在最近简要回顾了Haskell之后,对于monad本质上是什么,有什么简单、简洁、实用的解释?
我发现,我遇到的大多数解释都很难理解,而且缺乏实际细节。
在最近简要回顾了Haskell之后,对于monad本质上是什么,有什么简单、简洁、实用的解释?
我发现,我遇到的大多数解释都很难理解,而且缺乏实际细节。
当前回答
一个非常简单的答案是:
Monad是一种抽象,它为封装值、计算新的封装值和展开封装值提供了接口。
它们在实践中的方便之处在于,它们提供了一个统一的接口,用于创建建模状态而非状态的数据类型。
必须理解Monad是一种抽象,即用于处理某种数据结构的抽象接口。然后,该接口用于构建具有一元行为的数据类型。
你可以在Ruby中的Monads中找到一个非常好且实用的介绍,第1部分:简介。
其他回答
但是,你本可以发明蒙纳斯!
sigfpe说:但所有这些都将单子介绍为需要解释的深奥的东西。但我想说的是,它们一点都不深奥。事实上,面对函数式编程中的各种问题,你会不可避免地被引向某些解决方案,所有这些都是单子的例子。事实上,如果你还没有发明,我希望你现在就发明它们。这是注意到所有这些解决方案实际上都是变相的相同解决方案的一小步。读完这篇文章后,你可能会更好地理解单子上的其他文档,因为你会发现你所看到的一切都是你已经发明的。monads试图解决的许多问题都与副作用有关。因此,我们将从它们开始。(请注意,monad让您做的不仅仅是处理副作用,特别是许多类型的容器对象都可以被视为monad。monad的一些介绍发现,很难协调monad的这两种不同用法,并且只关注其中一种。)在命令式编程语言(如C++)中,函数的行为与数学函数完全不同。例如,假设我们有一个C++函数,它接受一个浮点参数并返回一个浮点结果。从表面上看,它可能有点像一个将实数映射到实数的数学函数,但C++函数可以做的不仅仅是返回一个依赖于其参数的数字。它可以读取和写入全局变量的值,也可以将输出写入屏幕并接收用户的输入。然而,在纯函数语言中,函数只能读取在其参数中提供给它的内容,而它对世界产生影响的唯一方式是通过它返回的值。
如果你要求对如此抽象的东西做出简洁、实用的解释,那么你只能希望得到一个抽象的答案:
a -> b
是表示从as到bs的计算的一种方式。您可以将计算链接起来,也可以将它们组合在一起:
(b -> c) -> (a -> b) -> (a -> c)
更复杂的计算需要更复杂的类型,例如:
a -> f b
是从as到bs到fs的计算类型。您还可以编写它们:
(b -> f c) -> (a -> f b) -> (a -> f c)
事实证明,这种模式无处不在,并且与上面的第一个组合具有相同的财产(结合性、右-和左-同一性)。
人们必须给这个模式起一个名字,但如果知道第一个组合被正式描述为半群体,这会有帮助吗?
“单子和圆括号一样有趣和重要”(奥列格·基斯廖夫)
Monad用于控制流,就像抽象数据类型用于数据一样。
换句话说,许多开发人员对集合、列表、字典(或哈希、或地图)和树的概念很熟悉。在这些数据类型中有许多特殊情况(例如InsertionOrderPreservingIdentityHashMap)。
然而,当面对程序“流”时,许多开发人员还没有接触到比if、switch/case、do、while、goto(grr)和(可能)闭包更多的构造。
因此,monad只是一个控制流构造。替代monad的更好短语是“控制类型”。
因此,monad具有用于控制逻辑、语句或函数的槽——数据结构中的等价物是,某些数据结构允许您添加数据,并删除数据。
例如,“if”monad:
if( clause ) then block
最简单的是有两个槽:一个子句和一个块。if monad通常用于评估子句的结果,如果不是false,则评估块。许多开发人员在学习“如果”时并没有接触到monad,而且编写有效的逻辑并不需要理解monad。
monad可能会变得更复杂,就像数据结构可能变得更复杂一样,但monad有很多大类可能具有相似的语义,但实现和语法不同。
当然,数据结构可以在单子上迭代或遍历,也可以以同样的方式进行评估。
编译器可能支持也可能不支持用户定义的monad。哈斯克尔当然知道。Ioke有一些类似的功能,尽管语言中没有使用monad一词。
经过努力,我想我终于明白了单子。在重新阅读了我自己对绝大多数投票结果的冗长批评之后,我将给出这个解释。
要理解单子,需要回答三个问题:
你为什么需要蒙纳德?什么是单子?如何实现monad?
正如我在最初的评论中所指出的,有太多的monad解释被第3个问题所困扰,没有,也没有充分地涵盖第2个问题或第1个问题。
你为什么需要蒙纳德?
Haskell等纯函数式语言与C或Java等命令式语言的不同之处在于,纯函数式程序不一定按特定顺序执行,一步一步执行。Haskell程序更类似于一个数学函数,在该函数中,您可以以任意数量的潜在阶数求解“方程”。这带来了许多好处,其中之一是它消除了某些类型的错误的可能性,特别是那些与“状态”相关的错误。
然而,使用这种编程风格,有些问题不是很容易解决的。有些事情,比如控制台编程和文件i/o,需要按照特定的顺序进行,或者需要维护状态。处理这个问题的一种方法是创建一种表示计算状态的对象,以及一系列将状态对象作为输入并返回新修改的状态对象的函数。
因此,让我们创建一个假设的“状态”值,它表示控制台屏幕的状态。这个值是如何构造的并不重要,但假设它是一个字节长度的ascii字符数组,表示屏幕上当前可见的内容,以及一个表示用户输入的最后一行伪代码的数组。我们已经定义了一些接受控制台状态、修改它并返回新控制台状态的函数。
consolestate MyConsole = new consolestate;
因此,要进行控制台编程,但以纯函数的方式,您需要在彼此之间嵌套许多函数调用。
consolestate FinalConsole = print(input(print(myconsole, "Hello, what's your name?")),"hello, %inputbuffer%!");
以这种方式编程保持了“纯”的功能风格,同时强制对控制台的更改按特定顺序进行。但是,我们可能希望像上面的示例一样,一次只执行几个操作。以这种方式嵌套函数将开始变得笨拙。我们想要的是基本上与上面相同的代码,但编写得更像这样:
consolestate FinalConsole = myconsole:
print("Hello, what's your name?"):
input():
print("hello, %inputbuffer%!");
这确实是一种更方便的写法。但我们如何做到这一点呢?
什么是单子?
一旦你定义了一个类型(比如consoleestate),以及一系列专门为该类型操作而设计的函数,你就可以通过定义一个操作符(比如:(bind))将这些东西的整个包变成一个“monad”,该操作符会自动将返回值输入到左边的函数参数中,转换为与特定类型的绑定运算符一起工作的函数。
如何实现monad?
看到其他答案,似乎可以很自由地跳到细节中。
Monoid似乎可以确保在Monoid和受支持的类型上定义的所有操作始终返回Monoid内部的受支持类型。任何数字+任何数字=一个数字,没有错误。
而除法接受两个分数,并返回一个分数,该分数在haskell somewhy中将除以零定义为无穷大(恰好是分数somewhy)。。。
在任何情况下,Monads似乎只是一种确保您的操作链以可预测的方式运行的方法,而一个声称为Num->Num的函数,由另一个用x调用的Num->Num的函数组成,并不意味着发射导弹。
另一方面,如果我们有一个功能可以发射导弹,我们可以将它与其他功能组合起来,也可以发射导弹。
在Haskell中,main的类型是IO()或IO[()],这种区分很奇怪,我不会讨论它,但我认为会发生以下情况:
如果我有main,我希望它做一系列动作,我运行程序的原因是产生一个效果——通常是通过IO。因此,我可以将IO操作串联在一起,以便——做IO,而不是其他。
如果我尝试做一些不“返回IO”的事情,程序会抱怨链不流动,或者基本上“这与我们正在尝试做的事情有什么关系——IO动作”,这似乎迫使程序员保持思路,不偏离并思考发射导弹,同时创建排序算法——不流动。
基本上,Monads似乎是编译器的一个提示,“嘿,你知道这个函数在这里返回一个数字,它实际上并不总是有效的,它有时会产生一个number,有时什么都没有,请记住这一点”。知道了这一点,如果你试图断言一个单元动作,单元动作可能会作为一个编译时异常,说“嘿,这实际上不是一个数字,这可能是一个数字。但你不能假设这一点。做一些事情以确保流是可接受的。”这在一定程度上防止了不可预测的程序行为。
似乎monad不是关于纯粹性,也不是关于控制,而是关于维护一个类别的身份,在这个类别上,所有行为都是可预测和定义的,或者不编译。当你被要求做某事时,你不能什么都不做,如果你被要求什么都不干(可见),你也不能做。
我能想到的Monads的最大原因是——看看程序/OOP代码,你会发现你不知道程序从哪里开始,也不知道程序的结束,你看到的只是大量的跳跃和大量的数学、魔法和导弹。您将无法维护它,如果可以的话,您将花费大量的时间来思考整个程序,然后才能理解其中的任何部分,因为在这种情况下,模块化是基于代码的相互依赖的“部分”,其中代码被优化为尽可能相关,以保证效率/相互关系。单子是非常具体的,并且通过定义得到了很好的定义,并确保程序流程可以进行分析,并隔离难以分析的部分——因为它们本身就是单子。monad似乎是一个“可理解的单元,它在完全理解时是可预测的”——如果你理解“可能”monad,那么它除了“可能”之外就没有可能做任何事情,这看起来微不足道,但在大多数非monad代码中,一个简单的函数“helloworld”可以发射导弹,什么都不做,或者摧毁宇宙,甚至扭曲时间——我们不知道也不能保证它是什么样子。一个单子保证它就是什么样子。这是非常强大的。
“现实世界”中的所有事物似乎都是单子,因为它受到防止混淆的明确可观察规律的约束。这并不意味着我们必须模仿这个对象的所有操作来创建类,相反,我们可以简单地说“一个正方形就是一个正方形”,只不过是一个正方形,甚至不是矩形或圆形,和“一个正方形的面积是它现有维度的长度乘以它自身的面积。无论你有什么正方形,如果它是2D空间中的正方形,它的面积绝对不能是任何东西,只有它的长度平方,这几乎是微不足道的。这是非常强大的,因为我们不需要断言我们的世界是这样的,我们只需要使用现实的含义来预测它。”防止我们的节目偏离轨道。
我几乎可以肯定是错的,但我认为这可以帮助一些人,所以希望它能帮助一些人。