haskell-notes

– функция перестановки

Zxyz = x( yz)

– функция группировки

Sxyz = xz( yz)

– функция слияния

С помощью этих функций можно избавиться в формулах от переменных, так например свойство комму-

тативности функции A можно представить так: T A = A. Эти комбинаторы зависят друг от друга. Можно

убедиться в том, что:

I

=

SCC

Z

=

S( CS) S

T

=

S( ZZS)( CC)

Все комбинаторы выражаются через комбинаторы C и S. Ранее мы пользовались другими обозначениями

для этих комбинаторов. Обозначения K и S ввёл Хаскель Карри (Haskell Curry). Независимо от Шейнфинкеля

он переоткрыл комбинаторную логику и существенно развил её. В современной комбинаторной логике для

обозначения комбинаторов I, C, T , Z и S (по Шейнфинкелю) принято использовать имена I, K, C, B, S

(по Карри).

224 | Глава 14: Лямбда-исчисление

14.3 Лямбда-исчисление с типами

Мы можем добавить в лямбда-исчисление типы. Предположим, что у нас есть множество V базовых типов.

Тогда тип это:

T = V | T > T

Тип может быть либо одним элементом из множества базовых типов. Либо стрелочным (функциональ-

ным) типом. Выражение “терм M имеет тип ?” принято писать так: M?. Стрелочный тип ? > ? как и в

Haskell говорит о том, что если у нас есть значение типа ?, то с помощью операции применения мы можем

из терма с этим стрелочным типом получить терм типа ?.

Опишем правила построения термов в лямбда-исчислении с типами:

• Переменные x?, y?, z?, … являются термами.

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

• Если x? – переменная и M? – терм, то ( ?x?. M?) ?>? – терм

• Других термов нет.

Типизация накладывает ограничение на то, какие выражения мы можем комбинировать. В этом есть

плюсы и минусы. Теперь наша система является строго нормализуемой, это означает, что любой терм име-

ет нормальную форму. Но теперь мы не можем выразить все функции на числах. Например мы не можем

составить Y -комбинатор, поскольку теперь самоприменение ( ee) невозможно.

Мы ввели типы, но лишились рекурсии. Как нам быть? Эта проблема решается с помощью введения

специальной константы Y ( ?>?) >?

?

, которая обозначает комбинатор неподвижной точки. Правило редукции

для Y :

( Y? f ?>? ) ? = ( f ?>? ( Y? f ?>? )) ?

Можно убедиться в том, что это правило роходит проверку типов. Типизированное лямбда-исчисление

дополненное комбинатором неподвижной точки способно выразить все числовые функции.

14.4 Краткое содержание

В этой главе мы познакомились с лямбда-исчислением и комбинаторной логикой, двумя конструктив-

ными теориями функций. Конструктивными в том смысле, что определение функции содержит не набор

значений, а рецепт получения этих значений. В лямбда-исчислении мы видим как функция была построена,

из каких простейших частей она состоит. Редукция термов позволяет вычислять функции.

Мы узнали, что функциями можно кодировать логические значения и числа. Узнали, что все численные

функции могут быть закодированы лямбда-термами.

14.5 Упражнения

• С помощью редукции убедитесь в том, что верны формулы (в терминах Карри) :

B

=

S( KS) S

C

=

S( BBS)( KK)

Bxyz

=

xzy

Cxyz

=

x( yz)

• Попробуйте закодировать пары с помощью лямбда термов. Вам необходимо построить три функции:

P air, F st, Snd, которые обладают свойствами:

Лямбда-исчисление с типами | 225

F st ( P air a b)

=

a

Snd ( P air a b)

=

b

• в комбинаторной логике тоже есть комбинатор неподвижной точки, найдите его с помощью алгоритма

приведения термов лямбда исчисления к термам комбинаторной логики. Для краткости лучше вместо

SKK писать просто I.

• Напишите типы Lam и App, которые описывают лямбда-термы и термы комбинаторной логики в Haskell.

Напишите функции перевода из значений Lam в App и обратно.

226 | Глава 14: Лямбда-исчисление

Глава 15

Теория категорий

Многие понятия в Haskell позаимствованы из теории категорий, например это функторы, монады. Теория

категорий – это скорее язык, математический жаргон, она настолько общая, что кажется ей нет никакого

применения. Возможно это и так, но в этом языке многие сущности, которые лишь казались родственными

и было смутное интуитивное ощущение их близости, становятся тождественными.

Теория категорий занимается описанием функций. В лямбда-исчислении основной операцией была под-

становка значения в функцию, а в теории категорий мы сосредоточимся на операции композиции. Мы будем

соединять различные объекты так, чтобы структура объектов сохранялась. Структура объекта будет опреде-

ляться свойствами, которые продолжают выполнятся после преобразования объекта.

15.1 Категория

Мы будем говорить об объектах и связях между ними. Связи принято называть “стрелками” или “мор-

физмами”. Далее мы будем пользоваться термином стрелка. У стрелки есть начальный объект, его называют

доменом (domain) и конечный объект, его называют кодоменом (codomain).

f

A

B

В этой записи стрелка f соединяет объекты A и B, в тексте мы будем писать это так f : A > B, словно

стрелка это функция, а объекты это типы. Мы будем обозначать объекты большими буквами A, B, C, …, а

стрелки – маленькими буквами f, g, h, … Для того чтобы связи было интереснее изучать мы введём такое

правило:

f

A

B

g

f ; g

C

Если конец стрелки f указывает на начало стрелки g, то должна быть такая стрелка f ; g, которая обозна-

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