haskell-notes

дополнить исчисление константами:

+ , ?, 0 , 1 , 2 , …

И ввести для них правила редукции, которые запрашивают ответ у процессора:

a + b

=

AddW ithCP U ( a, b)

a ? b = M ulW ithCP U ( a, b)

Так же мы можем определить и константы для логических значений:

T rue, F alse, If, N ot, And, Or

И определить правила редукции:

If T rue a b

=

a

If F alse a b

=

b

N ot T rue

=

F alse

N ot F alse

=

T rue

Add F alse a

=

F alse

Add T rue b

=

b

. . .

Такие правила называют ?-редукцией (дельта-редукция).

14.2 Комбинаторная логика

Одновременно с лямбда-исчислением развивалась комбинаторная логика. Она отличается более ком-

пактным представлением. Есть всего лишь одно правило, это применение функции к аргументу. А функции

строятся не из произвольных термов, а из набора основных функций. Набор основных функций называют

базисом.

Рассмотрим лямбда-термы:

?x. x,

?y. y,

?z. z

Все эти термы несут один и тот же смысл. Они представляют тождественную функцию. Они равны, но с

точностью до обозначений. Эта навязчивая проблема с переобозначением аргументов была решена в комби-

наторной логике. Посмотрим как строятся термы:

222 | Глава 14: Лямбда-исчисление

• Есть набор переменных x, y, z, …. Переменная – это терм.

• Есть две константы K и S, они являются термами.

• Если M и N – термы, то ( MN) – терм.

• Других термов нет.

Определены правила редукции для базисных термов:

Kxy

=

x

Sxyz

=

xz( yz)

В этих правилах мы пользуемся соглашением о расстановки скобок. Также как и в лямбда исчислении в

применении скобки группируются влево. Когда мы пишем Kxy, мы подразумеваем (( Kx) y). Термы в ком-

бинаторной логике принято называть комбинаторами. Редукция происходит до тех пор пока мы можем за-

менять вхождения базисных комбинаторов. Так если мы видим связку KXY или SXY Z, где X, Y , Z произ-

вольные термы, то мы можем их заменить согласно правилам редукции. Такие связки называют редексами.

Если в терме нет ни одного редекса, то он находится в нормальной форме. Замену редекса принято называть

свёрткой

Интересно, что комбинаторы K и S совпадают с определением класса Applicative для функций:

instance Applicative (r-> ) where

pure a r = a

( ) a b r = a r (b r)

В этом определении у функций есть общее окружение r, из которого они могут читать значения, так же как

и в случае типа Reader. В методе pure (комбинатор K) мы игнорируем окружение (это константная функция),

а в методе (комбинатор S) передаём окружение в функцию и аргумент и составляем применение функции

в контексте окружения r к значению, которое было получено в контексте того же окружения.

Вернёмся к проблеме различного представления тождественной функции в лямбда-исчислении. В ком-

бинаторной логике тождественная функция выражается так:

I = SKK

Проверим, определяет ли этот комбинатор тождественную функцию:

Ix = SKKx = Kx( Kx) = x

Сначала мы заменили I на его определение, затем свернули по комбинатору S, затем по левому комби-

натору K. В итоге получилось, что

Ix = x

Связь с лямбда-исчислением

Комбинаторная логика и лямбда-исчисление тесно связаны между собой. Можно определить функцию

?, которая переводит термы комбинаторной логики в термы лямбда-исчисления:

?( x)

=

x

?( K)

=

?xy. x

?( S)

=

?xyz. xz( yz)

?( XY )

=

?( X) ?( Y )

В первом уравнении x – переменная. Также можно определить функцию ?, которая переводит термы

лямбда-исчисления в термы комбинаторной логики.

Комбинаторная логика | 223

?( x)

=

x

?( XY )

=

?( X) ?( Y )

?( ?x. Y )

=

[ x] . ?( Y )

Запись [ x] . T , где x – переменная, T – терм, обозначает такой терм D, из которого можно получить терм

T подстановкой переменной x, выполнено свойство:

([ x] . T ) x = T

Эта запись означает параметризацию терма T по переменной x. Терм [ x] . T можно получить с помощью

следующего алгоритма:

[ x] . x

=

SKK

[ x] . X

=

KX,

x /

? V ( X)

[ x] . XY

=

S([ x] . X)([ x] . Y )

В первом уравнении мы заменяем переменную на тождественную функцию, поскольку переменные сов-

падают. Запись V ( X) во втором уравнении обозначает множество всех переменных в терме X. Поскольку

переменная по которой мы хотим параметризовать терм (или абстрагировать) не участвует в самом терме,

мы можем проигнорировать её с помощью постоянной функции K. В последнем уравнении мы параметри-

зуем применение.

С помощью этого алгоритма можно для любого терма T , все переменные которого содержатся в

{x 1 , …xn} составить такой комбинатор D, что Dx 1 …xn = T . Для этого мы последовательно парметризуем

терм T по всем переменным:

[ x 1 , …, xn] . T = [ x 1] . ([ x 2 , …, xn] . T )

Так постепенно мы придём к выражению, считаем что скобки группируются вправо:

[ x 1] . [ x 2] . … [ xn] . T

Немного истории

Комбинаторную логику открыл Моисей Шейнфинкель. В 1920 году на докладе в Гёттингене он рассказал

основные положения этой теории. Комбинаторная логика направлена на выделение простейших строитель-

ных блоков математической логики. В этом докладе появилось понятие частичного применения. Шейнфин-

кель показал как функции многих переменных могут быть сведены к функциям одного переменного. Далее

в докладе описываются пять основных функций, называемых комбинаторами:

Ix

= x

– функция тождества

Cxy = x

– константная функция

T xyz = xzy

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162