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[diderot] Diff of /branches/lamont/src/compiler/basis/basis-vars.sml
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Diff of /branches/lamont/src/compiler/basis/basis-vars.sml

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revision 169, Thu Jul 22 20:07:37 2010 UTC revision 1385, Fri Jun 24 14:26:11 2011 UTC
# Line 1  Line 1 
1  (* basis-vars.sml  (* basis-vars.sml
2   *   *
3   * COPYRIGHT (c) 2010 The Diderot Project (http://diderot.cs.uchicago.edu)   * COPYRIGHT (c) 2010 The Diderot Project (http://diderot-language.cs.uchicago.edu)
4   * All rights reserved.   * All rights reserved.
5   *   *
6   * This module defines the AST variables for the built in operators and functions.   * This module defines the AST variables for the built in operators and functions.
# Line 21  Line 21 
21    
22      (* short names for kinds *)      (* short names for kinds *)
23        val TK : unit -> Ty.meta_var = Ty.TYPE o MV.newTyVar        val TK : unit -> Ty.meta_var = Ty.TYPE o MV.newTyVar
24        fun DK () = Ty.DIFF(MV.newDiffVar 0)        fun DK () : Ty.meta_var = Ty.DIFF(MV.newDiffVar 0)
25        val SK : unit -> Ty.meta_var = Ty.SHAPE o MV.newShapeVar        val SK : unit -> Ty.meta_var = Ty.SHAPE o MV.newShapeVar
26        val NK : unit -> Ty.meta_var = Ty.DIM o MV.newDimVar        val NK : unit -> Ty.meta_var = Ty.DIM o MV.newDimVar
27    
# Line 39  Line 39 
39    
40        fun field (k, d, dd) = Ty.T_Field{diff=k, dim=d, shape=dd}        fun field (k, d, dd) = Ty.T_Field{diff=k, dim=d, shape=dd}
41        fun tensor ds = Ty.T_Tensor(Ty.Shape ds)        fun tensor ds = Ty.T_Tensor(Ty.Shape ds)
42          fun matrix d = tensor[d,d]
43    
44        fun monoVar (name, ty) = Var.new (name, AST.BasisVar, ty)        fun monoVar (name, ty) = Var.new (name, AST.BasisVar, ty)
45        fun polyVar (name, scheme) = Var.newPoly (name, AST.BasisVar, scheme)        fun polyVar (name, scheme) = Var.newPoly (name, AST.BasisVar, scheme)
# Line 54  Line 55 
55     *    b  -- bool     *    b  -- bool
56     *    r  -- real (tensor[])     *    r  -- real (tensor[])
57     *    t  -- tensor[shape]     *    t  -- tensor[shape]
58       *    f  -- field#k(d)[shape]
59     *)     *)
60    
61      val add_ii = monoVar(N.op_add, [Ty.T_Int, Ty.T_Int] --> Ty.T_Int)      val add_ii = monoVar(N.op_add, [Ty.T_Int, Ty.T_Int] --> Ty.T_Int)
# Line 62  Line 64 
64              in              in
65                [t, t] --> t                [t, t] --> t
66              end))              end))
67        val add_ff = polyVar(N.op_add, all([DK,NK,SK],
68              fn [Ty.DIFF k, Ty.DIM d, Ty.SHAPE dd] => let
69                val t = Ty.T_Field{diff = Ty.DiffVar(k, 0), dim = Ty.DimVar d, shape = Ty.ShapeVar dd}
70                in
71                  [t, t] --> t
72                end))
73    
74      val sub_ii = monoVar(N.op_sub, [Ty.T_Int, Ty.T_Int] --> Ty.T_Int)      val sub_ii = monoVar(N.op_sub, [Ty.T_Int, Ty.T_Int] --> Ty.T_Int)
75      val sub_tt = polyVar(N.op_sub, all([SK], fn [Ty.SHAPE dd] => let      val sub_tt = polyVar(N.op_sub, all([SK], fn [Ty.SHAPE dd] => let
# Line 69  Line 77 
77              in              in
78                [t, t] --> t                [t, t] --> t
79              end))              end))
80        val sub_ff = polyVar(N.op_sub, all([DK,NK,SK],
81              fn [Ty.DIFF k, Ty.DIM d, Ty.SHAPE dd] => let
82                val t = Ty.T_Field{diff = Ty.DiffVar(k, 0), dim = Ty.DimVar d, shape = Ty.ShapeVar dd}
83                in
84                  [t, t] --> t
85                end))
86    
87    (* note that we assume that operators are tested in the order defined here, so that mul_rr    (* note that we assume that operators are tested in the order defined here, so that mul_rr
88     * takes precedence over mul_rt and mul_tr!     * takes precedence over mul_rt and mul_tr!
# Line 85  Line 99 
99              in              in
100                [t, Ty.realTy] --> t                [t, Ty.realTy] --> t
101              end))              end))
102        val mul_rf = polyVar(N.op_mul, all([DK,NK,SK],
103              fn [Ty.DIFF k, Ty.DIM d, Ty.SHAPE dd] => let
104                val t = Ty.T_Field{diff = Ty.DiffVar(k, 0), dim = Ty.DimVar d, shape = Ty.ShapeVar dd}
105                in
106                  [Ty.realTy, t] --> t
107                end))
108        val mul_fr = polyVar(N.op_mul, all([DK,NK,SK],
109              fn [Ty.DIFF k, Ty.DIM d, Ty.SHAPE dd] => let
110                val t = Ty.T_Field{diff = Ty.DiffVar(k, 0), dim = Ty.DimVar d, shape = Ty.ShapeVar dd}
111                in
112                  [t, Ty.realTy] --> t
113                end))
114    
115      val div_ii = monoVar(N.op_div, [Ty.T_Int, Ty.T_Int] --> Ty.T_Int)      val div_ii = monoVar(N.op_div, [Ty.T_Int, Ty.T_Int] --> Ty.T_Int)
116      val div_rr = monoVar(N.op_div, [Ty.realTy, Ty.realTy] --> Ty.realTy)      val div_rr = monoVar(N.op_div, [Ty.realTy, Ty.realTy] --> Ty.realTy)
# Line 93  Line 119 
119              in              in
120                [t, Ty.realTy] --> t                [t, Ty.realTy] --> t
121              end))              end))
122        val div_fr = polyVar(N.op_div, all([DK,NK,SK],
123              fn [Ty.DIFF k, Ty.DIM d, Ty.SHAPE dd] => let
124                val t = Ty.T_Field{diff = Ty.DiffVar(k, 0), dim = Ty.DimVar d, shape = Ty.ShapeVar dd}
125                in
126                  [t, Ty.realTy] --> t
127                end))
128    
129      (* exponentiation; we distinguish between integer and real exponents to allow x^2 to be compiled
130       * as x*x.
131       *)
132        val exp_ri = monoVar(N.op_exp, [Ty.realTy, Ty.T_Int] --> Ty.realTy)
133        val exp_rr = monoVar(N.op_exp, [Ty.realTy, Ty.realTy] --> Ty.realTy)
134    
135        val convolve_vk = polyVar (N.op_convolve, all([DK, NK, SK],
136                fn [Ty.DIFF k, Ty.DIM d, Ty.SHAPE dd] => let
137                    val k = Ty.DiffVar(k, 0)
138                    val d = Ty.DimVar d
139                    val dd = Ty.ShapeVar dd
140                    in
141                      [Ty.T_Image{dim=d, shape=dd}, Ty.T_Kernel k]
142                        --> field(k, d, dd)
143                    end))
144        val convolve_kv = polyVar (N.op_convolve, all([DK, NK, SK],
145                fn [Ty.DIFF k, Ty.DIM d, Ty.SHAPE dd] => let
146                    val k = Ty.DiffVar(k, 0)
147                    val d = Ty.DimVar d
148                    val dd = Ty.ShapeVar dd
149                    in
150                      [Ty.T_Kernel k, Ty.T_Image{dim=d, shape=dd}]
151                        --> field(k, d, dd)
152                    end))
153    
154      val lt_ii = monoVar(N.op_lt, [Ty.T_Int, Ty.T_Int] --> Ty.T_Bool)      val lt_ii = monoVar(N.op_lt, [Ty.T_Int, Ty.T_Int] --> Ty.T_Bool)
155      val lt_rr = monoVar(N.op_lt, [Ty.realTy, Ty.realTy] --> Ty.T_Bool)      val lt_rr = monoVar(N.op_lt, [Ty.realTy, Ty.realTy] --> Ty.T_Bool)
# Line 129  Line 186 
186                  [field(k, d, dd)] --> field(k, d, dd)                  [field(k, d, dd)] --> field(k, d, dd)
187                end))                end))
188    
189      (* clamp is overloaded at scalars and vectors *)
190        val clamp_rrr = monoVar(N.fn_clamp, [Ty.realTy, Ty.realTy, Ty.realTy] --> Ty.realTy)
191        val clamp_vvv = polyVar (N.fn_clamp, allNK(fn tv => let
192              val t = tensor[Ty.DimVar tv]
193              in
194                [t, t, t] --> t
195              end))
196    
197        val lerp3 = polyVar(N.fn_lerp, all([SK],
198              fn [Ty.SHAPE dd] => let
199                  val t = Ty.T_Tensor(Ty.ShapeVar dd)
200                  in
201                    [t, t, Ty.realTy] --> t
202                  end))
203        val lerp5 = polyVar(N.fn_lerp, all([SK],
204              fn [Ty.SHAPE dd] => let
205                  val t = Ty.T_Tensor(Ty.ShapeVar dd)
206                  in
207                    [t, t, Ty.realTy, Ty.realTy, Ty.realTy] --> t
208                  end))
209    
210    
211    (***** non-overloaded operators, etc. *****)    (***** non-overloaded operators, etc. *****)
212    
# Line 141  Line 219 
219                  [field(k, d, dd), tensor[d]] --> Ty.T_Tensor dd                  [field(k, d, dd), tensor[d]] --> Ty.T_Tensor dd
220                end))                end))
221    
222      val op_D = polyVar (N.op_D, all([DK, NK, SK],    (* differentiation of scalar fields *)
223            fn [Ty.DIFF k, Ty.DIM d, Ty.SHAPE dd] => let      val op_D = polyVar (N.op_D, all([DK, NK],
224              fn [Ty.DIFF k, Ty.DIM d] => let
225                val k0 = Ty.DiffVar(k, 0)                val k0 = Ty.DiffVar(k, 0)
226                val km1 = Ty.DiffVar(k, ~1)                val km1 = Ty.DiffVar(k, ~1)
227                val d = Ty.DimVar d                val d = Ty.DimVar d
228                  in
229                    [field(k0, d, Ty.Shape[])]
230                      --> field(km1, d, Ty.Shape[d])
231                  end))
232      (* differetiation of higher-order tensor fields *)
233        val op_Dotimes = polyVar (N.op_Dotimes, all([DK, NK, SK, NK],
234              fn [Ty.DIFF k, Ty.DIM d, Ty.SHAPE dd, Ty.DIM d'] => let
235                  val k0 = Ty.DiffVar(k, 0)
236                  val km1 = Ty.DiffVar(k, ~1)
237                  val d = Ty.DimVar d
238                  val d' = Ty.DimVar d'
239                val dd = Ty.ShapeVar dd                val dd = Ty.ShapeVar dd
240                in                in
241                  [field(k0, d, dd)]                  [field(k0, d, Ty.ShapeExt(dd, d'))]
242                    --> field(km1, d, Ty.ShapeExt(dd, d))                    --> field(km1, d, Ty.ShapeExt(Ty.ShapeExt(dd, d'), d))
243                end))                end))
244    
245      val op_norm = polyVar (N.op_norm, all([SK],      val op_norm = polyVar (N.op_norm, all([SK],
# Line 157  Line 247 
247    
248      val op_not = monoVar (N.op_not, [Ty.T_Bool] --> Ty.T_Bool)      val op_not = monoVar (N.op_not, [Ty.T_Bool] --> Ty.T_Bool)
249    
     val op_subscript = polyVar (N.op_subscript, all([SK, NK],  
           fn [Ty.SHAPE dd, Ty.DIM d] => let  
               val dd = Ty.ShapeVar dd  
               val d = Ty.DimVar d  
               in  
                 [Ty.T_Tensor(Ty.ShapeExt(dd, d)), Ty.T_Int]  
                   --> Ty.T_Tensor dd  
               end))  
   
250    (* functions *)    (* functions *)
251      val fn_CL = polyVar (N.fn_CL, ty([tensor[N3, N3]] --> Ty.realTy))      val fn_atan2 = monoVar (N.fn_atan2, [Ty.realTy, Ty.realTy] --> Ty.realTy)
252    
253    (* the following is depreciated in favor of the infix operator *)
254      val fn_convolve = polyVar (N.fn_convolve, all([DK, NK, SK],      val fn_convolve = polyVar (N.fn_convolve, all([DK, NK, SK],
255              fn [Ty.DIFF k, Ty.DIM d, Ty.SHAPE dd] => let              fn [Ty.DIFF k, Ty.DIM d, Ty.SHAPE dd] => let
256                  val k = Ty.DiffVar(k, 0)                  val k = Ty.DiffVar(k, 0)
# Line 181  Line 263 
263    
264      val fn_cos = monoVar (N.fn_cos, [Ty.realTy] --> Ty.realTy)      val fn_cos = monoVar (N.fn_cos, [Ty.realTy] --> Ty.realTy)
265    
266        local
267          val crossTy = let
268                val t = tensor[N3]
269                in
270                  [t, t] --> t
271                end
272        in
273        val op_cross = monoVar (N.op_cross, crossTy)
274        val fn_cross = monoVar (N.fn_cross, crossTy)
275        end
276    
277      (* the depriciated 'dot' function *)
278      val fn_dot = polyVar (N.fn_dot, allNK(fn tv => let      val fn_dot = polyVar (N.fn_dot, allNK(fn tv => let
279            val t = tensor[Ty.DimVar tv]            val t = tensor[Ty.DimVar tv]
280            in            in
281              [t, t] --> Ty.realTy              [t, t] --> Ty.realTy
282            end))            end))
283    
284      (* the inner product operator (including dot product) is treated as a special case in the
285       * typechecker.  It is not included in the basis environment, but we define its type scheme
286       * here.  There is an implicit constraint on its type to have the following scheme:
287       *
288       *     ALL[sigma1, d1, sigma2] . tensor[sigma1, d1] * tensor[d1, sigma2] -> tensor[sigma1, sigma2]
289       *)
290        val op_inner = polyVar (N.op_dot, all([SK, SK, SK],
291                fn [Ty.SHAPE s1, Ty.SHAPE s2, Ty.SHAPE s3] =>
292                    [Ty.T_Tensor(Ty.ShapeVar s1), Ty.T_Tensor(Ty.ShapeVar s2)]
293                      --> Ty.T_Tensor(Ty.ShapeVar s3)))
294    
295      (* Eigenvalues of a matrix *)
296        val fn_evals = polyVar (N.fn_trace, all([NK],
297                fn [Ty.DIM d] => let
298                    val d = Ty.DimVar d
299                    in
300                      [matrix d] --> Ty.T_Sequence(Ty.realTy, d)
301                    end))
302    
303      (* Eigenvectors of a matrix *)
304        val fn_evecs = polyVar (N.fn_trace, all([NK],
305                fn [Ty.DIM d] => let
306                    val d = Ty.DimVar d
307                    in
308                      [matrix d] --> Ty.T_Sequence(tensor[d], d)
309                    end))
310    
311      val fn_inside = polyVar (N.fn_inside, all([DK, NK, SK],      val fn_inside = polyVar (N.fn_inside, all([DK, NK, SK],
312              fn [Ty.DIFF k, Ty.DIM d, Ty.SHAPE dd] => let              fn [Ty.DIFF k, Ty.DIM d, Ty.SHAPE dd] => let
313                  val k = Ty.DiffVar(k, 0)                  val k = Ty.DiffVar(k, 0)
# Line 215  Line 336 
336                    [t, t] --> t                    [t, t] --> t
337                  end))                  end))
338    
339        val fn_normalize = polyVar (N.fn_normalize, all([NK],
340                fn [Ty.DIM d] => let
341                    val t = Ty.T_Tensor(Ty.Shape[Ty.DimVar d])
342                    in
343                      [t] --> t
344                    end))
345    
346      (* outer product *)
347        local
348          fun mkOuter [Ty.DIM d1, Ty.DIM d2] = let
349                val vt1 = Ty.T_Tensor(Ty.Shape[Ty.DimVar d1])
350                val vt2 = Ty.T_Tensor(Ty.Shape[Ty.DimVar d2])
351                val mt = Ty.T_Tensor(Ty.Shape[Ty.DimVar d1, Ty.DimVar d2])
352                in
353                  [vt1, vt2] --> mt
354                end
355        in
356        val fn_outer = polyVar (N.fn_outer, all([NK, NK], mkOuter))
357        val op_outer = polyVar (N.op_outer, all([NK, NK], mkOuter))
358        end
359    
360      val fn_pow = monoVar (N.fn_pow, [Ty.realTy, Ty.realTy] --> Ty.realTy)      val fn_pow = monoVar (N.fn_pow, [Ty.realTy, Ty.realTy] --> Ty.realTy)
361    
362      val fn_principleEvec = polyVar (N.fn_principleEvec, all([NK],      val fn_principleEvec = polyVar (N.fn_principleEvec, all([NK],
363              fn [Ty.DIM d] => let              fn [Ty.DIM d] => let
364                  val d = Ty.DimVar d                  val d = Ty.DimVar d
365                  in                  in
366                    [tensor[d,d]] --> tensor[d]                    [matrix d] --> tensor[d]
367                  end))                  end))
368    
369      val fn_sin = monoVar (N.fn_sin, [Ty.realTy] --> Ty.realTy)      val fn_sin = monoVar (N.fn_sin, [Ty.realTy] --> Ty.realTy)
370    
371        val fn_sqrt = monoVar (N.fn_sqrt, [Ty.realTy] --> Ty.realTy)
372    
373        val fn_tan = monoVar (N.fn_tan, [Ty.realTy] --> Ty.realTy)
374    
375        val fn_trace = polyVar (N.fn_trace, all([NK],
376                fn [Ty.DIM d] => let
377                    val d = Ty.DimVar d
378                    in
379                      [matrix d] --> Ty.realTy
380                    end))
381    
382    (* kernels *)    (* kernels *)
383  (* FIXME: we should really get the continuity info from the kernels themselves *)  (* FIXME: we should really get the continuity info from the kernels themselves *)
384      val kn_bspln3 = monoVar (N.kn_bspln3, Ty.T_Kernel(Ty.DiffConst 2))      val kn_bspln3 = monoVar (N.kn_bspln3, Ty.T_Kernel(Ty.DiffConst 2))
385      val kn_bspln5 = monoVar (N.kn_bspln5, Ty.T_Kernel(Ty.DiffConst 4))      val kn_bspln5 = monoVar (N.kn_bspln5, Ty.T_Kernel(Ty.DiffConst 4))
386      val kn_ctmr = monoVar (N.kn_ctmr, Ty.T_Kernel(Ty.DiffConst 2))      val kn_ctmr = monoVar (N.kn_ctmr, Ty.T_Kernel(Ty.DiffConst 1))
387      val kn_tent = monoVar (N.kn_tent, Ty.T_Kernel(Ty.DiffConst 0))      val kn_tent = monoVar (N.kn_tent, Ty.T_Kernel(Ty.DiffConst 0))
388      (* kernels with false claims of differentiability, for pedagogy *)
389        val kn_c1tent = monoVar (N.kn_c1tent, Ty.T_Kernel(Ty.DiffConst 1))
390        val kn_c2ctmr = monoVar (N.kn_c2ctmr, Ty.T_Kernel(Ty.DiffConst 2))
391    
392      (***** internal variables *****)
393    
394      (* integer to real conversion *)
395        val i2r = monoVar (Atom.atom "$i2r", [Ty.T_Int] --> Ty.realTy)
396    
397      (* identity matrix *)
398        val identity = polyVar (Atom.atom "$id", allNK (fn dv => [] --> matrix(Ty.DimVar dv)))
399    
400    (* internal variables *)    (* zero tensor *)
401      val i2r = monoVar (Atom.atom "$i2r", [Ty.T_Int] --> Ty.realTy)      (* integer to real conversion *)      val zero = polyVar (Atom.atom "$zero", all ([SK],
402                fn [Ty.SHAPE dd] => [] --> Ty.T_Tensor(Ty.ShapeVar dd)))
403    
404      end (* local *)      end (* local *)
405    end    end

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changed lines
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