5947632227838408d385de9a491d31f27570d5cb
[lambda.git] / damn.mdwn
1 Expressives such as "damn" have side effects that don't affect the
2 at-issue value of the sentence in which they occur.  What this claim
3 says is unpacked at some length here: <http://tinyurl.com/cbarker/salt/interaction/salt.pdf>.
4
5 In brief, "The man read the damn book" means the same thing as "The
6 man read the book" as far as what must be the case in the world for
7 the sentence to be true.  However, the sentence with the "damn" in it
8 in addition conveys the claim that something about the described
9 situtation is not as it should be.  (The person who is committed to
10 that claim is whoever utters the sentence.)
11
12 So we need a way of evaluating sentences that allows "damn" to launch
13 a side effect without affecting the truth conditions of the sentence
14 in which it occurs.
15
16 Furthermore, we don't want to change the meaning of "the", "man",
17 "read", or "book"---those elements are completely innocent, and
18 shouldn't be burdened with helping compute affective content.
19
20
21
22 What we did in Monday's seminar
23 ===============================
24
25 We start with a simulation of semantic composition:
26
27         (cons (cons 'the 'man) 
28                   (cons 'read
29                                 (cons 'the
30                                           'book)))
31
32 That evaluates to nested structure of pairs, that Scheme displays as:
33
34         '((the . man) . (read . (the . book)))
35
36 If you try it yourself, you may see instead:
37
38         '((the . man) read the . book)
39
40 This is shorthand for the same thing. Just trust me on that.
41
42 What's going on here?
43 ---------------------
44
45 `(cons M N)` is a request to build an ordered pair out of the values M and N.
46 Scheme displays that pair as `'(M . N)` You can't write `(M . N)` yourself and expect Scheme to understand that you're talking about this pair. If you tried, to, Scheme would think you're trying to apply the function M to some arguments, which you're not, and also
47 Scheme would be confused by what argument the `.` is supposed to be. So, you say:
48
49         (cons M N)
50
51 and that evaluates to an ordered pair, and Scheme displays that ordered pair as
52
53         '(M . N)
54
55 You *can* write `'(M . N)` (with the prefixed single quote), and Scheme will understand you then. However, we're going to be using that same single quote prefix to do something else in a moment, and I don't want now to explain how these uses are related. So we'll write out `(cons M N)` longhand, and we'll leave the `'(M . N)` notation to Scheme for displaying the pair we built.
56
57 There is an underlying reason why parentheses are used both when displaying the ordered pair, and also to mean "apply this function to these arguments." However, at this point, you may well see this as a confusing overloading of parentheses to fill different syntactic roles.
58
59 Now what about the elements of our ordered pairs. Why do we say `(cons 'the 'man)`. Why are those single quotes there? Well, if you just said `(cons the man)`, Scheme would understand `the` and `man` to be variables, and it would complain that you hadn't bound these variables to any values. We don't want to build an ordered pair out of the values possessed by variables `the` and `man`. Instead, we want to just make up some primitive value THE to stand for the meaning of an object-language determiner, and some primitive value MAN to stand for the meaning of an object-language noun phrase. The notation `'the` is Scheme's way of designating a primitive atomic value. Note there is no closing single quote, only a prefixed one. Scheme calls these primitive atomic values "symbols." That term is a bit misleading, because the symbol `'the` is not the same as the variable `the`. Neither is it the same as what's called the string `"the"`. The latter is a structured value, composed out of three character values. The symbol `'the`, on the other hand, is an atomic value. It has no parts. (The notation the programmer uses to designate this atomic value has four characters, but the value designated itself has no parts.) If you think this is all somewhat confusing, you're right. It gets easier with practice.
60
61 `'the` can also be written `(quote the)`. This is even more confusing, because here the `the` is not interpreted as a variable. (Try `(let* ((the 3)) (quote the))`.) If you come across `(quote the)`, just read it as a verbose (and perhaps misleading) way of writing `'the`, not as the application of any function to any value.
62
63 Okay, so what we've done is just create a bunch of new atomic values `'the`, `'man`, and so on. Scheme doesn't know how to do much with these. It knows for instance that `'the` is the same value as `'the` and a different value than `'man`. But it doesn't know much more than that. That's all we need or want here.
64
65 And we built a tree out of those values, representing the tree by a nested structure of pairs of leaf-labels.
66
67 The program we submitted to Scheme:
68
69         (cons (cons 'the 'man) 
70                   (cons 'read
71                                 (cons 'the
72                                           'book)))
73
74 evaluates to the nested structure of pairs that Scheme displays as:
75
76         '((the . man) . (read . (the . book)))
77
78 ---or as an equivalent shorthand. And although there aren't `'`s prefixed to each of the elements of this nested structure, those elements are still the `'the`, `'man` and so on primitive atomic values that we specified. Not the values (if any) possessed by some variables `the`, `man`, and so on.
79
80 We can think of this nested structure of pairs as the tree:
81
82                                  /----------------\
83                                 /                  \
84                            /                    \
85                           /                      \
86                          /                        \                                  
87                         / \                      / \
88                    /   \                    /   \
89                   /     \                  /     \
90                  /       \                /       \
91         meaning of   meaning of   meaning of   \
92           "the"        "man"       "read"      / \
93                                                                                   /   \
94                                                                                  /     \
95                                                                                 /       \
96                                                                         meaning of  meaning of
97                                                                           "the"      "book"
98
99 Okay, let's get back to "damn."
100
101 We start by defining `damn` as a "thunk" that when applied to zero arguments returns a trivial adjectival meaning, which we'll designate with the primitive symbol `'id`.
102
103 What's a "thunk"?
104 -----------------
105
106 Remember, in Scheme you can have functions that take one value, and also functions that take two values, and also functions that take zero values. The last ones are called "thunks." The thunk is not identical to the value it returns. For instance:
107
108         (lambda () 3)
109
110 is a thunk that returns the integer 3. If we bind the variable `t` to that thunk, then `t` is a function (Scheme will display it as `#<procedure>`)
111 not an integer. Whereas `(t)` is an integer not a function.
112
113 There's no reason yet on hand for us to make `damn` be a thunk. For present purposes, we could also just define `damn` to be the symbol `'id`. But what we're going to go on to do does require us to make `damn` be a thunk. The reason for that is to postpone the evaluation of some expressions until the continuations we want to operate on are in place. So for uniformity we're going to make `damn` be a thunk right from the beginning.
114
115 As we said, `damn` starts as a thunk that returns a trivial adjectival meaning `'id`:
116
117         (define damn (lambda () 'id))
118
119 Now we can say:
120
121         (cons (cons 'the 'man) 
122                   (cons 'read
123                                 (cons 'the
124                                           (cons (damn) 
125                                                 'book))))
126
127 and we get back:
128
129         ((the . man) . (read . (the . (id . book))))
130
131 ---or an equivalent shorthand. (I'm now going to stop saying this.)
132
133
134 How to get some affective meaning into damn?
135 --------------------------------------------
136
137 We might try:
138
139
140         (define damn (lambda () 'bad))
141
142 But then:
143
144         (cons (cons 'the 'man) 
145                   (cons 'read
146                                 (cons 'the
147                                           (cons (damn) 
148                                                 'book))))
149
150 gives us:
151
152         ((the . man) . (read . (the . (bad . book))))
153
154 Which is not quite what we're looking for. We don't want to contribute the normal adjectival meaning of "bad" to the proposition asserted. Instead we want badness to be a side-issue linguistic contribution. We might try:
155
156         (define damn (lambda () (cons 'side-effect 'bad)))
157
158 But then we'd get:
159
160         ((the . man) . (read . (the . ((side-effect . bad) . book))))
161
162 and we said at the outset that the context `(the . ( ... . book))` shouldn't need to know how to interact with affective meanings. That's precisely the problem we're trying to solve.
163
164
165 Let's use continuations
166 -----------------------
167
168 A promising way to handle this is with **continuations**, which you will get much more familiar with as this seminar progresses. Don't worry about not understanding what's going on quite yet. This is just an advertisement that's supposed to provoke your imagination.
169
170 Chris and others have applied the apparatus of continuations to the analysis of expressives in the paper cited at the top. For a simple in-class demonstration, we tried to do the following.
171
172         (call/cc (lambda k ...))
173
174 is Scheme's way of saying:
175         
176 >       bind the continuation of this complex expression to `k` and evaluate the `...`
177
178
179 So now we define `damn` like this:
180
181         (define damn (lambda () (call/cc (lambda (k) (print "bad") (k 'id)))))
182
183 In other words, `damn` is a thunk. When that thunk is evaluated (`(damn)`), we capture the pending future of the computation and bind that to `k`. Then we print "bad" and supply the argument `'id` to `k`. This last step means we go on evaluating the pending future contribution as if `(damn)` had simply returned `'id`.
184
185 What happens then when we evaluate:
186
187         (cons (cons 'the 'man) 
188                   (cons 'read
189                                 (cons 'the
190                                           (cons (damn) 
191                                                 'book))))
192
193 We get something like this:
194
195 <blockquote>
196 <bold>"bad"</bad> ((the . man) . (read . (the . (id . book))))
197 </blockquote>
198
199 Yay! The affective meaning has jumped out of the compositional evaluation of the main sentence, and the context `(the . (... . book))` only has to deal with the trivial adjectival meaning `'id`.
200
201
202 But
203 ---
204
205 As came out in discussion, the `print` we're using here already constitutes a kind of side-effect mechanism of its own. If you say:
206
207         (define three-thunk (lambda () (print "hi") 3))
208
209 and then ask for the evaluation of:
210
211         (+ 2 (three-thunk))
212
213 you'll see something like:
214
215 <blockquote>
216 <bold>"hi"</bad> 5
217 </blockquote>
218
219 So the demonstration we tried in class was pedagogically flawed. It didn't properly display how continuations are a minimally effective apparatus for representing affective meaning. In fact, continuations were still doing the work, but it wasn't the explicit continuations we were writing out for you. It was instead continuations implicit in the `print` operation.
220
221 So a better demonstration would do without any device like `print` that already incorporates continuations implicitly. Any continuation-manipulation should be fully explicit.
222
223
224 Can we do better?
225 -----------------
226
227 Instead of representing the side-issue affective contribution by printing "bad", let's instead try to build a pair of side-effect contributions and at-issue assertion. Then what we want would be something like:
228
229         ((side-effect . bad) . ((the . man) . (read . (the . (id . book)))))
230
231 Only we want to get this from the evaluation of:
232
233         (cons (cons 'the 'man) 
234                   (cons 'read
235                                 (cons 'the
236                                           (cons (damn) 
237                                                 'book))))
238
239 where `(damn)` doesn't have widest scope. And we don't want to have to recruit all the other semantic material into accepting and passing along a possible affective argument.
240
241 How to do this?
242
243 It's not immediately clear how to do it with "undelimited" continuations, of the sort captured by `call/cc`. This is the natural first thing to try:
244
245
246         (define damn (lambda () (call/cc (lambda (k) (cons (cons 'side-effect 'bad) (k 'id))))))
247
248
249 The idea here is we capture the continuation that the thunk `(damn)` has when it gets evaluated. This continuation is bound to the variable `k`. We supply `'id` as an argument to that continuation. When the main, at-issue tree is all built, then we return a pair `((side-effect bad) AT-ISSUE-TREE)`.
250
251 However, this doesn't work. The reason is that an undelimited continuation represents the future of the evaluation of `(damn)` *until the end of the computation*. So when `'id` is supplied to `k`, we go back to building the at-issue tree until we're finished *and that's the end of the computation*. We never get to go back and evaluate the context `(cons (cons 'side-effect 'bad) ...)`.
252
253
254 With undelimited continuations
255 ------------------------------
256
257 The straightforward way to fix this is to use, not undelimited continuations, but instead a more powerful apparatus called "delimited continuations." These too will be explained in due course, don't expect to understand all this now.
258
259 A delimited continuation is captured not by using `call/cc`, but instead by using a variety of other operators. We'll use the operator `shift`. This substitutes for `call/cc`. The syntax in Scheme is slightly different. Whereas we wrote:
260
261         (call/cc (lambda k ...))
262
263 we instead write:
264
265         (shift k ...)
266
267 but the behavior is the same. It's just that now our continuation doesn't stretch until the end of the computation, but only up to some specified limit. The limit of the continuation is specified using the syntax:
268
269         (reset ...)
270
271 This is a kind of continuation-scope-marker. There are some interesting default behaviors if you don't explicitly specify where the limits are. But we'll be fully explicit here.
272
273 If a block `...` never invokes a shift, then `(reset ...)` will evaluate just the same as `...`. So for uniformity, we can designate our continuation-scopes even on computations that don't capture and manipulate continuations.
274
275 Going back to the beginning, then. We start with:
276
277         (define damn (lambda () 'id))
278
279 We evaluate:
280
281         (reset (cons (cons 'the 'man) 
282                   (cons 'read
283                                 (cons 'the
284                                           (cons (damn) 
285                                                 'book)))))
286
287 Remember, the reset isn't actually *doing* anything. It's not a function that's taking the other material as an argument. It's instead a scope-marker. Here it's not even needed (and in fact in the interactive interpreter, it wouldn't even be needed when we invoke continuations, because of the default position it takes).  But we're inserting it to be explicit and uniform.
288
289 Evaluating that gives us:
290
291         ((the . man) . (read . (the . (id . book))))
292
293
294 Now to pair that with an affective side-issue content, we'd instead define `damn` as:
295
296         (require racket/control) ; this tells Scheme to let us use shift and reset
297         (define damn (lambda () (shift k (cons (cons 'side-effect 'bad) (k 'id)))))
298
299 And voila:
300
301 (reset (cons (cons 'the 'man) 
302       (cons 'read
303             (cons 'the
304                   (cons (damn) 
305                         'book)))))
306
307 evaluates to:
308
309         ((side-effect bad) ((the . man) . (read . (the . (id . book)))))
310
311 So that's the straightforward way of repairing the strategy we used in class, without using `print`. We also have to switch to using delimited continuations.
312
313
314 Ken's proposal
315 --------------
316
317 Ken Shan pointed out a lovely way to get to the same end-point still using only undelimited continuations (`call/cc`).
318
319 (let ((pragma
320        ; An ordered pair whose first component is the assertion
321        ; operator, a unary function, and whose second component
322        ; is the meaning of "damn", a thunk.
323        (call/cc (lambda (k)
324           (cons (lambda (p) p)
325                 (lambda () (k (cons (lambda (p) (cons (cons 'side-effect 'bad) p))
326                                     (lambda () 'id)))))))))
327   (let ((assert (car pragma)) ; this binds assert to the first element of the pair pragma
328         (damn   (cdr pragma))) ; this binds damn to the second element of the pair pragma
329     (assert (cons (cons 'the 'student) (cons 'read (cons 'the (cons (damn) 'book)))))))
330
331 We won't do much to explain this. We'll just leave it for you to chew on.
332
333
334
335
336         #lang racket
337         ;(define damn (lambda () 'id))
338         (define damn (lambda () (call/cc (lambda (k) 
339                                                                           ; (k 'id)
340                                                                            (print "Something's bad")
341                                                                            (k 'id)
342                                                                            ))))
343
344         (list (list 'the (list (damn) 'man))
345                   (list 'read 
346                                 (list 'the (list (damn) 'book))))
347
348
349
350
351
352         #lang racket
353         (require racket/control)
354
355         (define damn0 (lambda ()
356                                         'id))
357
358         (define damn1 (lambda ()
359                                         (cons '("side effect" bad)
360                                                   'id)))
361
362         (define damn2 (lambda () (shift k
363                                                                         (cons '("side effect" bad) 
364                                                                                   (list (k 'id))))))
365
366         (define damn3 (lambda () (shift k
367                                                                         (list (k 'id)
368                                                                                   '("side effect" bad)))))
369
370
371 ; Now if we use damn0, our compositional semantics will work OK but
372 ; we don't yet have any affective contribution:
373
374         (list "main content" 'i (list 'like (list 'the (damn0) 'boy)))
375         ; '("main content" i (like (the id boy)))
376
377
378 ; If we use damn1, we've added in the affective side effect:
379
380         (list "main content" 'i (list 'like (list 'the (damn1) 'boy)))
381         ; '("main content" i (like (the (("side effect" bad) . id) boy)))
382
383 ; However, the context (list 'the ... 'boy) is now being asked to operate
384 ; on an element (("side effect" bad) . id), and it may complain it doesn't
385 ; know what that is. It knows how to use 'id to get (list 'the 'id 'boy),
386 ; and how to use 'bad to get (list 'the 'bad 'boy), but we're supposed to
387 ; have something different here.
388
389 ; To get what we want we need to use (delimited) continuations:
390         (reset (list "main content" 'i (list 'like (list 'the (damn2) 'boy))))
391         ; '(("side effect" bad) ("main content" i (like (the id boy))))
392
393 ; or to get the side effect at the end:
394
395         (reset (list "main content" 'i (list 'like (list 'the (damn3) 'boy))))
396         ; '(("main content" i (like (the id boy))) ("side effect" bad))
397
398 ; If you're working in the interactive interpreter, the outermost "reset" here
399 ; is already in its default position, so it doesn't need to be explicitly
400 ; specified:
401
402         (list "main content" 'i (list 'like (list 'the (damn2) 'boy)))
403         ; '(("side effect" bad) ("main content" i (like (the id boy))))
404
405 ; However, if you're executing this as a file, you would need to include explicit resets.
406
407
408
409 ; Instead of using reset/shift you could use an element like "print" in
410 ; building the side effect, as we did in class. Here you wouldn't require an
411 ; explicit continuation, but as Chris said, that's because "print" already
412 ; represents an implicit continuation.
413
414         (define damn4 (lambda () (begin (print "bad") 'id)))
415         (list "main content" 'i (list 'like (list 'the (damn4) 'boy)))
416         ; "bad"'("main content" i (like (the id boy)))
417 ;
418
419