tawasuyu/hifas
Motor en Rust para decidir, con demostración y no a ojo, cuándo un conjunto de réplicas local-first puede operar sin coordinación y cuándo no — y, cuando la respuesta es "sí, dentro de límites", proveer el mecanismo que lo garantiza.
T6: Laplaciano de Tarski y difusión a punto fijo
1//! `tarski` — haz de retículos y Laplaciano de Tarski (Addendum §D, T6).
2//!
3//! El giro respecto al MVP: en vez de `δ` con resta y `dim H¹`, se difunde el
4//! **Laplaciano de Tarski** `L` a punto fijo (Kleene/Tarski). El punto fijo es la
5//! mejor reconciliación globalmente coherente; su lectura da el veredicto (T7).
6//!
7//! Fórmula (Ghrist–Riess 2022, Def. 2 / Lemma 7), en grado 0 y **sin resta**:
8//! ```text
9//! (L x)_v = ⋀_{e ∋ v} F_{v⊴e}^* ( F_{v⊴e}(x_v) ∨ F_{w⊴e}(x_w) )
10//! ```
11//! - `∨` sobre la arista: reconcilia los dos extremos (expansión ∨ mezcla);
12//! - `F^*` (adjunta de Galois): baja el valor de arista de vuelta al vértice;
13//! - `⋀` sobre las aristas incidentes: el vértice debe ser coherente con todas.
14//!
15//! `L ≥ id` (cada término domina a `x_v` por la clausura de Galois
16//! `upper∘lower ≥ id`), luego iterar desde la siembra es un **ascenso** que
17//! converge en tiempo finito para retículos de altura finita.
18
19use std::marker::PhantomData;
20
21use crate::lattice::{GaloisRestriction, LatticeCell};
22
23/// Una 0-cocadena: un valor de retículo por vértice.
24pub type Cochain<L> = Vec<L>;
25
26/// Un haz **constante** de retículos: la misma stalk `L` en cada vértice/arista y
27/// la misma conexión de Galois `R` en cada incidencia. Cubre la prueba de cordura
28/// del Addendum (haz constante sobre un ciclo) y los encodings de CRDT (§D.1).
29#[derive(Debug, Clone)]
30pub struct LatticeSheaf<L, R> {
31 /// Número de réplicas (vértices).
32 pub num_vertices: usize,
33 /// Aristas del nervio como pares `(u, v)`.
34 pub edges: Vec<(usize, usize)>,
35 /// Conexión de Galois uniforme en toda incidencia.
36 pub restriction: R,
37 _marker: PhantomData<L>,
38}
39
40impl<L, R> LatticeSheaf<L, R> {
41 /// Construye un haz constante de retículos.
42 pub fn new(num_vertices: usize, edges: Vec<(usize, usize)>, restriction: R) -> Self {
43 Self {
44 num_vertices,
45 edges,
46 restriction,
47 _marker: PhantomData,
48 }
49 }
50}
51
52/// El Laplaciano de Tarski como operador monótono sobre el retículo producto `C⁰`.
53pub struct TarskiLaplacian<'a, L, R> {
54 sheaf: &'a LatticeSheaf<L, R>,
55}
56
57impl<'a, L, R> TarskiLaplacian<'a, L, R>
58where
59 L: LatticeCell,
60 R: GaloisRestriction<L, L>,
61{
62 /// Envuelve un haz para difundirlo.
63 pub fn new(sheaf: &'a LatticeSheaf<L, R>) -> Self {
64 Self { sheaf }
65 }
66
67 /// Una aplicación de `L`: expansión ∨ mezcla por arista, meet sobre las
68 /// aristas incidentes (Def. 2 / Lemma 7). Nunca desciende por debajo de `x`.
69 pub fn step(&self, x: &[L]) -> Cochain<L> {
70 let r = &self.sheaf.restriction;
71 (0..self.sheaf.num_vertices)
72 .map(|v| {
73 // Valor de arista reconciliado, bajado a v, para cada arista incidente.
74 let mut acc: Option<L> = None;
75 for &(a, b) in &self.sheaf.edges {
76 let w = if a == v {
77 b
78 } else if b == v {
79 a
80 } else {
81 continue; // arista no incidente a v
82 };
83 // F_{v⊴e}(x_v) ∨ F_{w⊴e}(x_w), y de vuelta a v vía la adjunta.
84 let edge_val = r.lower(&x[v]).join(&r.lower(&x[w]));
85 let pulled = r.upper(&edge_val);
86 acc = Some(match acc {
87 None => pulled,
88 Some(prev) => prev.meet(&pulled), // ⋀ sobre aristas incidentes
89 });
90 }
91 // Vértice aislado: se queda como está. Si no, aseguramos el ascenso.
92 match acc {
93 None => x[v].clone(),
94 Some(a) => x[v].join(&a),
95 }
96 })
97 .collect()
98 }
99}
100
101impl<L, R> TarskiLaplacian<'_, L, R>
102where
103 L: LatticeCell + PartialEq,
104 R: GaloisRestriction<L, L>,
105{
106 /// Cota de seguridad de iteraciones (backstop; la convergencia real la
107 /// garantiza la altura finita del retículo, muy por debajo de esto).
108 const MAX_STEPS: usize = 10_000;
109
110 /// Itera `L` desde la siembra hasta el punto fijo (Kleene ascendente).
111 pub fn harmonize(&self, seed: &[L]) -> Cochain<L> {
112 self.harmonize_with_steps(seed).0
113 }
114
115 /// Como `harmonize`, devolviendo también cuántas aplicaciones de `L` costó.
116 pub fn harmonize_with_steps(&self, seed: &[L]) -> (Cochain<L>, usize) {
117 let mut x = seed.to_vec();
118 for i in 0..Self::MAX_STEPS {
119 let next = self.step(&x);
120 if next == x {
121 return (x, i);
122 }
123 x = next;
124 }
125 panic!("el Laplaciano de Tarski no convergió en {} pasos", Self::MAX_STEPS);
126 }
127}
128
129#[cfg(test)]
130mod tests {
131 use super::*;
132 use crate::lattice::{IdentityGalois, Nat, ResetVal};
133
134 fn triangulo() -> LatticeSheaf<Nat, IdentityGalois> {
135 LatticeSheaf::new(3, vec![(0, 1), (1, 2), (2, 0)], IdentityGalois)
136 }
137
138 /// LA prueba de cordura del giro (Addendum T6): sobre el **mismo triángulo**
139 /// donde el haz constante lineal inventa `H¹ = β₁ = 1`, la difusión de Tarski
140 /// con datos monótonos **no** tiene obstrucción: preserva lo local y no
141 /// colapsa a ⊤.
142 #[test]
143 fn triangulo_de_reticulos_no_tiene_obstruccion() {
144 let sheaf = triangulo();
145 let seed = vec![Nat(5), Nat(3), Nat(7)];
146 let harm = TarskiLaplacian::new(&sheaf).harmonize(&seed);
147
148 for (i, h) in harm.iter().enumerate() {
149 assert_ne!(*h, Nat::INF, "no debe colapsar a ⊤");
150 assert!(seed[i] <= *h, "preserva la información local (ascenso)");
151 }
152
153 // Contraste explícito con el MVP lineal: el mismo triángulo SÍ da H¹=1.
154 let lineal = crate::sheaf::Sheaf::constant(3, &[(0, 1), (1, 2), (2, 0)], 1);
155 let coho = crate::cohomology::compute(&lineal).unwrap();
156 assert_eq!(coho.dim_h1, 1, "el lineal inventa la obstrucción; Tarski la disuelve");
157 }
158
159 /// Un reset incompatible (generación distinta, incomparable) colapsa a ⊤:
160 /// obstrucción semántica **real**, no topológica (Addendum §C.4).
161 #[test]
162 fn reset_incompatible_colapsa_a_top() {
163 let sheaf = LatticeSheaf::new(3, vec![(0, 1), (1, 2), (2, 0)], IdentityGalois);
164 let seed = vec![
165 ResetVal::Gen { generation: 0, value: 10 },
166 ResetVal::Gen { generation: 0, value: 10 },
167 ResetVal::Gen { generation: 1, value: 0 }, // réplica 2 reseteó
168 ];
169 let harm = TarskiLaplacian::new(&sheaf).harmonize(&seed);
170 assert!(
171 harm.contains(&ResetVal::Top),
172 "el reset incompatible debe colapsar algún vértice a ⊤"
173 );
174 }
175
176 /// Convergencia en tiempo finito (altura del retículo) y punto fijo genuino.
177 #[test]
178 fn converge_en_tiempo_finito_a_punto_fijo() {
179 let sheaf = LatticeSheaf::new(4, vec![(0, 1), (1, 2), (2, 3), (3, 0)], IdentityGalois);
180 let seed = vec![Nat(1), Nat(2), Nat(3), Nat(4)];
181 let lap = TarskiLaplacian::new(&sheaf);
182 let (harm, steps) = lap.harmonize_with_steps(&seed);
183 assert_eq!(lap.step(&harm), harm, "el resultado es un punto fijo");
184 assert!(steps <= 20, "converge acotado, no dio {steps} pasos");
185 }
186}