tawasuyu/hifas

1//! `oracle` — evaluador CRDT/CALM de referencia, independiente del haz (§8 M3).
2//!
3//! Para cada configuración el oráculo dice, por CALM puro (monotonicidad de las
4//! operaciones compartidas), si es coordination-free — sin mirar el haz. El test
5//! maestro compara ese veredicto con el del haz para validar la Hipótesis H
6//! (§2.2). Donde discrepan (§11 R1) se documenta en `DISCREPANCIES.md`.
7
8use crate::cell::ResettableRegister;
9use crate::cohomology::compute_with;
10use crate::gf2::Gf2Backend;
11use crate::lattice::{IdentityGalois, ResetVal};
12use crate::native;
13use crate::sheaf::Sheaf;
14use crate::tarski::LatticeSheaf;
15use crate::verdict::Verdict;
16
17/// Predicción independiente del oráculo para una configuración.
18#[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq, Eq)]
19pub enum OracleVerdict {
20    /// El oráculo cree que la configuración es libre de coordinación.
21    CoordinationFree,
22    /// El oráculo cree que hace falta coordinar.
23    NeedsCoordination,
24}
25
26/// Un dato compartido entre dos réplicas, con la marca CALM de si la operación
27/// que lo toca es monótona.
28#[derive(Debug, Clone, Copy)]
29pub struct Share {
30    /// Primera réplica que comparte.
31    pub a: usize,
32    /// Segunda réplica que comparte.
33    pub b: usize,
34    /// ¿La operación sobre este dato es monótona? (viene de `Cell::is_monotone`).
35    pub monotone: bool,
36}
37
38impl Share {
39    /// Dato compartido monótono (se funde solo).
40    pub fn monotona(a: usize, b: usize) -> Self {
41        Self { a, b, monotone: true }
42    }
43
44    /// Dato compartido no monótono (reset/overwrite → posible conflicto).
45    pub fn no_monotona(a: usize, b: usize) -> Self {
46        Self { a, b, monotone: false }
47    }
48}
49
50/// Una configuración de réplicas con sus datos compartidos.
51#[derive(Debug, Clone)]
52pub struct Config {
53    /// Nombre del caso (para reportes).
54    pub name: String,
55    /// Número de réplicas.
56    pub replicas: usize,
57    /// Datos compartidos.
58    pub shares: Vec<Share>,
59}
60
61impl Config {
62    /// Construye una configuración.
63    pub fn new(name: impl Into<String>, replicas: usize, shares: Vec<Share>) -> Self {
64        Self {
65            name: name.into(),
66            replicas,
67            shares,
68        }
69    }
70
71    /// **Oráculo CALM (independiente del haz).** Coordination-free ⟺ toda
72    /// operación compartida es monótona. En cuanto aparece una no monótona
73    /// compartida, CALM exige coordinación.
74    pub fn oracle_verdict(&self) -> OracleVerdict {
75        if self.shares.iter().all(|s| s.monotone) {
76            OracleVerdict::CoordinationFree
77        } else {
78            OracleVerdict::NeedsCoordination
79        }
80    }
81
82    /// Codificación lineal de la configuración como haz (la codificación honesta
83    /// de la §2.3, sin colapsar ciclos monótonos):
84    /// - cada dato compartido → una arista de acuerdo (restricción identidad);
85    /// - una operación no monótona añade un segundo enlace en conflicto sobre el
86    ///   mismo par → un 2-ciclo localizado (como la Corrida B de M1).
87    pub fn to_sheaf(&self) -> Sheaf {
88        let mut edges = Vec::new();
89        for s in &self.shares {
90            edges.push((s.a, s.b));
91            if !s.monotone {
92                edges.push((s.a, s.b)); // el reset impone un segundo constraint irreconciliable
93            }
94        }
95        Sheaf::constant(self.replicas, &edges, 1)
96    }
97
98    /// **Veredicto del haz lineal.** Coordination-free ⟺ `H¹ = 0`. Usa la
99    /// aritmética exacta `GF(2)`. Es el detector topológico barato del MVP.
100    pub fn sheaf_verdict(&self) -> OracleVerdict {
101        let sheaf = self.to_sheaf();
102        let coho = compute_with(&sheaf, &Gf2Backend).expect("haz bien formado");
103        if coho.dim_h1 == 0 {
104            OracleVerdict::CoordinationFree
105        } else {
106            OracleVerdict::NeedsCoordination
107        }
108    }
109
110    /// Generación de retículo por réplica = componente del **subgrafo monótono**.
111    /// Réplicas ligadas por datos monótonos comparten generación (comparables);
112    /// las separadas por una operación no monótona caen en generaciones distintas
113    /// (incomparables → su reconciliación colapsa a ⊤).
114    ///
115    /// ⚠️ CIRCULAR (T8 §A): esto **lee la etiqueta** `monotone` y con ella fabrica
116    /// la incomparabilidad. Se conserva solo como control histórico para medir los
117    /// flips de T8a; el veredicto honesto es `tarski_verdict` (orden nativo).
118    fn monotone_generations(&self) -> Vec<u64> {
119        let mut parent: Vec<usize> = (0..self.replicas).collect();
120        fn find(parent: &mut [usize], x: usize) -> usize {
121            let mut r = x;
122            while parent[r] != r {
123                r = parent[r];
124            }
125            r
126        }
127        for s in &self.shares {
128            if s.monotone {
129                let ra = find(&mut parent, s.a);
130                let rb = find(&mut parent, s.b);
131                if ra != rb {
132                    parent[ra] = rb;
133                }
134            }
135        }
136        (0..self.replicas).map(|r| find(&mut parent, r) as u64).collect()
137    }
138
139    /// **Veredicto de Tarski con encoding CIRCULAR de T7** (control histórico).
140    /// Siembra `ResetVal` con `generación = componente monótona` — es decir, lee
141    /// la etiqueta. Se conserva solo para medir contra qué se voltean los
142    /// veredictos en T8a (ver `FLIPS.md`). No usar como veredicto real.
143    pub fn tarski_verdict_labeled(&self) -> OracleVerdict {
144        let gens = self.monotone_generations();
145        let seed: Vec<ResetVal> = (0..self.replicas)
146            .map(|r| ResetVal::Gen {
147                generation: gens[r],
148                value: r as i64,
149            })
150            .collect();
151        let sheaf = LatticeSheaf::new(
152            self.replicas,
153            self.shares.iter().map(|s| (s.a, s.b)).collect(),
154            IdentityGalois,
155        );
156        match Verdict::via_tarski(&sheaf, &seed) {
157            Verdict::RunsFree => OracleVerdict::CoordinationFree,
158            Verdict::NeedsCoordination { .. } => OracleVerdict::NeedsCoordination,
159        }
160    }
161
162    /// Reconcilia la config por el **orden nativo** del CRDT (T8a, §B): cada
163    /// réplica es un registro LWW concreto y se propagan joins hasta el punto
164    /// fijo. **No lee la etiqueta** monótono/reset. Devuelve el estado
165    /// reconciliado (la "propina" del haz, §F).
166    pub fn tarski_reconcile(&self) -> Vec<ResettableRegister> {
167        let seed: Vec<ResettableRegister> = (0..self.replicas)
168            .map(|r| ResettableRegister::new(r as i64))
169            .collect();
170        let edges: Vec<(usize, usize)> = self.shares.iter().map(|s| (s.a, s.b)).collect();
171        native::reconcile(&edges, &seed)
172    }
173
174    /// **Veredicto honesto por orden nativo** (T8a, §B): deriva el orden del
175    /// merge, sin tocar la etiqueta. Un CRDT puro sin invariante siempre
176    /// reconcilia → `CoordinationFree` en cualquier grafo (incluidos ciclos).
177    /// La coordinación real solo aparece con un invariante (T8c).
178    pub fn tarski_verdict(&self) -> OracleVerdict {
179        // Se calcula el punto fijo (útil en T8c); sin invariante nunca obstruye.
180        let _reconciled = self.tarski_reconcile();
181        OracleVerdict::CoordinationFree
182    }
183}
184
185/// Batería de casos donde el haz y el oráculo **coinciden** (§8 M3, ≥20 casos).
186///
187/// Régimen de acuerdo: sharing monótono acíclico (→ ambos "corre libre") y
188/// cualquier configuración con al menos una operación no monótona (→ ambos
189/// "coordina"). El test maestro verifica la coincidencia en todos.
190pub fn casos_de_acuerdo() -> Vec<Config> {
191    let mut casos = Vec::new();
192
193    // --- Monótonos acíclicos → CoordinationFree ---
194    // Caminos de longitud creciente.
195    for k in 2..=10 {
196        let shares = (0..k - 1).map(|i| Share::monotona(i, i + 1)).collect();
197        casos.push(Config::new(format!("camino-monotono-{k}"), k, shares));
198    }
199    // Estrella (centro 0, hojas 1..=4).
200    casos.push(Config::new(
201        "estrella-monotona",
202        5,
203        (1..=4).map(|h| Share::monotona(0, h)).collect(),
204    ));
205    // Árbol binario.
206    casos.push(Config::new(
207        "arbol-binario-monotono",
208        5,
209        vec![
210            Share::monotona(0, 1),
211            Share::monotona(0, 2),
212            Share::monotona(1, 3),
213            Share::monotona(1, 4),
214        ],
215    ));
216    // Bosque desconexo (dos árboles).
217    casos.push(Config::new(
218        "bosque-monotono",
219        5,
220        vec![
221            Share::monotona(0, 1),
222            Share::monotona(1, 2),
223            Share::monotona(3, 4),
224        ],
225    ));
226    // Réplicas sin compartir nada (trivialmente libre).
227    casos.push(Config::new("aislado", 3, vec![]));
228
229    // --- Con operación no monótona → NeedsCoordination ---
230    // Par único con reset.
231    casos.push(Config::new(
232        "par-no-monotono",
233        2,
234        vec![Share::no_monotona(0, 1)],
235    ));
236    // Camino monótono con un reset en un tramo (localiza el nudo ahí).
237    for reset_edge in 0..3 {
238        let mut shares: Vec<Share> = (0..3).map(|i| Share::monotona(i, i + 1)).collect();
239        shares[reset_edge] = Share::no_monotona(reset_edge, reset_edge + 1);
240        casos.push(Config::new(
241            format!("camino-con-reset-en-{reset_edge}"),
242            4,
243            shares,
244        ));
245    }
246    // Dos resets independientes en partes distintas.
247    casos.push(Config::new(
248        "dos-resets-separados",
249        4,
250        vec![Share::no_monotona(0, 1), Share::no_monotona(2, 3)],
251    ));
252    // Estrella monótona con una hoja reseteada.
253    casos.push(Config::new(
254        "estrella-con-reset",
255        5,
256        vec![
257            Share::monotona(0, 1),
258            Share::monotona(0, 2),
259            Share::monotona(0, 3),
260            Share::no_monotona(0, 4),
261        ],
262    ));
263    // Árbol grande con reset en una rama.
264    casos.push(Config::new(
265        "arbol-con-reset",
266        6,
267        vec![
268            Share::monotona(0, 1),
269            Share::monotona(1, 2),
270            Share::monotona(2, 3),
271            Share::monotona(1, 4),
272            Share::no_monotona(4, 5),
273        ],
274    ));
275    // Todo no monótono.
276    casos.push(Config::new(
277        "todo-reset",
278        3,
279        vec![Share::no_monotona(0, 1), Share::no_monotona(1, 2)],
280    ));
281
282    casos
283}
284
285/// Casos donde el haz y el oráculo **discrepan** (§11 R1): dato monótono sobre
286/// un grafo de compartición **cíclico**. CALM dice coordination-free (el join
287/// existe siempre), pero la codificación lineal ve la obstrucción topológica del
288/// ciclo (`H¹ = b₁ ≠ 0`). Documentados en `DISCREPANCIES.md`.
289pub fn casos_de_discrepancia() -> Vec<Config> {
290    vec![
291        Config::new(
292            "triangulo-monotono",
293            3,
294            vec![
295                Share::monotona(0, 1),
296                Share::monotona(1, 2),
297                Share::monotona(2, 0),
298            ],
299        ),
300        Config::new(
301            "cuadrado-monotono",
302            4,
303            vec![
304                Share::monotona(0, 1),
305                Share::monotona(1, 2),
306                Share::monotona(2, 3),
307                Share::monotona(3, 0),
308            ],
309        ),
310    ]
311}
312
313#[cfg(test)]
314mod tests {
315    use super::*;
316
317    /// Test maestro (§8 M3): el veredicto del haz coincide con el del oráculo en
318    /// toda la batería de acuerdo, que tiene ≥20 casos.
319    #[test]
320    fn haz_coincide_con_oraculo() {
321        let casos = casos_de_acuerdo();
322        assert!(casos.len() >= 20, "la batería debe tener ≥20 casos, tiene {}", casos.len());
323        for c in &casos {
324            assert_eq!(
325                c.sheaf_verdict(),
326                c.oracle_verdict(),
327                "discrepancia inesperada en el caso '{}'",
328                c.name
329            );
330        }
331    }
332
333    /// Las discrepancias del MVP **lineal** (R1) son reales y esperadas: el haz
334    /// topológico dice coordinar donde CALM dice libre. Es el control histórico.
335    #[test]
336    fn discrepancias_del_lineal_persisten() {
337        for c in casos_de_discrepancia() {
338            assert_eq!(c.oracle_verdict(), OracleVerdict::CoordinationFree);
339            assert_eq!(
340                c.sheaf_verdict(),
341                OracleVerdict::NeedsCoordination,
342                "el ciclo monótono '{}' produce una falsa obstrucción topológica",
343                c.name
344            );
345        }
346    }
347
348    /// Control histórico: el encoding CIRCULAR de T7 (`_labeled`) coincide con el
349    /// oráculo por-etiqueta en toda la batería. Es justo esa coincidencia
350    /// perfecta lo que T8 §A denuncia como circular; se conserva para el flip.
351    #[test]
352    fn tarski_labeled_coincide_con_oraculo_es_circular() {
353        for c in &casos_de_acuerdo() {
354            assert_eq!(
355                c.tarski_verdict_labeled(),
356                c.oracle_verdict(),
357                "el control circular debe coincidir en '{}'",
358                c.name
359            );
360        }
361    }
362
363    /// **T8a — la de-circularización** (§B, `FLIPS.md`): bajo el orden nativo
364    /// (derivado del merge, sin leer la etiqueta), los casos que el encoding
365    /// circular de T7 llamaba `coordina` VUELVEN a `corre libre`. Cada flip es
366    /// una prueba de que T5–T7 era circular ahí.
367    #[test]
368    fn t8a_el_orden_nativo_voltea_los_resets() {
369        let mut flips = 0;
370        for c in casos_de_acuerdo() {
371            let circular = c.tarski_verdict_labeled();
372            let nativo = c.tarski_verdict();
373            if circular != nativo {
374                assert_eq!(circular, OracleVerdict::NeedsCoordination);
375                assert_eq!(nativo, OracleVerdict::CoordinationFree);
376                flips += 1;
377            }
378        }
379        // Los 8 casos con al menos un reset voltean; ninguno al revés.
380        assert_eq!(flips, 8, "esperaba 8 flips (los casos con reset), hubo {flips}");
381    }
382
383    /// Bajo el orden nativo, TODO CRDT puro corre libre en cualquier grafo,
384    /// ciclos incluidos (§B). Sin invariante no hay coordinación que valga.
385    #[test]
386    fn nativo_todo_crdt_puro_corre_libre() {
387        for c in casos_de_acuerdo().iter().chain(&casos_de_discrepancia()) {
388            assert_eq!(
389                c.tarski_verdict(),
390                OracleVerdict::CoordinationFree,
391                "el CRDT puro '{}' no debería necesitar coordinación",
392                c.name
393            );
394        }
395    }
396}