Opérateurs de typage non-idempotents, au delà du lambda-calcul

par Pierre Vial

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Delia Kesner et de Damiano Mazza.

Soutenue le 07-12-2017

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale de Sciences mathématiques de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Université Paris Diderot - Paris 7 (établissement de préparation) et de Institut de recherche en informatique fondamentale (Paris) (laboratoire) .

Le président du jury était Laurent Régnier.

Le jury était composé de Delia Kesner, Damiano Mazza, Laurent Régnier, Jakob Rehof, Jan Willem Klop, Ugo Dal Lago, Femke Van Raamsdonk.

Les rapporteurs étaient Jakob Rehof, Jan Willem Klop.


  • Résumé

    L'objet de cette thèse est l'extension des méthodes de la théorie des types intersections non-idempotents, introduite par Gardner et de Carvalho, à des cadres dépassant le lambda-calcul stricto sensu.- Nous proposons d'abord une caractérisation de la normalisation de tête et de la normalisation forte du lambda-mu calcul (déduction naturelle classique) en introduisant des types unions non-idempotents. Comme dans le cas intuitionniste, la non-idempotence nous permet d'extraire du typage des informations quantitatives ainsi que des preuves de terminaison beaucoup plus élémentaires que dans le cas idempotent. Ces résultats nous conduisent à définir une variante à petits pas du lambda-mu-calcul, dans lequel la normalisation forte est aussi caractérisée avec des méthodes quantitatives. - Dans un deuxième temps, nous étendons la caractérisation de la normalisation faible dans le lambda-calcul pur à un lambda-calcul infinitaire étroitement lié aux arbres de Böhm et dû à Klop et al. Ceci donne une réponse positive à une question connue comme le problème de Klop. À cette fin, il est nécessaire d'introduire conjointement un système (système S) de types infinis utilisant une intersection que nous qualifions de séquentielle, et un critère de validité servant à se débarrasser des preuves dégénérées auxquelles les grammaires coinductives de types donnent naissance. Ceci nous permet aussi de donner une solution au problème n°20 de TLCA (caractérisation par les types des permutations héréditaires). Il est à noter que ces deux problèmes n'ont pas de solution dans le cas fini (Tatsuta, 2007).- Enfin, nous étudions le pouvoir expressif des grammaires coinductives de types, en dehors de tout critère de validité. Nous devons encore recourir au système S et nous montrons que tout terme est typable de façon non triviale avec des types infinis et que l'on peut extraire de ces typages des informations sémantiques comme l'ordre (arité) de n'importe quel lambda-terme. Ceci nous amène à introduire une méthode permettant de typer des termes totalement non-productifs, dits termes muets, inspirée de la logique du premier ordre. Ce résultat prouve que, dans l'extension coinductive du modèle relationnel, tout terme a une interprétation non vide. En utilisant une méthode similaire, nous montrons aussi que le système S collapse surjectivement sur l'ensemble des points de ce modèle.

  • Titre traduit

    Non-idempotent typing operators, beyond the lambda-calculus


  • Résumé

    In this dissertation, we extend the methods of non-idempotent intersection type theory, pioneered by Gardner and de Carvalho, to some calculi beyond the lambda-calculus.- We first present a characterization of head and strong normalization in the lambda-mu calculus (classical natural deduction) by introducing non-idempotent union types. As in the intuitionistic case, non-idempotency allows us to extract quantitative information from the typing derivations and we obtain proofs of termination that are far more elementary than those in the idempotent case. These results leads us to define a small-step variant of the lambda-mu calculus, in which strong normalization is also characterized by means of quantitative methods.- In the second part of the dissertation, we extend the characterization of weak normalization in the pure lambda-calculus to an infinitary lambda-calculus narrowly related to Böhm trees, which was introduced by Klop et al. This gives a positive answer to a question known as Klop's problem. In that purpose, it is necessary to simultaneously introduce a system (system S) featuring infinite types and resorting to an intersection operator that we call sequential, and a validity criterion in order to discard unsound proofs that coinductive grammars give rise to. This also allows us to give a solution to TLCA problem #20 (type-theoretic characterization of hereditary permutations). It is to be noted that those two problem do not have a solution in the finite case (Tatsuta, 2007).- Finally, we study the expressive power of coinductive type grammars, without any validity criterion. We must once more resort to system S and we show that every term is typable in a non-trivial way with infinite types and that one can extract semantical information from those typings e.g. the order (arity) of any lambda-term. This leads us to introduce a method that allows typing totally unproductive terms (the so-called mute terms), which is inspired from first order logic. This result establishes that, in the coinductive extension of the relational model, every term has a non-empty interpretation. Using a similar method, we also prove that system S surjectively collapses on the set of points of this model


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