damn tweaks16
[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. (I'll use `<>` to indicate a "hole" in a larger expression.)
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, here's what we tried to do.
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 applied---we evaluate `(damn)`---we capture the pending future of that application 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 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 <strong>"bad"</strong> '((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)) 1)
212
213 you'll see something like:
214
215 <blockquote>
216 <strong>"hi"</strong> 6
217 </blockquote>
218
219 In other words, the printing of "hi" already happens on the side, outside of the main evaluation. Continuations don't need to be explicitly invoked.
220
221 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.
222
223 So a better demonstration would do without any device like `print` that already incorporates continuations implicitly. Any continuation-manipulation should be fully explicit.
224
225
226 Can we do better?
227 -----------------
228
229 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:
230
231         '((side-effect . bad) . ((the . man) . (read . (the . (id . book)))))
232
233 Only we want to get this from the evaluation of:
234
235         (cons (cons 'the 'man) 
236                   (cons 'read
237                                 (cons 'the
238                                           (cons (damn) 
239                                                 'book))))
240
241 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.
242
243 How to do this?
244
245 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:
246
247
248         (define damn (lambda () (call/cc (lambda (k) (cons (cons 'side-effect 'bad) (k 'id))))))
249
250
251 The idea here is we capture the continuation that `(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)`.
252
253 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 application of `(cons (cons 'side-effect 'bad) <>)` to anything.
254
255
256 With undelimited continuations
257 ------------------------------
258
259 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.
260
261 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:
262
263         (call/cc (lambda (k) ...))
264
265 we instead write:
266
267         (shift k ...)
268
269 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:
270
271         (reset ...)
272
273 This is a kind of continuation-scope-marker. There are some interesting default behaviors if you don't explicitly specify where the limits are. In fact, in the interactive interpreter we wouldn't need to ever explicitly mark the scopes. They'd by default be just where we want them to be. But we'll be fully explicit here.
274
275 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.
276
277 Going back to the beginning, then. We start with:
278
279         (require racket/control) ; this tells Scheme to let us use shift and reset
280
281         (define damn (lambda () 'id))
282
283 We evaluate:
284
285         (reset (cons (cons 'the 'man) 
286                   (cons 'read
287                                 (cons 'the
288                                           (cons (damn) 
289                                                 'book)))))
290
291 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; but we're inserting it anyway to be explicit and uniform.
292
293 Evaluating that gives us:
294
295         '((the . man) . (read . (the . (id . book))))
296
297
298 Now to pair that with an affective side-issue content, we'd instead define `damn` as:
299
300         (define damn (lambda () (shift k (cons (cons 'side-effect 'bad) (k 'id)))))
301
302 And voila:
303
304         (reset (cons (cons 'the 'man) 
305                   (cons 'read
306                                 (cons 'the
307                                           (cons (damn) 
308                                                         'book)))))
309
310 evaluates to:
311
312         '((side-effect . bad) ((the . man) . (read . (the . (id . book)))))
313
314 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.
315
316
317 Ken's proposal
318 --------------
319
320 Ken Shan pointed out a lovely way to get to the same end-point still using only undelimited continuations (`call/cc`).
321
322         (let ((pragma
323                    ; An ordered pair whose first component is the assertion
324                    ; operator, a unary function, and whose second component
325                    ; is the meaning of "damn", a thunk.
326                    (call/cc (lambda (k)
327                           (cons (lambda (p) p)
328                                         (lambda () (k (cons (lambda (p) (cons (cons 'side-effect 'bad) p))
329                                                                                 (lambda () 'id)))))))))
330           (let ((assert (car pragma)) ; this binds assert to the first element of the pair pragma
331                         (damn   (cdr pragma))) ; this binds damn to the second element of the pair pragma
332                 (assert (cons (cons 'the 'student) (cons 'read (cons 'the (cons (damn) 'book)))))))
333
334 We won't do much to explain this. We'll just leave it for you to chew on.
335
336
337
338
339         #lang racket
340         ;(define damn (lambda () 'id))
341         (define damn (lambda () (call/cc (lambda (k) 
342                                                                           ; (k 'id)
343                                                                            (print "Something's bad")
344                                                                            (k 'id)
345                                                                            ))))
346
347         (list (list 'the (list (damn) 'man))
348                   (list 'read 
349                                 (list 'the (list (damn) 'book))))
350
351
352
353
354
355         #lang racket
356         (require racket/control)
357
358         (define damn0 (lambda ()
359                                         'id))
360
361         (define damn1 (lambda ()
362                                         (cons '("side effect" bad)
363                                                   'id)))
364
365         (define damn2 (lambda () (shift k
366                                                                         (cons '("side effect" bad) 
367                                                                                   (list (k 'id))))))
368
369         (define damn3 (lambda () (shift k
370                                                                         (list (k 'id)
371                                                                                   '("side effect" bad)))))
372
373
374 ; Now if we use damn0, our compositional semantics will work OK but
375 ; we don't yet have any affective contribution:
376
377         (list "main content" 'i (list 'like (list 'the (damn0) 'boy)))
378         ; '("main content" i (like (the id boy)))
379
380
381 ; If we use damn1, we've added in the affective side effect:
382
383         (list "main content" 'i (list 'like (list 'the (damn1) 'boy)))
384         ; '("main content" i (like (the (("side effect" bad) . id) boy)))
385
386 ; However, the context (list 'the <> 'boy) is now being asked to operate
387 ; on an element (("side effect" bad) . id), and it may complain it doesn't
388 ; know what that is. It knows how to use 'id to get (list 'the 'id 'boy),
389 ; and how to use 'bad to get (list 'the 'bad 'boy), but we're supposed to
390 ; have something different here.
391
392 ; To get what we want we need to use (delimited) continuations:
393         (reset (list "main content" 'i (list 'like (list 'the (damn2) 'boy))))
394         ; '(("side effect" bad) ("main content" i (like (the id boy))))
395
396 ; or to get the side effect at the end:
397
398         (reset (list "main content" 'i (list 'like (list 'the (damn3) 'boy))))
399         ; '(("main content" i (like (the id boy))) ("side effect" bad))
400
401 ; If you're working in the interactive interpreter, the outermost "reset" here
402 ; is already in its default position, so it doesn't need to be explicitly
403 ; specified:
404
405         (list "main content" 'i (list 'like (list 'the (damn2) 'boy)))
406         ; '(("side effect" bad) ("main content" i (like (the id boy))))
407
408 ; However, if you're executing this as a file, you would need to include explicit resets.
409
410
411
412 ; Instead of using reset/shift you could use an element like "print" in
413 ; building the side effect, as we did in class. Here you wouldn't require an
414 ; explicit continuation, but as Chris said, that's because "print" already
415 ; represents an implicit continuation.
416
417         (define damn4 (lambda () (begin (print "bad") 'id)))
418         (list "main content" 'i (list 'like (list 'the (damn4) 'boy)))
419         ; "bad"'("main content" i (like (the id boy)))
420 ;
421
422