haskell-notes

чает составную стрелку. Вводится специальная операция “точка с запятой”, которая называется композицией

стрелок: Это правило говорит о том, что связи распространяются по объектам. Теперь у нас есть не просто

объекты и стрелки, а целая сеть объектов, связанных между собой. Тот факт, что связи действительно рас-

пространяются отражается свойством:

f ; ( g ; h) = ( f ; g) ; h

Это свойство называют ассоциативностью. Оно говорит о том, что стрелки, которые образуют составную

стрелку являются цепочкой и нам не важен порядок их группировки, важно лишь кто за кем идёт. Подра-

зумевается, что стрелки f, g и h имеют подходящие типы для композиции, что их можно соединять. Это

свойство похоже на интуитивное понятие пути, как цепочки отрезков.

Связи между объектами можно трактовать как преобразования объектов. Стрелка f : A > B – это способ,

с помощью которого мы можем перевести объект A в объект B. Композиция в этой аналогии приобретает

естественную интерпретацию. Если у нас есть способ f : A > B преобразования объекта A в объект B, и

способ g : B > C преобразования объекта B в объект C, то мы конечно можем, применив сначала f, а

затем g, получить из объекта A объект C.

Когда мы думаем о стрелках как о преобразовании, то естественно предположить, что у нас есть преобра-

зование, которое ничего не делает, как тождественная функция. В будем говорить, что для каждого объекта

A есть стрелка idA, которая начинается из этого объекта и заканчивается в нём же.

| 227

idA : A > A

Тот факт, что стрелка idA ничего не делает отражается свойствами, которые должны выполняться для

всех стрелок:

idA ; f

=

f

f ; idA

=

f

Если мы добавим к любой стрелке тождественную стрелку, то от этого ничего не изменится.

Всё готово для того чтобы дать формальное определение понятия категории (category). Категория это:

• Набор объектов (object).

• Набор стрелок (arrow) или морфизмов (morphism).

• Каждая стрелка соединяет два объекта, но объекты могут совпадать. Так обозначают, что стрелка f

начинается в объекте A и заканчивается в объекте B:

f : A > B

При этом стрелка соединяет только два объекта:

f : A > B, f : A > B

?

A = A , B = B

• Определена операция композиции или соединения стрелок. Если конец одной стрелки совпадает с

началом другой, то их можно соединить вместе:

f : A > B, g : B > C

? f ; g : A > C

• Для каждого объекта есть стрелка, которая начинается и заканчивается в этом объекте. Эту стрелку

называют тождественной (identity):

idA : A > A

Должны выполняться аксиомы:

• Тождество id

id ; f = f

f ; id = f

• Ассоциативность ;

f ; ( g ; h) = ( f ; g) ; h

Приведём примеры категорий.

• Одна точка с одной тождественной стрелкой образуют категорию.

• В категории Set объектами являются все множества, а стрелками – функции. Стрелки соединяются с

помощью композиции функций, тождественная стрелка, это тождественная функция.

• В категории Hask объектами являются типы Haskell, а стрелками – функции, стрелки соединяются с

помощью композиции функций, тождественная стрелка, это тождественная функция.

• Ориентированный граф может определять категорию. Объекты – это вершины, а стрелки это связанные

пути в графе. Соединение стрелок – это соединение путей, а тождественная стрелка, это путь в котором

нет ни одного ребра.

228 | Глава 15: Теория категорий

• Упорядоченное множество, в котором есть операция сравнения на больше либо равно задаёт катего-

рию. Объекты – это объекты множества. А стрелки это пары объектов таких, что первый объект меньше

второго. Первый объект в паре считается начальным, а второй конечным.

( a, b) : a > b

если a ? b

Стрелки соединяются так:

( a, b) ; ( b, c) = ( a, c)

Тождественная стрелка состоит из двух одинаковых объектов:

ida = ( a, a)

Можно убедиться в том, что это действительно категория. Для этого необходимо проверить аксиомы

ассоциативности и тождества. Важно проверить, что те стрелки, которые получаются в результате ком-

позиции, не нарушали бы основного свойства данной структуры, то есть тот факт, что второй элемент

пары всегда больше либо равен первого элемента пары.

Отметим, что бывают такие области, в которых стрелки или преобразования с одинаковыми именами

могут соединять несколько разных объектов. Например в Haskell есть классы, поэтому функции с одними

и теми же именами могут соединять разные объекты. Если все условия категории для объектов и стрелок

выполнены, кроме этого, то такую систему называют прекатегорией (pre-category). Из любой прекатегории

не сложно сделать категорию, если включить имена объектов в имя стрелки. Тогда у каждой стрелки будут

только одна пара объектов, которые она соединяет.

15.2 Функтор

Вспомним определение класса Functor:

class Functor f where

fmap :: (a -> b) -> (f a -> f b)

В этом определении участвуют тип f и метод fmap. Можно сказать, что тип f переводит произвольные

типы a в специальные типы f a. В этом смысле тип f является функцией, которая определена на типах. Метод

fmap переводит функции общего типа a -> b в специальные функции f a -> f b.

При этом должны выполняться свойства:

fmap id

= id

fmap (f . g) = fmap f . fmap g

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