File size: 5,240 Bytes
bff4ec7
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
/*@ Import Lean
import Algorithms.catalan_numbers.lean.helper_lib
open scoped SimpleC
*/

/*@ Extern Coq
      (StackSequenceCount : Z -> Z -> Prop)
      (StackCellBound : Z -> Z -> Z -> Prop)
      (StackCellCorrect : Z -> Z -> Z -> Z -> Prop)
      (StackRowsDone : Z -> list Z -> Z -> Prop)
      (StackRowProgress : Z -> list Z -> Z -> Z -> Prop)
 */

int id(int n, int x, int y)
/*@ Require
      0 <= n && n <= 7 &&
      0 <= x && x <= n &&
      0 <= y && y <= n + 1
    Ensure
      __return == x * (n + 1) + y &&
      0 <= __return && __return <= (n + 1) * (n + 1)
 */
{
    return x * (n + 1)  + y;
}

int solve(int n, int *f)
/*@ Require
      0 <= n && n <= 7 &&
      IntArray::undef_full(f, (n + 1) * (n + 1))
    Ensure
      exists table,
      StackSequenceCount(n, __return) &&
      StackRowsDone(n, table, n + 1) &&
      IntArray::full(f, (n + 1) * (n + 1), table)
 */
{
    /*@ Inv Assert
        exists table,
        n == n@pre && f == f@pre &&
        0 <= n@pre && n@pre <= 7 &&
        0 <= i && i <= n@pre + 1 &&
        StackRowsDone(n@pre, table, i) &&
        IntArray::seg(f, 0, i * (n@pre + 1), table) *
        IntArray::undef_seg(f, i * (n@pre + 1),
          (n@pre + 1) * (n@pre + 1))
     */
    for (int i = 0; i <= n; i++) {
        /*@ Inv Assert
            exists table,
            n == n@pre && f == f@pre &&
            0 <= n@pre && n@pre <= 7 &&
            0 <= i && i <= n@pre &&
            0 <= j && j <= n@pre + 1 &&
            StackRowProgress(n@pre, table, i, j) &&
            IntArray::seg(f, 0, i * (n@pre + 1) + j, table) *
            IntArray::undef_seg(f, i * (n@pre + 1) + j,
              (n@pre + 1) * (n@pre + 1))
         */
        for (int j = 0; j <= n; j++) {
            if (i == 0) {
                f[id(n, i, j)] = 1;
            }
            else if (j == 0) {
                /*@ Assert
                    exists table,
                    n == n@pre && f == f@pre &&
                    0 <= n@pre && n@pre <= 7 &&
                    1 <= i && i <= n@pre &&
                    j == 0 &&
                    0 <= i * (n@pre + 1) + j &&
                    i * (n@pre + 1) + j <
                      (n@pre + 1) * (n@pre + 1) &&
                    0 <= (i - 1) * (n@pre + 1) + (j + 1) &&
                    (i - 1) * (n@pre + 1) + (j + 1) <
                      i * (n@pre + 1) + j &&
                    StackRowProgress(n@pre, table, i, j) &&
                    IntArray::seg(f, 0, i * (n@pre + 1) + j, table) *
                    IntArray::undef_seg(f, i * (n@pre + 1) + j,
                      (n@pre + 1) * (n@pre + 1))
                 */
                f[id(n, i, j)] = f[id(n, i-1, j+1)];
            }
            else {
                /*@ Assert
                    exists table,
                    n == n@pre && f == f@pre &&
                    0 <= n@pre && n@pre <= 7 &&
                    1 <= i && i <= n@pre &&
                    1 <= j && j <= n@pre &&
                    0 <= i * (n@pre + 1) + j &&
                    i * (n@pre + 1) + j <
                      (n@pre + 1) * (n@pre + 1) &&
                    0 <= (i - 1) * (n@pre + 1) + (j + 1) &&
                    (i - 1) * (n@pre + 1) + (j + 1) <
                      i * (n@pre + 1) + j &&
                    0 <= i * (n@pre + 1) + (j - 1) &&
                    i * (n@pre + 1) + (j - 1) <
                      i * (n@pre + 1) + j &&
                    StackRowProgress(n@pre, table, i, j) &&
                    IntArray::seg(f, 0, i * (n@pre + 1) + j, table) *
                    IntArray::undef_seg(f, i * (n@pre + 1) + j,
                      (n@pre + 1) * (n@pre + 1))
                 */
                f[id(n, i, j)] = f[id(n, i-1, j+1)] + f[id(n, i, j-1)];
            }
            /*@ Assert
                exists table,
                n == n@pre && f == f@pre &&
                0 <= n@pre && n@pre <= 7 &&
                0 <= i && i <= n@pre &&
                0 <= j && j <= n@pre &&
                StackCellBound(i, j, table[i * (n@pre + 1) + j]) &&
                StackCellCorrect(n@pre, i, j,
                  table[i * (n@pre + 1) + j]) &&
                StackRowProgress(n@pre, table, i, j + 1) &&
                IntArray::seg(f, 0, i * (n@pre + 1) + j + 1, table) *
                IntArray::undef_seg(f, i * (n@pre + 1) + j + 1,
                  (n@pre + 1) * (n@pre + 1))
             */
        }
        /*@ Assert
            exists table,
            n == n@pre && f == f@pre &&
            0 <= n@pre && n@pre <= 7 &&
            0 <= i && i <= n@pre &&
            StackRowsDone(n@pre, table, i + 1) &&
            IntArray::seg(f, 0, (i + 1) * (n@pre + 1), table) *
            IntArray::undef_seg(f, (i + 1) * (n@pre + 1),
              (n@pre + 1) * (n@pre + 1))
         */
    }
    /*@ Assert
        exists table,
        n == n@pre && f == f@pre &&
        0 <= n@pre && n@pre <= 7 &&
        0 <= n@pre * (n@pre + 1) &&
        n@pre * (n@pre + 1) <
          (n@pre + 1) * (n@pre + 1) &&
        StackRowsDone(n@pre, table, n@pre + 1) &&
        StackSequenceCount(n@pre,
          table[n@pre * (n@pre + 1)]) &&
        IntArray::full(f, (n@pre + 1) * (n@pre + 1), table)
     */
    return f[id(n, n, 0)];
}