haskell-notes

и получить категорию CoAlg( F ).

244 | Глава 16: Категориальные типы

• Объектами являются F -коалгебры A > F A, где A – объект категории A

• Два объекта ? : F A > A и ? : F B > B соединяет F -когомоморфизм h : A > B. Это такая стрелка

из A, для которой выполняется:

h ; ? = ? ; F h

• Композиция и тождественная стрелка взяты из категории A.

Если в этой категории есть конечный объект, его называют outF : T > F T , то определён анаморфизм,

который переводит объекты A > F A в стрелки A > T .

Причём следующая диаграмма коммутирует:

in

T

F

F T

[( ? )]

F [( ? )]

A

F A

?

Если для категории A и функтора F определены стрелки inF и outF , то они являются взаимнообратными

и определяют изоморфизм T ?

= F T . Часто объект T в случае Alg( F ) обозначают µF , поскольку начальный

объект определяется функтором F , а в случае CoAlg( F ) обозначают ?F .

Типы, которые являются начальными объектами, принято называть индуктивными, а типы, которые яв-

ляются конечными объектами – коиндуктивными.

Существование начальных и конечных объектов

Мы говорили, что если начальный(конечный) объект существует, а когда он существует? Рассмотрим

один важный случай. Если категория является категорией, в которой объектами являются полные частично

упорядоченные множества, а стрелками являются монотонные функции, такие категории называют CPO, и

функтор – полиномиальный, то начальный и конечный объекты существуют.

Полные частично упорядоченные множества

Оказывается на значениях можно ввести частичный порядок. Порядок называется частичным, если отно-

шение ? определено не для всех элементов, а лишь для некоторых из них. Частичный порядок на значениях

отражает степень неопределённости значения. Самый маленький объект это полностью неопределённое зна-

чение ?. Любое значение типа содержит больше определённости чем ?.

Для того чтобы не путать упорядочивание значений по степени определённости с обычным числовым

порядком, пользуются специальным символом . Запись

a

b

означает, что b более определено (или информативнее) чем a.

Так для логических значений определены два нетривиальных сравнения:

data Bool = T rue | F alse

?

T rue

?

F alse

Мы будем называть нетривиальными сравнения в которых, компоненты слева и справа от не равны. На-

пример ясно, что T rue

T rue или ?

?. Это тривиальные сравнения и мы их будем лишь подразумевать.

Считается, что если два значения определены полностью, то мы не можем сказать какое из них информатив-

нее. Так к примеру для логических значений мы не можем сказать какое значение более определено T rue

или F alse.

Рассмотрим пример по-сложнее. Частично определённые значения:

data M aybe a = N othing | Just a

Индуктивные и коиндуктивные типы | 245

?

N othing

?

J ust ?

?

J ust a

J ust a

J ust b,

если a

b

Если вспомнить как происходит вычисление значения, то значение a менее определено чем b, если взрыв-

ное значение ? в a находится ближе к корню значения, чем в b. Итак получается, что в категории Hask объ-

екты это множества с частичным порядком. Что означает требование монотонности функции?

Монотонность в контексте операции

говорит о том, что чем больше определён вход функции тем больше

определён выход:

a

b

? f a

f b

Это требование накладывает запрет на возможность проведения сопоставления с образцом по значению

?. Иначе мы можем определять немонотонные функции вроде:

isBot :: Bool -> Bool

isBot undefined = True

isBot _

= undefined

Полнота частично упорядоченного множества означает, что у любой последовательности xn

x 0

x 1

x 2

есть значение x, к которому она сходится. Это значение называют супремумом множества. Что такое

полные частично упорядоченные множества мы разобрались. А что такое полиномиальный функтор?

Полиномиальный функтор

Полиномиальный функтор – это функтор который построен лишь с помощью операций суммы, произве-

дения, постоянных функторов, тождественного фуктора и композиции функторов. Определим эти операции:

• Сумма функторов F и G определяется через операцию суммы объектов:

( F + G) X = F X + GX

• Произведение функторов F и G определяется через операцию произведения объектов:

( F ? G) X = F X ? GX

• Постоянный функтор отображает все объекты категории в один объект, а стрелки в тождественнубю

стрелку этого объекта, мы будем обозначать постоянный функтор подчёркиванием:

AX

=

A

Af

=

idA

• Тождественный функтор оставляет объекты и стрелки неизменными:

IX

=

X

If

=

f

• Композиция функторов F и G это последовательное применение функторов

F GX = F ( GX)

246 | Глава 16: Категориальные типы

По определению функции построенные с помощью этих операций называют полиномиальными. Опреде-

лим несколько типов данных с помощью полиномиальных функторов. Определим логические значения:

Bool = µ(1 + 1)

Объект 1 обозначает любую константу, это конечный объект исходной категории. Нам не важны имена

конструкторов, но важна структура типа. µ обозначает начальный объект в F -алгебре.

Определим натуральные числа:

N at = µ(1 + I)

Эта запись обозначает начальный объект для F -алгебры с функтором F = 1 + I. Посмотрим на опреде-

ление списка:

ListA = µ(1 + A ? I)

Список это начальный объект F -алгебры 1 + A ? I. Также можно определить бинарные деревья:

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