Haskell Monad-清单上的Monad如何工作?

时间:2018-07-04 11:45:17

标签: haskell monads

为了理解Monad,我提出了以下定义:

class Applicative' f where
 purea :: a -> f a
 app :: f (a->b) -> f a -> f b

class Applicative' m =>  Monadd m where
 (>>|) :: m a -> (a -> m b) -> m b

instance Applicative' [] where
 purea x = [x]
 app gs xs = [g x | g <- gs, x <- xs]

instance Monadd [] where
 (>>|) xs f = [ y | x <-xs, y <- f x]

它按预期工作:

(>>|) [1,2,3,4] (\x->[(x+1)])
[2,3,4,5]

我不确定它是如何工作的。 例如:

[ y | y <- [[1],[2]]]
[[1],[2]]

(\x->([x+1])应用于[1,2,3]的每个列表元素如何导致[2,3,4]而不是[[2],[3],[4]]

或者很简单地,我的困惑似乎是由于不了解此声明[ y | x <-xs, y <- f x]的实际作用

3 个答案:

答案 0 :(得分:2)

与“ Haskell”标准类的方法相比,使用“数学定义”通常更容易理解单子。即

class Applicative' m => Monadd m where
  join :: m (m a) -> m a

请注意,您可以在此方面实现标准版本,反之亦然:

join mma = mma >>= id

ma >>= f = join (fmap f ma)

对于列表,join(又名concat)非常简单:

join :: [[a]] -> [a]
join xss = [x | xs <- xss, x <- xs]  -- xss::[[a]], xs::[a]
-- join [[1],[2]] ≡ [1,2]

对于您发现令人困惑的示例,您将拥有

[1,2,3,4] >>= \x->[(x+1)]
  ≡   join $ fmap (\x->[(x+1)]) [1,2,3,4]
  ≡   join [[1+1], [2+1], [3+1], [4+1]]
  ≡   join [[2],[3],[4],[5]]
  ≡   [2,3,4,5]

答案 1 :(得分:2)

WadlerSchool of HaskellLYAHHaskellWikiQuora,还有更多描述列表单子。

比较:

常规(>>=)绑定操作符的参数已被翻转,但否则只是一个前缀concatMap

  

或者很简单,我的困惑似乎是由于不了解该语句的实际工作原理而产生的:

(>>|) xs f = [ y | x <- xs, y <- f x ]

由于列表推导与列表的Monad实例等效,因此此定义是一种作弊行为。您基本上是在说某种东西是一种Monad,就象它是Monad一样,因此您将面临两个问题:了解列表理解和仍然了解Monad。

可以理解列表的理解以便更好地理解:

对于您而言,该语句可以通过多种其他方式编写:

  • 使用符号:

    (>>|) xs f = do x <- xs
                    y <- f x
                    return y
    
  • 建议使用(>>=)运算符:

    (>>|) xs f = xs >>= \x ->
                 f x >>= \y ->
                 return y
    
  • 这可以缩短(每行重写一次):

      (>>|) xs f = xs >>= \x -> f x >>= \y -> return y -- eta-reduction
    ≡ (>>|) xs f = xs >>= \x -> f x >>= return         -- monad identity
    ≡ (>>|) xs f = xs >>= \x -> f x                    -- eta-reduction
    ≡ (>>|) xs f = xs >>= f                            -- prefix operator
    ≡ (>>|) xs f = (>>=) xs f                          -- point-free
    ≡ (>>|) = (>>=)
    

因此,通过使用列表推导,您尚未真正声明一个新定义,而是仅依赖现有定义。如果需要,您可以改为定义instance Monadd [],而不必依赖现有的Monad实例或列表理解:

  • 使用concatMap

    instance Monadd [] where
      (>>|) xs f = concatMap f xs
    
  • 进一步说明:

    instance Monadd [] where
      (>>|) xs f = concat (map f xs)
    
  • 进一步说明:

    instance Monadd [] where
      (>>|) [] f = []
      (>>|) (x:xs) f = let ys = f x in ys ++ ((>>|) xs f)
    

Monadd类型类应具有类似于return的内容。我不确定为什么会丢失它。

答案 2 :(得分:2)

List comprehensions就像嵌套循环一样:

   xs >>| foo = [ y | x <- xs, y <- foo x]

--            =   for x in xs:
--                         for y in (foo x):
--                               yield y

因此我们有

[1,2,3,4] >>| (\x -> [x, x+10])
=
[ y | x <- [1,2,3,4], y <- (\x -> [x, x+10]) x]
=
[ y | x <- [1] ++ [2,3,4], y <- [x, x+10]]
=
[ y | x <- [1], y <- [x, x+10]] ++ [ y | x <- [2,3,4], y <- [x, x+10]]  -- (*)
=
[ y |           y <- [1, 1+10]]   ++ [ y | x <- [2,3,4], y <- [x, x+10]]
=
[ y | y <- [1]] ++ [ y | y <- [11]] ++ [ y | x <- [2,3,4], y <- [x, x+10]]
=
[1] ++ [11] ++ [ y | x <- [2,3,4], y <- [x, x+10]]
=
[1, 11] ++ [2, 12] ++ [ y | x <- [3,4], y <- [x, x+10]]
=
[1, 11] ++ [2, 12] ++ [3, 13] ++ [ y | x <- [4], y <- [x, x+10]]
=
[1, 11] ++ [2, 12] ++ [3, 13] ++ [4, 14]

关键步骤标记为(*)。您可以将其作为的列表理解的定义。

一种特殊情况是foo函数返回单例列表,就像您的问题一样。那么,这实际上等同于 mapping ,因为输入列表中的每个元素都将变成输出列表中的一个(已转换)元素。

但是列表理解功能更强大。输入元素也可以有条件地转换为无元素(用作 filter )或多个元素:

  [ a,          [a1, a2] ++        concat [ [a1, a2],         [  a1, a2,
    b,    ==>   [b1]     ++    ==           [b1],        ==      b1,
    c,          []       ++                 [],
    d ]         [d1, d2]                    [d1, d2] ]           d1, d2  ]

以上等同于

    concat (map foo [a,b,c,d]) 
    =  
    foo a ++ foo b ++ foo c ++ foo d

表示适当的foo

concat是列表monad的join,而map是列表monad的fmap。一般来说,对于任何monad,

    m >>= foo  =  join (fmap foo m)

Monad的本质是:从“结构”中的每个实体中,有条件地以相同类型的结构产生新元素,并将它们拼接就位:

[     a     ,  b   ,  c  ,    d      ]
    /   \      |      |     /   \
[  [a1, a2] , [b1] ,  [] , [d1, d2]  ]  -- fmap foo    = [foo x | x <- xs]
                                        --             =     [y | x <- xs, y <- [foo x]]
[   a1, a2  ,  b1  ,        d1, d2   ]  -- join (fmap foo) = [y | x <- xs, y <-  foo x ]