"Recordar" valores en la programación funcional


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He decidido asumir la tarea de aprender programación funcional. Hasta ahora ha sido una explosión, y he 'visto la luz' por así decirlo. Desafortunadamente, en realidad no conozco a ningún programador funcional del que pueda rechazar preguntas. Presentamos Stack Exchange.

Estoy tomando un curso de desarrollo web / software, pero mi instructor no está familiarizado con la programación funcional. Está bien que lo use, y solo me pidió que lo ayudara a entender cómo funciona para que pueda leer mejor mi código.

Decidí que la mejor manera de hacerlo sería ilustrando una función matemática simple, como elevar un valor a una potencia. En teoría, podría hacerlo fácilmente con una función preconstruida, pero eso anularía el propósito de un ejemplo.

De todos modos, tengo algunas dificultades para descubrir cómo mantener un valor. Como se trata de programación funcional, no puedo cambiar la variable. Si tuviera que codificar esto imperativamente, se vería así:

(El siguiente es todo pseudocódigo)

f(x,y) {
  int z = x;
  for(int i = 0, i < y; i++){
    x = x * z;
  }
  return x;
}

En programación funcional, no estaba seguro. Esto es lo que se me ocurrió:

f(x,y,z){
  if z == 'null',
    f(x,y,x);
  else if y > 1,
    f(x*z,y-1,z);
  else
    return x;
}

¿Es esto correcto? Necesito mantener un valor, zen ambos casos, pero no estaba seguro de cómo hacerlo en la programación de funciones. En teoría, la forma en que lo hice funciona, pero no estaba seguro de si era "correcto". Hay una mejor manera de hacerlo?


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Si desea que su ejemplo sea tomado en serio, haga que resuelva un problema práctico en lugar de un problema matemático. Es una especie de cliché entre los desarrolladores que "todo FP es bueno para resolver problemas matemáticos", y si su ejemplo es Otra función matemática, solo está reforzando el estereotipo, en lugar de hacer que lo que está haciendo parezca útil.
Mason Wheeler

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Su intento es bastante bueno cuando tiene en cuenta las consideraciones del mundo real. Todas sus llamadas recursivas son llamadas de cola , es decir, la función no hace nada más después de llamarlas. Eso significa que un compilador o intérprete que lo admite puede optimizarlos para que su función recursiva use una cantidad fija de memoria de pila, en lugar de una cantidad proporcional a y.
8bittree

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¡Muchas gracias por el soporte! Todavía soy muy nuevo en esto, por lo que mi pseudocódigo no es perfecto. @MasonWheeler, supongo, en este caso mi código no debe ser tomado en serio. Todavía estoy aprendiendo, y la razón por la que amo la FP es porque es Math-y. El objetivo de mi ejemplo es explicarle a mi maestro por qué estoy usando FP. Realmente no comprende lo que es, por lo que parecía una buena manera de mostrarle las ventajas.
Ucenna

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¿En qué idioma planeas escribir el código? No intente utilizar un estilo que no sea adecuado para el idioma que está utilizando.
Carsten S

Respuestas:


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En primer lugar, felicidades por "ver la luz". Has hecho del mundo del software un lugar mejor al expandir tus horizontes.

En segundo lugar, honestamente no hay forma de que un profesor que no entienda la programación funcional pueda decir algo útil sobre su código, aparte de comentarios triviales como "la sangría se ve". Esto no es tan sorprendente en un curso de desarrollo web, ya que la mayoría del desarrollo web se realiza utilizando HTML / CSS / JavaScript. Dependiendo de lo mucho que realmente le interese aprender el desarrollo web, es posible que desee esforzarse por aprender las herramientas que su profesor está enseñando (aunque sea doloroso, lo sé por experiencia).

Para abordar la pregunta planteada: si su código imperativo usa un bucle, entonces es probable que su código funcional sea recursivo.

(* raises x to the power of y *)
fun pow (x: real) (y: int) : real = 
    if y = 1 then x else x * (pow x (y-1))

Tenga en cuenta que este algoritmo es en realidad más o menos idéntico al código imperativo. De hecho, uno podría considerar que el ciclo anterior es azúcar sintáctico para procesos recursivos iterativos.

Como nota al margen, de hecho no hay necesidad de un valor zen su código imperativo o funcional. Deberías haber escrito tu función imperativa de la siguiente manera:

def pow(x, y):
    var ret = 1
    for (i = 0; i < y; i++)
         ret = ret * x
    return ret

en lugar de cambiar el significado de la variable x.


Tu recursivo powno es del todo correcto. Tal como está, pow 3 3regresa 81, en lugar de 27. Debería serelse x * pow x (y-1).
8bittree

3
Vaya, escribir el código correcto es difícil :) Solucionado, y también agregué anotaciones de tipo. @Ucenna Se supone que es SML, pero no lo he usado en mucho tiempo, por lo que podría tener la sintaxis ligeramente incorrecta. Hay demasiadas formas de declarar una función, nunca recuerdo la palabra clave correcta. Además de los cambios de sintaxis, el código es idéntico en JavaScript.
cabeza de jardín

2
@jwg Javascript tiene algunos aspectos funcionales: las funciones pueden definir funciones anidadas, devolver funciones y aceptar funciones como parámetros; admite cierres con alcance léxico (sin embargo, sin alcance dinámico de lisp). Depende de la disciplina del programador abstenerse de cambiar el estado y mutar los datos.
Kasper van den Berg

1
@jwg No existe una definición acordada de lenguaje "funcional" (ni para "imperativo", "orientado a objetos" o "declarativo"). Intento abstenerme de utilizar estos términos siempre que sea posible. Hay demasiados idiomas bajo el sol para clasificarlos en cuatro grupos limpios.
cabeza de jardín

1
La popularidad es una métrica horrible, razón por la cual cada vez que alguien menciona que el lenguaje o la herramienta X deben ser mejores porque es muy utilizado, sé que continuar con el argumento sería inútil. Estoy más familiarizado con la familia de idiomas ML que Haskell personalmente. Pero tampoco estoy seguro de si es verdad; Supongo que la gran mayoría de los desarrolladores no han probado Haskell en primer lugar.
cabeza de jardín

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Esto es realmente solo una adición a la respuesta de gardenhead, pero me gustaría señalar que hay un nombre para el patrón que estás viendo: plegado.

En la programación funcional, un pliegue es una forma de combinar una serie de valores que "recuerdan" un valor entre cada operación. Considere agregar una lista de números imperativamente:

def sum_all(xs):
  total = 0
  for x in xs:
    total = total + x
  return total

Tomamos una lista de valores xsy un estado inicial de 0(representado por totalen este caso). Entonces, para cada xen xs, combinamos ese valor con el estado actual de acuerdo con alguna operación de combinación (en este caso la adición), y utilizar el resultado como el nuevo estado. En esencia, sum_all([1, 2, 3])es equivalente a (3 + (2 + (1 + 0))). Este patrón se puede extraer en una función de orden superior , una función que acepta funciones como argumentos:

def fold(items, initial_state, combiner_func):
  state = initial_state
  for item in items:
    state = combiner_func(item, state)
  return state

def sum_all(xs):
  return fold(xs, 0, lambda x y: x + y)

Esta implementación de foldtodavía es imprescindible, pero también se puede hacer de forma recursiva:

def fold_recursive(items, initial_state, combiner_func):
  if not is_empty(items):
    state = combiner_func(initial_state, first_item(items))
    return fold_recursive(rest_items(items), state, combiner_func)
  else:
    return initial_state

Expresado en términos de un pliegue, su función es simplemente:

def exponent(base, power):
  return fold(repeat(base, power), 1, lambda x y: x * y))

... donde repeat(x, n)devuelve una lista de ncopias de x.

Muchos lenguajes, particularmente aquellos orientados a la programación funcional, ofrecen plegado en su biblioteca estándar. Incluso Javascript lo proporciona bajo el nombre reduce. En general, si te encuentras usando la recursividad para "recordar" un valor en un bucle de algún tipo, probablemente quieras un pliegue.


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Definitivamente, aprende a detectar cuándo un problema puede resolverse mediante un pliegue o un mapa. En FP, casi todos los bucles se pueden expresar como pliegue o un mapa; Por lo tanto, la recursividad explícita generalmente no es necesaria.
Carcigenicate

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En algunos idiomas, solo puede escribirfold(repeat(base, power), 1, *)
user253751

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Rico Kahler: scanes esencialmente un foldlugar donde, en lugar de simplemente combinar la lista de valores en un solo valor, se combina y cada valor intermedio se vuelve a escupir en el camino, produciendo una lista de todos los estados intermedios que el pliegue creado en lugar de simplemente producir estado final Es implementable en términos de fold(cada operación de bucle es).
Jack

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@RicoKahler Y, por lo que puedo decir, las reducciones y los pliegues son lo mismo. Haskell usa el término "doblar", mientras que Clojure prefiere "reducir". Su comportamiento me parece igual.
Carcigenicate

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@Ucenna: es tanto una variable como una función. En la programación funcional, las funciones son valores como números y cadenas: puede almacenarlas en variables, pasarlas como argumentos a otras funciones, devolverlas de funciones y, en general, tratarlas como otros valores. Entonces, combiner_funces un argumento, y sum_allestá pasando una función anónima (ese es el lambdabit, crea un valor de función sin nombrarlo) que define cómo quiere combinar dos elementos juntos.
Jack

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Esta es una respuesta complementaria para ayudar a explicar mapas y pliegues. Para los ejemplos a continuación, usaré esta lista. Recuerde, esta lista es inmutable, por lo que nunca cambiará:

var numbers = [1, 2, 3, 4, 5]

Usaré números en mis ejemplos porque conducen a un código fácil de leer. Sin embargo, recuerde que los pliegues se pueden usar para cualquier cosa para la que se pueda usar un ciclo imperativo tradicional.

Un mapa toma una lista de algo y una función, y devuelve una lista que fue modificada usando la función. Cada elemento se pasa a la función y se convierte en lo que devuelve la función.

El ejemplo más fácil de esto es simplemente agregar un número a cada número en una lista. Usaré pseudocódigo para que sea independiente del lenguaje:

function add-two(n):
    return n + 2

var numbers2 =
    map(add-two, numbers) 

Si imprimiste numbers2, verías [3, 4, 5, 6, 7]cuál es la primera lista con 2 agregados a cada elemento. Observe que la función add-twose le dio mapa usar.

Los pliegues son similares, excepto que la función que debe darles debe tomar 2 argumentos. El primer argumento suele ser el acumulador (en un pliegue izquierdo, que son los más comunes). El acumulador son los datos que se pasan durante el bucle. El segundo argumento es el elemento actual de la lista; al igual que arriba para la mapfunción.

function add-together(n1, n2):
    return n1 + n2

var sum =
    fold(add-together, 0, numbers)

Si imprimiera sum, vería la suma de la lista de números: 15.

Aquí están los argumentos a foldhacer:

  1. Esta es la función que le estamos dando al doblez. El pliegue pasará la función al acumulador actual y al elemento actual de la lista. Lo que devuelva la función se convertirá en el nuevo acumulador, que pasará a la función la próxima vez. Así es como "recuerda" los valores cuando se repite al estilo FP. Le di una función que toma 2 números y los agrega.

  2. Este es el acumulador inicial; cómo comienza el acumulador antes de que se procesen los elementos de la lista Cuando sumas números, ¿cuál es el total antes de que hayas sumado números? 0, que pasé como segundo argumento.

  3. Por último, al igual que con el mapa, también pasamos la lista de números para que se procese.

Si los pliegues aún no tienen sentido, considere esto. Cuando escribes:

# Notice I passed the plus operator directly this time, 
#  instead of wrapping it in another function. 
fold(+, 0, numbers)

Básicamente, coloca la función aprobada entre cada elemento de la lista y agrega el acumulador inicial a la izquierda o a la derecha (dependiendo de si es un pliegue a la izquierda o a la derecha), entonces:

[1, 2, 3, 4, 5]

Se convierte en:

0 + 1 + 2 + 3 + 4 + 5
^ Note the initial accumulator being added onto the left (for a left fold).

Lo que equivale a 15.

Use a mapcuando desee convertir una lista en otra lista, de la misma longitud.

Use a foldcuando desee convertir una lista en un solo valor, como sumar una lista de números.

Sin embargo, como señaló @Jorg en los comentarios, el "valor único" no necesita ser algo simple como un número; ¡podría ser cualquier objeto individual, incluida una lista o una tupla! La forma en que realmente hice pliegues para mí fue definir un mapa en términos de pliegue. Observe cómo el acumulador es una lista:

function map(f, list):
    fold(
        function(xs, x): # xs is the list that has been processed so far
            xs.add( f(x) ) # Add returns the list instead of mutating it
        , [] # Before any of the list has been processed, we have an empty list
        , list) 

Honestamente, una vez que comprenda cada uno, se dará cuenta de que casi cualquier bucle puede ser reemplazado por un pliegue o un mapa.


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@Ucenna @Ucenna Hay un par de fallas en tu código (como si inunca se definieran), pero creo que tienes la idea correcta. Un problema con su ejemplo es: la función ( x), se pasa solo un elemento de la lista a la vez, no la lista completa. La primera vez que xse llama, se pasa el acumulador inicial ( y) como primer argumento y el primer elemento como segundo argumento. La próxima vez que se ejecute, se xpasará el nuevo acumulador a la izquierda (lo que haya xregresado la primera vez) y el segundo elemento de la lista como segundo argumento.
Carcigenicate

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@Ucenna Ahora que tienes la idea básica, mira de nuevo la implementación de Jack.
Carcigenicate

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@Ucenna: diferentes langs tienen diferentes preferencias sobre si la función dada para doblar toma el acumulador como el primer o segundo argumento, desafortunadamente. Una de las razones por las que es bueno usar una operación conmutativa como la suma para enseñar pliegues.
Jack

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"Utilice un foldcuando desee convertir una lista en un solo valor (como sumar una lista de números)". - Solo quiero señalar que este "valor único" puede ser arbitrariamente complejo ... ¡incluida una lista! En realidad, foldes un método general de iteración, puede hacer todo lo que la iteración puede hacer. Por ejemplo, mappuede expresarse trivialmente como func map(f, l) = fold((xs, x) => append(xs, f(x)), [], l)Aquí, el "valor único" calculado por foldes en realidad una lista.
Jörg W Mittag

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... posiblemente quiera hacer con una lista, se puede hacer con fold. Y no tiene que ser una lista, todas las colecciones que se pueden expresar como vacías / no vacías funcionarán. Lo que básicamente significa que cualquier iterador funcionará. (Supongo que incluir la palabra "catamorfismo" sería demasiado para la introducción de un principiante, sin embargo :-D)
Jörg W Mittag

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Es difícil encontrar buenos problemas que no se puedan resolver con la funcionalidad integrada. Y si está integrado, debería usarse como un ejemplo de buen estilo en el lenguaje x.

En haskell, por ejemplo, ya tienes la función (^)en Preludio.

O si quieres hacerlo más programáticamente product (replicate y x)

Lo que digo es que es difícil mostrar las fortalezas de un estilo / lenguaje si no usa las funciones que proporciona. Sin embargo, podría ser un buen paso para mostrar cómo funciona detrás de escena, pero creo que debe codificar la mejor manera en el idioma que esté usando y luego ayudar a la persona de allí a comprender lo que está sucediendo si es necesario.


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Para vincular lógicamente esta respuesta con las demás, debe tenerse en cuenta que productes solo una función de acceso directo foldcon multiplicación como su función y 1 como argumento inicial, y que replicatees una función que produce un iterador (o lista; como señalé arriba los dos son esencialmente indistinguibles en haskell) que da un número dado de salidas idénticas. Ahora debería ser fácil entender cómo esta implementación hace lo mismo que la respuesta de @ Jack anterior, simplemente usando versiones predefinidas de casos especiales de las mismas funciones para que sea más sucinta.
Periata Breatta
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