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Réalisabilité classique et effets de bords

By Étienne Miquey

Abstract

This thesis focused on the computational content of classical proofs, and specifically on proofs with side-effects and Krivine classical realizability. The manuscript is divided in three parts, the first of which consists of a detailed introduction to the concepts used in the sequel.The second part deals with the computational content of the axiom of dependent choice in classical logic. This works is in the continuity of dPAω system of Hugo Herbelin, which allows to adapt the constructive proof of the axiom of choice in Martin-Löf's type theory in order to turn it into a constructive proof of the axiom of dependent choice in a setting compatible with classical logic. The principal goal of this part is to prove the property of normalization for dPAω, on which relies the consistency of the system. Such a proof is hard to obtain, due to the simultaneous presence of dependent types (for the constructive part of the choice), of control operators (for classical logic), of co-inductive objects (in order to "encode" functions of type N → A as streams (a₀,a₁,...)) and of lazy evaluation with sharing (for this co-inductive objects). This difficulties are first studied separately. In particular, we show the normalization of classical call-by-need (presented as an extension of the λµ̃µ-calculus with shared environments) by means of realizability techniques. Next, we develop a classical sequent calculus with dependent types, defined again as an adaptation of the λµ̃µ-calcul whose soundness is proved thanks to a CPS-translation which takes the dependencies into account. Last, a sequent-calculus variant of dPAω is introduced, combining the two previous systems. Its normalization is finally proved using realizability techniques.The last part, more oriented towards semantics, studies the duality between the call-by-name and call-by-value evaluation strategies in a purely algebraic setting, inspired from several works around classical realizability (and in particular Krivine realizability algebras). This work relies on the notion of implicative algebras developed by Alexandre Miquel, a very simple algebraic structure generalizing at the same time complete Boolean algebras and Krivine realizability algebras, in such a way that it allows to express in a same setting the theory of forcing (in the sense of Cohen) and the theory of classical realizability (in the sense of Krivine). The main default of these structures is that they are deeply oriented towards the λ-calculus, and that they only allows to faithfully interpret languages in call-by-name. To remediate the situation, we introduce two variants of implicative algebras: disjunctive algebras, centered on the "par" connective of linear logic (but in a non-linear framework) and naturally adapted to languages in call-by-name; and conjunctives algebras, centered on the "tensor" connective of linear logic and adapted to languages in call-by-value. Amongst other things, we show that disjunctive algebras are particular cases of implicative algebras and that conjunctive algebras can be obtained from disjunctive algebras (by reversing the underlying order). Moreover, we show how to interpret in these framework the fragments of Guillaume Munch-Maccagnoni's system L for call-by-value (within conjunctive algebras) and for call-by-name (within disjunctive algebras).Cette thèse s'intéresse au contenu calculatoire des preuves classiques, et plus spécifiquement aux preuves avec effets de bord et à la réalisabilité classique de Krivine. Le manuscrit est divisé en trois parties, donc la première consiste en une introduction détaillée aux concepts utilisés par la suite.La deuxième partie porte sur l’interprétation calculatoire de l’axiome du choix dépendant en logique classique, et en particulier au système dPAω d'Hugo Herbelin. Ce calcul fournit en effet, dans un cadre compatible avec la logique classique, un terme de preuve pour l'axiome du choix dépendant, qui peut être vu comme une adaptation de la preuve constructive de l’axiome du choix en théorie des types de Martin-Löf ou un internalisation dans un système de preuve de l'approche en réalisabilité de Berardi, Bezem et Coquand. L'objectif principal de cette partie est de démontrer la propriété de normalisation pour dPAω, sur laquelle repose la cohérence du système. La difficulté d'une telle preuve est liée à la présence simultanée de types dépendants (pour la partie constructive du choix), d'opérateurs de contrôle (pour la logique classique), d'objets co-inductifs (pour "encoder" les fonctions de type N → A par des streams (a₀,a₁,...)) et l'évaluation paresseuse avec partage (pour ces objets co-inductifs). On montre dans un premier temps la normalisation du call-by-need classique (présenté comme une extension du λµµ̃-calcul avec des environnements partagé), en utilisant notamment des techniques de réalisabilité à la Krivine. On développe ensuite un calcul des séquents classique avec types dépendants, dont la correction est prouvée à l'aide d'une traduction CPS tenant compte des dépendances. En combinant les deux points précédents, on définit enfin une variante en calcul des séquents du système dPAω dont on peut finalement prouver la normalisation.La dernière partie porte sur la structure algébrique des modèles induits par la réalisabilité classique. Ce travail se base sur une notion d'algèbres implicatives développée par Alexandre Miquel, une structure algébrique très simple généralisant à la fois les algèbres de Boole complètes et les algèbres de réalisabilité de Krivine, de manière à exprimer dans un même cadre la théorie du forcing (au sens de Cohen) et la théorie de la réalisabilité classique (au sens de Krivine). Le principal défaut de cette structure est qu’elle est très orientée vers le λ-calcul, et ne permet d’interpréter fidèlement que les langages en appel par nom. Pour remédier à cette situation, on introduit deux variantes des algèbres implicatives les algèbres disjonctives, centrées sur le “par” de la logique linéaire (mais dans un cadre non linéaire) et naturellement adaptées aux langages en appel par nom, et les algèbres conjonctives, centrées sur le “tenseur” de la logique linéaire et adaptées aux langages en appel par valeur. On prouve en particulier que les algèbres disjonctives ne sont que des cas particuliers d'algèbres implicatives et que l'on peut obtenir une algèbre conjonctive à partir d'une algèbre disjonctive (par renversement de l’ordre sous-jacent). De plus, on montre comment interpréter dans ces cadres les fragments du système L de Guillaume Munch-Maccagnoni en appel par valeur (dans les algèbres conjonctives) et en appel par nom (dans les algèbres disjonctives)

Topics: Classical realizability, Computational content of classical proof, Side effects, Lazy evaluation, Implicative algebras, Évaluation paresseuse, Types dépendants, Réalisabilité classique, Contenu calculatoire de preuve classique, Effets de bord, Algèbres implicatives, [ INFO.INFO-LO ] Computer Science [cs]/Logic in Computer Science [cs.LO]
Publisher: HAL CCSD
Year: 2017
OAI identifier: oai:HAL:tel-01653733v2
Provided by: Hal-Diderot
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