就OOP程序员所能理解的(没有任何功能编程背景)而言,什么是monad?

它解决了什么问题,最常用的地方是什么?

使现代化

为了澄清我所寻求的理解,假设您正在将一个具有monad的FP应用程序转换为OOP应用程序。如何将monad的职责移植到OOP应用程序?


当前回答

在OO术语中,monad是一个流畅的容器。

最低要求是类<a>的定义,它支持构造函数Something(a a)和至少一个方法Something<B>flatMap(函数<a,Something<B>>)

可以说,monad类是否有签名Something<B>work()的方法来保存类的规则——编译器在编译时在flatMap中烘焙。

为什么单子有用?因为它是一个允许保留语义的可链式操作的容器。例如,可选<?>为Optional<String>、Optional<Integer>、Optional<MyClass>等保留isPresent的语义。

作为一个粗略的例子,

Something<Integer> i = new Something("a")
  .flatMap(doOneThing)
  .flatMap(doAnother)
  .flatMap(toInt)

注意,我们以字符串开头,以整数结尾。很酷。

在OO中,这可能需要一点努力,但Something上的任何方法如果返回Something的另一个子类,都符合返回原始类型容器的容器函数的标准。

这就是保持语义的方式——即容器的含义和操作不会改变,它们只是包装和增强容器内的对象。

其他回答

如果您曾经使用过Powershell,Eric描述的模式听起来应该很熟悉。Powershell cmdlet是monad;功能组成由管道表示。

杰弗里·斯诺弗对埃里克·梅杰的采访更为详细。

monad在OO中是否具有“自然”解释取决于monad。在像Java这样的语言中,您可以将may monad转换为检查空指针的语言,这样失败的计算(即,在Haskell中生成Nothing)会将空指针作为结果发出。您可以将状态monad转换为通过创建可变变量和更改其状态的方法生成的语言。

monad是内函子范畴中的幺半群。

这句话所表达的信息非常深刻。你在一个monad中使用任何命令式语言。monad是一种“有序”的领域特定语言。它满足某些有趣的财产,这些属性使单子函数成为“命令式编程”的数学模型。Haskell使定义小型(或大型)命令式语言变得容易,这些语言可以以多种方式组合。

作为一名OO程序员,您使用语言的类层次结构来组织可以在上下文中调用的函数或过程的类型,即您所称的对象。monad也是对这个概念的抽象,因为不同的monad可以以任意方式组合,有效地将所有子monad的方法“导入”到范围中。

从体系结构上讲,然后使用类型签名来明确表示可以使用哪些上下文来计算值。

可以使用monad转换器来实现这一目的,并且有一个高质量的所有“标准”monad集合:

列表(通过将列表视为域进行非确定性计算)可能(计算可能失败,但报告不重要)错误(可能失败并需要异常处理的计算Reader(可以由普通Haskell函数组合表示的计算)编写器(使用顺序“渲染”/“记录”(到字符串、html等)进行计算)续(续)IO(取决于底层计算机系统的计算)状态(上下文包含可修改值的计算)

具有相应的monad变压器和类型类别。类型类允许通过统一monad的接口来组合monad,从而使具体monad可以实现monad“类”的标准接口。例如,模块Control.Monad.State包含一个类MonadState s m,(State s)是表单的一个实例

instance MonadState s (State s) where
    put = ...
    get = ...

长话短说,monad是一个函子,它将“上下文”附加到一个值上,它可以向monad中注入一个值,并且可以根据附加到它上的上下文来评估值,至少是以受限的方式。

So:

return :: a -> m a

是一个函数,它将a类型的值注入到m类型的monad“action”中。

(>>=) :: m a -> (a -> m b) -> m b

是一个执行monad操作、评估其结果并将函数应用于结果的函数。(>>=)的妙处在于结果在同一个monad中。换句话说,在m>>=f中,(>>=)从m中提取结果,并将其绑定到f,这样结果就在monad中。(或者,我们可以说(>>=)将f拉入m,并将其应用于结果。)因此,如果我们有f::a->m b和g::b->m c,我们可以“排序”动作:

m >>= f >>= g

或者,使用“do符号”

do x <- m
   y <- f x
   g y

(>>)的类型可能是发光的。它是

(>>) :: m a -> m b -> m b

它对应于C等过程语言中的(;)运算符。它允许使用以下表示法:

m = do x <- someQuery
       someAction x
       theNextAction
       andSoOn

在数学和哲学逻辑中,我们有框架和模型,这些框架和模型“自然”地用单子主义建模。解释是一种函数,它查看模型的域,并计算命题(或公式,在推广下)的真值(或推广)。在必要性的模态逻辑中,我们可能会说,如果命题在“每个可能的世界”中都是真的,那么它是必要的——如果它在每个可容许的域中都是真实的。这意味着命题语言中的模型可以具体化为一个模型,其域由不同模型的集合组成(一个对应于每个可能的世界)。每个monad都有一个名为“join”的方法,该方法将分层,这意味着结果为monad动作的每个monad动作都可以嵌入到monad中。

join :: m (m a) -> m a

更重要的是,这意味着monad在“层堆叠”操作下关闭。这就是monad转换器的工作原理:它们通过为以下类型提供“类联接”方法来组合monad:

newtype MaybeT m a = MaybeT { runMaybeT :: m (Maybe a) }

这样我们就可以将(MaybeT m)中的作用转换为m中的作用,有效地折叠层。在本例中,runMaybeT::MaybeT m a->m(Maybe a)是我们的类联接方法。(MaybeT m)是一个monad,MaybeT::m(Maybe a)->MaybeT ma实际上是m中一个新类型monad动作的构造函数。

函子的自由单元是通过堆叠f生成的单元,这意味着f的每个构造函数序列都是自由单元的元素(或者更确切地说,是与f的构造函数序列树形状相同的元素)。自由单体是一种用最少的锅炉板构建柔性单体的有用技术。在Haskell程序中,我可能会使用自由monad来为“高级系统编程”定义简单monad,以帮助维护类型安全(我只是在使用类型及其声明。使用组合子可以直接实现):

data RandomF r a = GetRandom (r -> a) deriving Functor
type Random r a = Free (RandomF r) a


type RandomT m a = Random (m a) (m a) -- model randomness in a monad by computing random monad elements.
getRandom     :: Random r r
runRandomIO   :: Random r a -> IO a (use some kind of IO-based backend to run)
runRandomIO'  :: Random r a -> IO a (use some other kind of IO-based backend)
runRandomList :: Random r a -> [a]  (some kind of list-based backend (for pseudo-randoms))

Monastem是您可能称之为“解释器”或“命令”模式的基础架构,抽象为最清晰的形式,因为每个单元计算都必须“运行”,至少是微不足道的。(运行时系统为我们运行IO monad,是任何Haskell程序的入口点。IO通过按顺序运行IO操作来“驱动”其余的计算)。

join的类型也是我们得到monad是内函子范畴中的幺半群的陈述的地方。由于其类型,联接对于理论目的来说通常更为重要。但了解类型意味着了解单子。Join和monad变换器的类Join类型在函数组合的意义上是内函子的有效组合。把它放在类似Haskell的伪语言中,

Foo::m(m a)<->(m.m)a

按照OOP程序员将理解(没有任何功能编程背景),什么是莫纳德?它解决了什么问题是最常用的地方吗?是最常用的地方吗?

就OO编程而言,monad是一个接口(或者更可能是一个mixin),由一个类型参数化,具有两个方法,return和bind,它们描述:

如何注入值以获得注入值的一元值类型如何使用从非一元值。

它解决的问题与您期望的任何接口的问题类型相同,“我有很多不同的类,它们做不同的事情,但似乎以一种具有潜在相似性的方式来做这些不同的事情。即使这些类本身不是比‘Object’类本身更接近的子类,我如何描述它们之间的相似性?”

更具体地说,Monad“接口”与IEnumerator或IIterator相似,因为它采用的类型本身也采用的类型。然而,Monad的主要“点”是能够连接基于内部类型的操作,甚至可以连接到具有新的“内部类型”的点,同时保持-甚至增强-主类的信息结构。

monad是一种封装值的数据类型,本质上可以对其应用两个操作:

返回x创建封装x的monad类型的值m>>=f(读作“绑定运算符”)将函数f应用于monad m中的值

这就是monad。还有一些技术问题,但基本上这两个操作定义了monad。真正的问题是,“monad做什么?”,这取决于monad-列表是monad,Maybes是monad;IO操作是monad。当我们说这些东西是monad时,这意味着它们具有返回和>>=的monad接口。

我分享了我对蒙纳斯的理解,这在理论上可能并不完美。Monad是关于上下文传播的。Monad就是,您为某些数据(或数据类型)定义一些上下文,然后定义该上下文将如何在整个处理管道中与数据一起传递。定义上下文传播主要是定义如何合并多个上下文(相同类型)。使用Monads还意味着确保这些上下文不会意外地从数据中剥离。另一方面,可以将其他无上下文数据带入新的或现有的上下文中。然后,可以使用这个简单的概念来确保程序的编译时正确性。