Delta _ => body                | E.Delta _ => body
| E.Value _ =>body
158                | E.Epsilon _=>body                | E.Epsilon _=>body
159            | E.Eps2 _      => body
160                | E.Conv _=>body                | E.Conv _=>body
161            | E.Partial _   => body
162            | E.Krn _       => raise Fail"Krn before Expand"
163            | E.Img _       => raise Fail"Img before Expand"
164            | E.Value _     => raise Fail"Value before Expand"
165                (*************Algebraic Rewrites **************)
166            | E.Neg(E.Neg e)    => rewriteBody e
167                | E.Neg e => E.Neg(rewriteBody e)                | E.Neg e => E.Neg(rewriteBody e)
168                | E.Add es => let val (change,body')= mkAdd(List.map rewriteBody es)          | E.Lift e          => E.Lift(rewriteBody e)
169            | E.Add es          => let
170                val (change,body')= mkAdd(List.map rewriteBody es)
171                     in if (change=1) then ( changed:=true;body') else body' end                     in if (change=1) then ( changed:=true;body') else body' end
172                | E.Sub(a, E.Field f)=> (changed:=true;E.Add[a, E.Neg(E.Field(f))])                | E.Sub(a, E.Field f)=> (changed:=true;E.Add[a, E.Neg(E.Field(f))])
174            | E.Sub(E.Sub(a,b),e2)          => rewriteBody (E.Sub(a,E.Add[b,e2]))
176                | E.Sub (a,b)=>  E.Sub(rewriteBody a, rewriteBody b)                | E.Sub (a,b)=>  E.Sub(rewriteBody a, rewriteBody b)
177                | E.Div (a, b) => E.Div(rewriteBody a, rewriteBody b)          | E.Div(e1 as E.Tensor(_,[_]),e2 as E.Tensor(_,[]))=>
178                | E.Partial _=>body                  rewriteBody (E.Prod[E.Div(E.Const 1, e2),e1])
| E.Krn(tid,deltas,pos)=> E.Krn(tid,deltas, (rewriteBody pos))
| E.Img(fid,alpha,pos)=> E.Img(fid,alpha, (List.map rewriteBody pos))

179
180            | E.Div(E.Div(a,b),E.Div(c,d))  => rewriteBody(E.Div(E.Prod[a,d],E.Prod[b,c]))
181            | E.Div(E.Div(a,b),c)           => rewriteBody (E.Div(a, E.Prod[b,c]))
182            | E.Div(a,E.Div(b,c))           => rewriteBody (E.Div(E.Prod[a,c],b))
183            | E.Div (a, b)                  => (E.Div(rewriteBody a, rewriteBody b))
184                (**************Apply, Sum, Probe**************)
185            | E.Apply(E.Partial [],e)   => e
186            | E.Apply(E.Partial d1, e1) =>
187                let
188                val e2 = rewriteBody e1
189                val (c,e3)=mkapply(E.Partial d1,e2)
190                in
191                    (case c of 1=>(changed:=true;e3)| _ =>e3 (*end case*))
192                end
193            | E.Apply _                 => raise Fail" Not well-formed Apply expression"
194            | E.Sum([],e)               => (changed:=true;rewriteBody e)
195            | E.Sum(c,e)                => let
196                val (c,e')=mkSum(c,rewriteBody e)
197                in
198                    (case c of 0 => e'|_ => (changed:=true;e'))
199                end
200            | E.Probe(u,v)              =>
201                let
202                val (c',b')=mkprobe(rewriteBody u,rewriteBody v)
203                in (case c'
204                    of 1=> (changed:=true;b')
205                    |_=> b'
206                    (*end case*))
207                end
208                  (*************Product**************)                  (*************Product**************)
209            | E.Prod [] => raise Fail"missing elements in product"
210                | E.Prod [e1] => rewriteBody e1                | E.Prod [e1] => rewriteBody e1
| E.Prod((E.Div(e2,e3))::e4)=>
(changed :=true; E.Div(E.Prod([e2]@e4), e3 ))
212                     (changed := true; E.Add(List.map (fn e=> E.Prod([e]@e3)) e2))                     (changed := true; E.Add(List.map (fn e=> E.Prod([e]@e3)) e2))
(changed := true; E.Add(List.map (fn e=> E.Prod([e1,e]@e3)) e2))
213                | E.Prod((E.Sub(e2,e3))::e4)=>                | E.Prod((E.Sub(e2,e3))::e4)=>
214                  (changed :=true; E.Sub(E.Prod([e2]@e4), E.Prod([e3]@e4 )))                  (changed :=true; E.Sub(E.Prod([e2]@e4), E.Prod([e3]@e4 )))
215            | E.Prod((E.Div(e2,e3))::e4)=> (changed :=true; E.Div(E.Prod([e2]@e4), e3 ))
217                (changed := true; E.Add(List.map (fn e=> E.Prod([e1,e]@e3)) e2))
218                | E.Prod(e1::E.Sub(e2,e3)::e4)=>                | E.Prod(e1::E.Sub(e2,e3)::e4)=>
219                  (changed :=true; E.Sub(E.Prod([e1,e2]@e4), E.Prod([e1,e3]@e4 )))                  (changed :=true; E.Sub(E.Prod([e1,e2]@e4), E.Prod([e1,e3]@e4 )))

| E.Prod [E.Partial r1,E.Partial r2]=>
(changed:=true;E.Partial(r1@r2))
| E.Prod(E.Partial r1::E.Partial r2::p)=>
(changed:=true;E.Prod([E.Partial(r1@r2)]@p))

220                  (*************Product EPS **************)                  (*************Product EPS **************)
221
(* Apply (d, e) shoudl be convereted to Conv operator *)
222                | E.Prod(E.Epsilon(i,j,k)::E.Apply(E.Partial d,e)::es)=>let                | E.Prod(E.Epsilon(i,j,k)::E.Apply(E.Partial d,e)::es)=>let
223                   val change= matchEps(0,d,[],[i,j,k])              val change= G.matchEps(0,d,[],[i,j,k])
224                   in case (change,es)                   in case (change,es)
225                  of (1,_) =>(changed:=true; E.Const 0.0)                  of (1,_) =>(changed:=true; E.Const 0)
226                      | (_,[]) =>E.Prod[E.Epsilon(i,j,k),rewriteBody (E.Apply(E.Partial d,e))]                      | (_,[]) =>E.Prod[E.Epsilon(i,j,k),rewriteBody (E.Apply(E.Partial d,e))]
227                      |(_,_)=> let                      |(_,_)=> let
228                          val a=rewriteBody(E.Prod([E.Apply(E.Partial d,e)]@ es))                          val a=rewriteBody(E.Prod([E.Apply(E.Partial d,e)]@ es))
229                          val (_,b)=mkProd [E.Epsilon(i,j,k),a]                          val (_,b)=mkProd [E.Epsilon(i,j,k),a]
230                          in b end                          in b end
231                  end                  end
232    (*
233            | E.Prod(E.Epsilon(i,j,k)::E.Conv(V1,[a1], h1, d1)::E.Conv(V,alpha, h, d)::es)=>let
234                val change= G.matchEps(0,alpha@d,[],[i,j,k])
235                in case (change,es)
236                    of (1,_) =>(changed:=true; E.Lift(E.Const 0))
237                    | (_,[]) =>E.Prod[E.Epsilon(i,j,k),E.Conv(V1,[a1], h1, d1),E.Conv(V,alpha, h, d)]
238                    | (_,_) =>let
239                        val a=rewriteBody(E.Prod([E.Conv(V1,[a1], h1, d1),E.Conv(V,alpha, h, d)]@ es))
240                        val (_,b) = mkProd [E.Epsilon(i,j,k),a]
241                        in b end
242                end
243    *)
244                | E.Prod(E.Epsilon(i,j,k)::E.Conv(V,alpha, h, d)::es)=>let                | E.Prod(E.Epsilon(i,j,k)::E.Conv(V,alpha, h, d)::es)=>let
245                  val change= matchEps(0,d,[],[i,j,k])              val change= G.matchEps(0,d,[],[i,j,k])
246                  in case (change,es)                  in case (change,es)
247                      of (1,_) =>(changed:=true; E.Const 0.0)                  of (1,_) =>(changed:=true; E.Lift(E.Const 0))
248                      | (_,[]) =>E.Prod[E.Epsilon(i,j,k),E.Conv(V,alpha, h, d)]                      | (_,[]) =>E.Prod[E.Epsilon(i,j,k),E.Conv(V,alpha, h, d)]
249                      | (_,_) =>let                      | (_,_) =>let
250                          val a=rewriteBody(E.Prod([E.Conv(V,alpha, h, d)]@ es))                          val a=rewriteBody(E.Prod([E.Conv(V,alpha, h, d)]@ es))
251                          val (_,b) = mkProd [E.Epsilon(i,j,k),a]                          val (_,b) = mkProd [E.Epsilon(i,j,k),a]
252                          in b end                          in b end
253                  end                  end

254                | E.Prod[(E.Epsilon(e1,e2,e3)), E.Tensor(_,[E.V i1,E.V i2])]=>                | E.Prod[(E.Epsilon(e1,e2,e3)), E.Tensor(_,[E.V i1,E.V i2])]=>
255                      if(e2=i1 andalso e3=i2) then (changed :=true;E.Const(0.0))              if(e2=i1 andalso e3=i2)
256                then (changed :=true;E.Const(0))
257                      else body                      else body
258    (*
259                | E.Prod(E.Sum(c1,E.Prod(E.Epsilon e1::es1))::E.Sum(c2,E.Prod(E.Epsilon e2::es2))::es)=>let          | E.Prod(E.Epsilon e1::E.Sum(c1,E.Prod(E.Sum(c2,E.Prod(E.Epsilon e2::es3))::es2))::es1) =>
260                    val (change,e,rest)=epsToDels(E.Sum(c1@c2, E.Prod([E.Epsilon e1, E.Epsilon e2]@es1@es2@es)))              (case G.epsToDels([E.Epsilon e1, E.Epsilon e2]@es3@es2@es1)
261                  in (case (change,e, rest)              of (1,e,sx,_,_)=> (changed:=true; E.Sum(c1@c2@sx,e))
262                      of (1,[e1],_)=> (changed:=true;e1)              | (_,_,_,_,_)=>let
263                      | _=>let                      val eA=rewriteBody(E.Epsilon e1)
264                          val e1=rewriteBody(E.Sum(c1,E.Prod(E.Epsilon e1::es1)))                      val eB=rewriteBody(E.Prod(E.Sum(c1,E.Prod(E.Sum(c2,E.Prod(E.Epsilon e2::es3))::es2))::es1))
265                          val es'=rewriteBody(E.Prod(E.Sum(c2,E.Prod(E.Epsilon e2::es2))::es))                      val (_,e)=mkProd([eA,eB])
266                          val (_,e)=(case es' of E.Prod p=>mkProd([e1]@p)                  in
267                              |_=> mkProd([e1]@e)                      e
(*end case*))
in e
end
(*end case*))
end
(*************Product **************)
| E.Prod[e1,e2]=> let val (_,b)=mkProd[rewriteBody e1, rewriteBody e2] in b end
| E.Prod(e::es)=>let
val e'=rewriteBody e
val e2=rewriteBody(E.Prod es)
val(_,b)=(case e2
of E.Prod p'=> mkProd([e']@p')
|_=>mkProd [e',e2])
in b
end

(**************Apply**************)

(* Apply, Sum*)
| E.Apply(E.Partial d,E.Sum e)=>let
val s'=rewriteBody(E.Sum  e)
val (c, e')=(case s'
of E.Sum e1=> mkApplySum(E.Apply(E.Partial d,s'))
| _=>(0, E.Apply(E.Partial d, s'))
(*end case*))
in (case c
of 1=>(changed:=true;e')
|_=> e'
(*end case*))
268                      end                      end
269                | E.Apply(E.Partial [],e)=> e              (*end case*))*)
270                | E.Apply(E.Partial p,E.Probe(E.Conv(fid,alpha,tid,d),x))=>          | E.Prod(E.Epsilon eps1::ps)=> (case (G.epsToDels(E.Epsilon eps1::ps))
271                  (changed:=true;E.Probe(E.Conv(fid,alpha,tid,d@p),x))              of (1,e,[],_,_)      =>(changed:=true;e)(* Changed to Deltas *)
272                | E.Apply(E.Partial p,E.Conv(fid,alpha,tid,d))=>              | (1,e,sx,_,_)      =>(changed:=true;E.Sum(sx,e))
273                  (changed:=true;E.Conv(fid,alpha,tid,d@p))                      (* Changed to Deltas *)
274                | E.Apply(E.Partial p, e)=>let              | (_,_,_,_,[])   =>  body
275                      val body'=E.Apply(E.Partial p, rewriteBody e)              | (_,_,_,epsAll,rest) => let
val (c, e')=mkApply(body')
in (case c
of 1=>(changed:=true;e')
| _ =>e') end
| E.Apply(e1,e2)=>E.Apply(rewriteBody e1, rewriteBody e2)

(************** Sum *****************)
| E.Sum([],e)=> (changed:=true;rewriteBody e)
| E.Sum(_,E.Const c)=>(changed:=true;E.Const c)
| E.Sum(c,E.Sub(e1,e2))=>(changed:=true; E.Sub(E.Sum(c,e1),E.Sum(c,e2)))
| E.Sum(c,E.Div(e1,e2))=>(changed:=true; E.Div(E.Sum(c,e1),E.Sum(c,e2)))
| E.Sum(c, E.Prod(E.Const e::es))=>(changed:=true;E.Prod[E.Const e,E.Sum(c, E.Prod es)])

| E.Sum(c, E.Prod(E.Value v::es))=>(changed:=true; E.Prod [E.Value v, E.Sum(c, E.Prod es)])
| E.Sum(c, E.Prod(E.Tensor(id,[])::es))=> (changed:=true;E.Prod [E.Tensor(id,[]), E.Sum(c, E.Prod es)])
| E.Sum(c,E.Prod(E.Epsilon eps1::E.Epsilon eps2::ps))=>
let val (i,e,rest)=epsToDels(body)
in (case (i, e,rest)
of (1,[e1],r) =>(changed:=true;e1)
|(0,eps,[])=>body
|(0,eps,rest)=> let
276                          val p'=rewriteBody(E.Prod rest)                          val p'=rewriteBody(E.Prod rest)
277                          val p''= (case p' of E.Prod p=>p |e=>[e])                  val(_,b)= mkProd(epsAll@[p'])
278                          val(_,b)= mkProd (eps@p'')                  in b end
in E.Sum(c,b) end
|_=>body
279                      (*end case*))                      (*end case*))
280            | E.Prod(E.Sum(c1,E.Prod(E.Epsilon e1::es1))::E.Sum(c2,E.Prod(E.Epsilon e2::es2))::es) =>
281                (case G.epsToDels([E.Epsilon e1, E.Epsilon e2]@es1@es2@es)
282                    of (1,e,sx,_,_)=> (changed:=true; E.Sum(c1@c2@sx,e))
283                    | (_,_,_,_,_)=>let
284                        val eA=rewriteBody(E.Sum(c1,E.Prod(E.Epsilon e1::es1)))
285                    val eB=rewriteBody(E.Prod(E.Sum(c2,E.Prod(E.Epsilon e2::es2))::es))
286                    val (_,e)=mkProd([eA,eB])
287                    in
288                        e
289                     end                     end

| E.Sum(c1,E.Prod(E.Epsilon eps1::E.Sum(c2,E.Prod(E.Epsilon eps2::s2))::ps))=>let
val (i, e, rest)=epsToDels(E.Sum(c1@c2, E.Prod([E.Epsilon eps1, E.Epsilon eps2]@ s2@ps)))
in (case (i,e,rest)
of (1,[e1],_) =>(changed:=true; e1)
|_ => E.Sum(c1,rewriteBody(E.Prod(E.Epsilon eps1::E.Sum(c2,E.Prod(E.Epsilon eps2::s2))::ps)))
290                      (* end case*))                      (* end case*))
291                    end          | E.Prod[E.Delta d, E.Neg e]=> (changed:=true;E.Neg(E.Prod[E.Delta d, e]))
292            | E.Prod(E.Delta d::es)=>let
293                | E.Sum(c,E.Prod(E.Delta d::es))=>let              val (pre',eps, dels,post)= filterGreek(E.Delta d::es)
294                      val (change,a)=reduceDelta(body)               val _= testp["\n\n Reduce delta--",P.printbody(body)]
295                val (change,a)=G.reduceDelta(eps, dels, post)
296                  val _= testp["\n\n ---delta moved--",P.printbody(a)]
297                      in (case (change,a)                      in (case (change,a)
298                  of (0, _)=> E.Sum(c,rewriteBody(E.Prod([E.Delta d]@es)))                  of (0, _)=> E.Prod [E.Delta d,rewriteBody(E.Prod es)]
299                          | (_, E.Prod p)=>let                          | (_, E.Prod p)=>let
300                              val (_, p') = mkProd p                              val (_, p') = mkProd p
301                              in (changed:=true;p') end                              in (changed:=true;p') end
302                          | _ => (changed:=true;a )                          | _ => (changed:=true;a )
303                          (*end case*))                          (*end case*))
304                      end                      end
305          | E.Prod[e1,e2]=> let
306                val (_,b)=mkProd[rewriteBody e1, rewriteBody e2]
307                | E.Sum(c,E.Apply(E.Partial p,e))=>let              in b end
308                      val (change,exp)=mkSumApply(body)        | E.Prod(e::es)=>let
309                      val exp'=(case change              val e'=rewriteBody e
310                          of 1=> (changed:=true;exp)              val e2=rewriteBody(E.Prod es)
311                          | _ => E.Sum(c,rewriteBody(E.Apply(E.Partial p,e))))              val(_,b)=(case e2
312                      in exp' end                  of E.Prod p'=> mkProd([e']@p')
313                    |_=>mkProd [e',e2])
314                in
315                  | E.Sum(c,e)=>E.Sum(c,rewriteBody e)                      b

(*******************Probe*****************)
| E.Probe(E.Sum(c,s),x)=>(changed:=true;E.Sum(c,E.Probe(s,x)))
| E.Probe(E.Tensor t,_)=> E.Tensor t

| E.Probe(E.Neg e1,x)=>(changed:=true;E.Neg(E.Probe(e1,x)))
| E.Probe(E.Sub (a,b),x)=>
(changed:=true;E.Sub(rewriteBody(E.Probe(a,x)), rewriteBody(E.Probe(b,x))))
| E.Probe(E.Div (a,b),x) =>
(changed:=true;E.Div(rewriteBody(E.Probe(a, x)),b))
| E.Probe(E.Prod p, x)=>let
val (p',x')= (rewriteBody (E.Prod p), rewriteBody x)
fun  probeprod([],rest) =
(print "err-Did not find field/Conv"; body)
| probeprod(E.Const c::es,rest)=
(changed:=true;probeprod(es,rest@[E.Const c]))
| probeprod(E.Tensor t::es,rest)=
(changed:=true;probeprod(es,rest@[E.Tensor t]))
| probeprod(E.Krn e::es, rest)=
(changed:=true;probeprod(es, rest@[E.Krn e]))
| probeprod(E.Delta e::es, rest)=
(changed:=true;probeprod(es, rest@[E.Delta e]))
| probeprod(E.Value e::es, rest)=
(changed:=true;probeprod(es, rest@[E.Value e]))
| probeprod(E.Epsilon e::es, rest)=
(changed:=true;probeprod(es, rest@[E.Epsilon e]))
| probeprod(E.Partial e::es, rest)=
(changed:=true;probeprod(es, rest@[E.Partial e]))
| probeprod(E.Field f::es,rest)=
(changed:=true;E.Prod(rest@[E.Probe(E.Field f, x')] @es))
| probeprod(E.Conv f::es,rest)=
(changed:=true;E.Prod(rest@[E.Probe(E.Conv f, x')] @es))
| probeprod(E.Prod p::es , rest)=
(changed:=true;probeprod(p@es,rest))
| probeprod(_,[])=body
| probeprod(e1::es, rest)=let
val e'= rewriteBody(E.Prod(e1::es))
val e''= rewriteBody(E.Probe(e',x'))
in  (changed:=true;E.Prod(rest@[e'']))
end
in (case p'
of E.Prod pro=>probeprod(p,[])
|_=> E.Probe(p',x')
(*end case*))
316                  end                  end
317                  | E.Probe(u,v)=>  (E.Probe(rewriteBody u, rewriteBody v))
318              (*end case*))              (*end case*))
319
320              fun loop(body ,count) = let              fun loop(body ,count) = let
321            val _= testp["\n\n N =>",Int.toString(count),"--",P.printbody(body)]
322                  val body' = rewriteBody body                  val body' = rewriteBody body
323
324              in              in
325                if !changed                if !changed
326                  then (changed := false ;loop(body',count+1))                  then (changed := false ;loop(body',count+1))
327                  else (body',count)                  else (body',count)
328              end              end
329        val _ =testp["\n ******************* \n Start Normalize \n\n "]
330      val (b,count) = loop(body,0)      val (b,count) = loop(body,0)
331        val _ =testp["\n Out of normalize \n",P.printbody(b),
332      (*val j=(print "Final Counter:";print(Int.toString(count));print"\n")*)          "\n    Final CounterXX:",Int.toString(count),"\n\n"]
333           val xx =G.reduceDelta([],[E.Delta(E.V 2,E.V 1),E.Delta(E.V 3,E.V 0)],[E.Conv(0,[E.V 1,E.V 3],1,[E.V 0])])
334      in      in
335                  (Ein.EIN{params=params, index=index, body=b},count)                  (Ein.EIN{params=params, index=index, body=b},count)
336      end      end
337  end  end
338
339

340  end (* local *)  end (* local *)

Legend:
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