吉祥体育app苹果版
  咨询电话:15256496036

wellbet网页

Haskell学习-函数式编程初探

原文地址:Haskell学习-函数式编程初探  为什么要学习函数式编程?为什么要学习Haskell?  .net到前端,C#和JavaScript对我来说如果谈不上精通,最起码也算是到了非常熟悉的程度。这两门语言就像是我的盾牌和宝剑,给我保驾护航,开山劈石,伴随着我不断成长。同时C#和JavaScript它们本身也在不断地进化,不断出现越来越多方便的语法糖,但追根到底很多都是从函数式语言汲取的精华。比如高阶函数,lambada表达式,柯里化等。  于是从探险的角度,以好奇的心态开始学习函数式语言,探索这个宝库,拾取可供临摹的珍宝。最起码它能让你多一个不同的角度看待编程语言,影响你的思考方式。 学习的对象当然选择函数式语言的集大成者-Haskell。

什么是Haskell和函数式编程

  Haskell 是一门纯粹函数式的语言。  函数式编程是面向数学的抽象,将计算描述为一种表达式求值。命令式编程是关于解决问题的步骤,函数式编程是关于数据的映射。在纯粹函数式程式语言中,你不是像命令式语言那样命令计算机「要做什么」,而是通过用函数来描述出问题「是什么」,也就是所谓范畴论中的映射关系。函数式语言有以下的特性:

函数是一等公民,可以在任何地方定义,在函数内或函数外,可以作为函数的参数和返回值,可以对函数进行组合变量的值是不可变的(immutable),也就是说不允许像命令式编程语言中那样多次给一个变量赋值。函数式语言的条件语句,循环语句等也不是命令式编程语言中的控制语句,而是函数的语法糖惰性求值抽象数据类型灵活的多态高阶函数(Higher-order function)柯里化(Currying)闭包(Closure)

函数式编程的优点

  函数式的最主要的好处主要是不可变性带来的。没有可变的状态,函数就是引用透明(Referential transparency)的和没有副作用(No Side Effect)。

    函数即不依赖外部的状态也不修改外部的状态,函数调用的结果不依赖调用的时间和位置,这样写的代码容易进行推理,不容易出错。这使得单元测试和调试都更容易。由于(多个线程之间)不共享状态,不会造成资源争用(Race condition),也就不需要用锁来保护可变状态,也就不会出现死锁,这样可以更好地并发,能够更好地利用多个处理器(核)提供的并行处理能力。

Haskell基本语法

    变量和函数一起介绍是因为在我看来,haskell中变量和函数是没有区别的。它们都是表达式,根据表达式的不同形式,分别对应到命令式语言中变量和函数的概念。 而且 haskell变量 赋值后就是不可变的,该 变量 就等于被赋予的值,与命令式语言中 变量 是内存地址的引用是完全不同的概念。 硬要对应的话它更像是 C# 中的不可变量 conststatic readonly你能从下面代码中区分出哪些是变量,哪些是函数吗?

    a = 1 -- 变量arr = map (*2) [1,2,3] -- 变量还是函数?maxNum = foldr max 0 -- 函数--执行a > 1arr> [2,4,6]maxNum [3,5,1]> 5定义函数: 函数名 参数 = 代码调用函数: 函数名 参数调用函数不用大括号( ),注意的是函数首字母不能大写。 还有maxNum看不到形式参数是因为柯里化可以去掉参数,后面会介绍。

    if elsehaskell中 if else 表达式中的 else 部分不能省略,也就是你不能只有 if 部分

    -- 等于小于大于0 分别对应 0,-1,1sign x = if x == 0 then 0 else if x < 0 then -1 else 1

    case ofcase of 表达式,与其他语言的switch case 类似。

    -- 求出列表第一项head" xs = case xs of [] -> "No head for empty lists!" (x:_) -> show x-- 执行head" "hello">"h"head" [3,2,1]> 3

    函数模式匹配函数模式匹配的方式定义 head",以及定义阶乘函数 factorial,它本质上就是 case of 的语法糖。函数模式匹配,减少了一大堆类似 if else 的判断逻辑,是我最喜欢的特性之一。

    -- 求出列表第一项head" [] = "No head for empty lists!"head" (x:_) = show x-- 阶乘factorial 0 = 1factorial n = n * factorial (n - 1)--执行head" [3,2,1]> 3factorial 5> 120

    guardswhereguards,类似 if else 表达式,但可读性更强,where语句定义的是局部变量表达式,它只能放在语句尾部,guards同样也是非常好的定义方式。

    bmiTell weight height | bmi <= 18.5 = "You"re underweight,you emo,you!" | bmi <= 25.0 = "You"re supposedly normal. Pffft,I bet you"re ugly!" | bmi <= 30.0 = "You"re fat! Lose some weight,fatty!" | otherwise = "You"re a whale,congratulations!" where bmi = weight / height ^ 2

    let inlet in 表达式,let 中绑定的名字仅对 in 部分可见。

    -- 圆柱体面积cylinder r h = let sideArea = 2 * pi * r * h topArea = pi * r ^2 in sideArea + 2 * topArea

递归

    我们使用递归来实现斐波那契数列和快速排序,haskell写的快速排序是我见过的最容易理解的版本了,专门为解决数学问题而生的 haskell 在解决算法和数据结构方面果然是不同凡响。

    -- 斐波那契数列fab 1 = 1fab 2 = 1fab n = fab (n-1) + fab (n-2)-- 快速排序quicksort [] = []quicksort (x:xs) = let smallerSorted = quicksort [a | a <- xs, a <= x] biggerSorted = quicksort [a | a <- xs, a > x] in smallerSorted ++ [x] ++ biggerSorted尾递归实现常用的map和filter函数

[] 表示空列表_ 匹配的是任意值。

(x:xs) 非常有用的列表匹配模式,x表示第一项,xs表示除去第一项之后的部分。使用(x:xs)可以方便的实现尾递归

-- mapmap" f [] = []map" f (x:xs) = f x : map" f xs-- filterfilter" _ []= [] -- _代表任意值filter" f (x:xs) | f x = x : filter" f xs | otherwise = filter" f xs

数据类型

了解了haskell基本语法后,我们再进一步了解haskell基本数据类型

    :type 获取任何表达式的类型,可以用简写形式 :t基本数据类型Int 表示整数Integer 也是整数,但表示的是无界的,所以可以表示非常大的数Float 表示单精度的浮点数Double 表示双精度的浮点数Bool 表示布尔值,它只有两种值:True 和 FalseChar 表示一个字符。一个字符由单引号括起,一组字符的 List 即为字符串List 列表中所有的项都必须是同一类型。Tuple 的类型取决于它的长度及其项的类型。

    :t 1 -- Number1 :: Num p => p:t 1::Integer1::Integer :: Integer:t 1::Float1::Float :: Float:t False -- BoolFalse :: Bool:t "c" --字符"c" :: Char:t "hello" -- 字符串"hello" :: [Char]:t [1,2,3] -- 列表list[1,2,3] :: Num a => [a]:t [("hi",1),("there",2)] -- Tuple[("hi",1),("there",2)] :: Num b => [([Char], b)]1::Integer 表示直接指定类型,如果不指定编译器会自动推导出类型,数字类型会推导出Number类型,它包括Int,Integer,Float,Double[Char]String 表示的都是字符串类型[1,2,3] :: Num a => [a] 列表中的 a 表示任意类型,意思你可以是Bool,Stirng,Int等等[("hi",1),("there",2)] 这就是Tuple类型,列表里面的每个项都用 () 包起来,其中的每个项的元素数据类型必须相同,每个tuple中元素个数必须相等,但是每个tuple中的项可以不同类型,比如 ("hi",1) 中一个是字符串,一个是Int。函数也有类型,定义函数的时候,加上参数的类型和输出类型是好习惯。&&、||、not 表示与或非逻辑== 表示等于/= 表示不等于++ 连接列表,相当于concata, b这种类型参数,表示可以传入任何类型。(Num a, Num p, Ord a) => a -> p=> 之前表示的是类型约束,这里的 a 限定只能是 Num 类型和 Ord 类型。Num表示数字类型,Ord则表示可比较大小的型别,包含如下三种型别之一:GT, LT, EQ。

    :t head -- 取列表第一项的函数head :: [a] -> a:t sign -- sign函数sign :: (Num a, Num p, Ord a) => a -> p:t (==) -- 是否相等(==) :: Eq a => a -> a -> Bool:t (++) -- 列表连接函数(++) :: [a] -> [a] -> [a] -- 执行 sign 2> 1head [3,2,1]> 3"abc" == "bbc"> False"hello " ++ "world"> "hello world"

List 和 List comprehension

    列表常用的函数null 列表是否为空length 返回列表长度head 返回列表第一个元素tail 返回列表除第一个元素以后的所有元素last 返回列表最后一个元素init 返回列表除最后一个元素之前的所有元素take n 返回列表前n个元素drop n 丢弃列表前n个元素maximum 返回最大的元素minimum 返回最小的元素sum 返回元素的和elem 元素是否包含于列表

    list range方便的range,尾递归加上list range,你真的还需要命令式语言中的循环语句吗?

    [1..10] -- 1到10的列表> [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]["a".."z"] -- a到z的字母字符串> "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"take 10 [1,3..] -- 前10个奇数> [1,3,5,7,9,11,13,15,17,19]take 10 (cycle[1,2,3]) -- 取前10的[1,2,3]序列> [1,2,3,1,2,3,1,2,3,1]take 5 $ repeat 3 -- 取前5项的3序列> [3,3,3,3,3]replicate 5 10 -- 相比 take repeat更方便的用法> [10,10,10,10,10]

    list comprehensionlist comprehension 相当于map 和 filter的函数的增强版, | 之前等于map, | 之后等于filter, 尤其在多限制条件和同时实现map,filter功能时更加明显。是个非常强大和有用的特性,完全可以替代列表的 map 和 filter 函数。list comprehension 其实是由 monadapplicative functor 生成的语法糖。

    [x*2 | x <- [1..10], x*2 >= 12] -- 取乘以 2 后大于等于 12 的元素, 等于map结合filter> [12,14,16,18,20][if x `mod` 2 == 0 then "even" else "odd" | x <- [1..10]] -- 偶数转换为even,基数为odd, 等于map> ["odd","even","odd","even","odd","even","odd","even","odd","even"][ x | x <- [10..20], x /= 13, x /= 15, x /= 19] -- 取除了13、15、19之外的元素,多个限制条件,等于filter> [10,11,12,14,16,17,18,20][ x*y | x <- [2,5,10], y <- [8,10,11]] -- 求两个列表所有可能的组合> [16,20,22,40,50,55,80,100,110]-- 嵌套的列表, 在不拆开它的前提下除去其中的所有奇数let xxs = [[1,3,5,2,3,1,2,4,5],[1,2,3,4,5,6,7,8,9],[1,2,4,2,1,6,3,1,3,2,3,6]][ [ x | x <- xs, even x ] | xs <- xxs]> [[2,2,4],[2,4,6,8],[2,4,2,6,2,6]] --取得所有三边长度皆为整数且小于等于 10,周长为 24 的直角三角形[ (a,b,c) | c <- [1..10], b <- [1..c], a <- [1..b], a^2 + b^2 == c^2, a+b+c == 24]> [(6,8,10)]

参考资料

《HASKELL 趣学指南》《Real World Haskell》

, 1, 0, 9);