Normalisation & Equivalence in Proof Theory & Type Theory
Normalisation & Equivalence en Théorie de la Démonstration & Théorie des Types
Résumé
At the heart of the connections between Proof Theory and Type Theory, the Curry-Howard correspondence provides proof-terms with computational features and equational theories, i.e. notions of normalisation and equivalence. This dissertation contributes to extend its framework in the directions of proof-theoretic formalisms (such as sequent calculus) that are appealing for logical purposes like proof-search, powerful systems beyond propositional logic such as type theories, and classical (rather than intuitionistic) reasoning.
Part I is entitled Proof-terms for Intuitionistic Implicational Logic. Its contributions use rewriting techniques on proof-terms for natural deduction (lambda-calculus) and sequent calculus, and investigate normalisation and cut-elimination, with call-by-name and call-by-value semantics. In particular, it introduces proof-term calculi for multiplicative natural deduction and for the depth-bounded sequent calculus G4. The former gives rise to a calculus with explicit substitutions, weakenings and contractions that refines the lambda-calculus and beta-reduction, and preserves strong normalisation with a full notion of composition of substitutions. The latter gives a new insight to cut-elimination in G4.
Part II, entitled Type Theory in Sequent Calculus develops a theory of Pure Type Sequent Calculi (PTSC), which are sequent calculi that are equivalent (with respect to provability and normalisation) to Pure Type Systems but better suited for proof-search, in connection with proof-assistant tactics and proof-term enumeration algorithms.
Part III, entitled Towards Classical Logic, presents some approaches to classical type theory. In particular it develops a sequent calculus for a classical version of System Fomega. Beyond such a type theory, the notion of equivalence of classical proofs becomes crucial and, with such a notion based on parallel rewriting in the Calculus of Structures, we compute canonical representatives of equivalent proofs.
Part I is entitled Proof-terms for Intuitionistic Implicational Logic. Its contributions use rewriting techniques on proof-terms for natural deduction (lambda-calculus) and sequent calculus, and investigate normalisation and cut-elimination, with call-by-name and call-by-value semantics. In particular, it introduces proof-term calculi for multiplicative natural deduction and for the depth-bounded sequent calculus G4. The former gives rise to a calculus with explicit substitutions, weakenings and contractions that refines the lambda-calculus and beta-reduction, and preserves strong normalisation with a full notion of composition of substitutions. The latter gives a new insight to cut-elimination in G4.
Part II, entitled Type Theory in Sequent Calculus develops a theory of Pure Type Sequent Calculi (PTSC), which are sequent calculi that are equivalent (with respect to provability and normalisation) to Pure Type Systems but better suited for proof-search, in connection with proof-assistant tactics and proof-term enumeration algorithms.
Part III, entitled Towards Classical Logic, presents some approaches to classical type theory. In particular it develops a sequent calculus for a classical version of System Fomega. Beyond such a type theory, the notion of equivalence of classical proofs becomes crucial and, with such a notion based on parallel rewriting in the Calculus of Structures, we compute canonical representatives of equivalent proofs.
Au coeur des liens entre Théorie de la Démonstration et Théorie des Types, la correspondance de Curry-Howard fournit des termes de preuves aux aspects calculatoires et équipés de théories équationnelles, i.e. des notions de normalisation et d'équivalence. Cette thèse contribue à étendre son cadre à des formalismes (comme le calcul des séquents) appropriés à des considérations d'ordre logique comme la recherche de preuve, à des systèmes expressifs dépassant la logique propositionnelle comme des théories des types, et aux raisonnements classiques plutôt qu'intuitionistes.
La première partie est intitulée Termes de Preuve pour la Logique Intuitioniste Implicationnelle, avec des contributions en déduction naturelle et calcul des séquents, normalisation et élimination des coupures, sémantiques en appel par nom et par valeur. En particulier elle introduit des calculs de termes de preuve pour le calcul des séquents depth-bounded G4 et la déduction naturelle multiplicative. Cette dernière donne lieu à un calcul de substitutions explicites avec affaiblissements et contractions, qui raffine la beta-réduction.
La deuxième partie, intitulée Théorie des Types en Calcul des Séquents, développe une théorie des Pure Type Sequent Calculi, équivalents aux Systèmes de Types Purs mais mieux adaptés à la recherche de preuve.
La troisième partie, intitulée Vers la Logique Classique, étudie des approches à la Théorie des Types classique. Elle développe un calcul des séquents pour une version classique du Système Fomega. Une approche à la question de l'équivalence de preuves classiques consiste à calculer les représentants canoniques de preuves équivalentes dans le cadre du Calcul des Structures.
La première partie est intitulée Termes de Preuve pour la Logique Intuitioniste Implicationnelle, avec des contributions en déduction naturelle et calcul des séquents, normalisation et élimination des coupures, sémantiques en appel par nom et par valeur. En particulier elle introduit des calculs de termes de preuve pour le calcul des séquents depth-bounded G4 et la déduction naturelle multiplicative. Cette dernière donne lieu à un calcul de substitutions explicites avec affaiblissements et contractions, qui raffine la beta-réduction.
La deuxième partie, intitulée Théorie des Types en Calcul des Séquents, développe une théorie des Pure Type Sequent Calculi, équivalents aux Systèmes de Types Purs mais mieux adaptés à la recherche de preuve.
La troisième partie, intitulée Vers la Logique Classique, étudie des approches à la Théorie des Types classique. Elle développe un calcul des séquents pour une version classique du Système Fomega. Une approche à la question de l'équivalence de preuves classiques consiste à calculer les représentants canoniques de preuves équivalentes dans le cadre du Calcul des Structures.
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