匿名的递归

定点组合子是一种根据定义满足等价的高阶函数固定

forall f.  fix f  =  f (fix f)

固定f表示定点方程x的解

               x  =  f x

自然数的阶乘可以用

fact 0 = 1
fact n = n * fact (n - 1)

在一般/μ-递归函数上使用固定的、任意的构造证明可以在没有匿名自指性的情况下导出。

fact n = (fix fact') n

在哪里

fact' rec n = if n == 0
                then 1
                else n * rec (n - 1)

这样

   fact 3
=  (fix fact') 3
=  fact' (fix fact') 3
=  if 3 == 0 then 1 else 3 * (fix fact') (3 - 1)
=  3 * (fix fact') 2
=  3 * fact' (fix fact') 2
=  3 * if 2 == 0 then 1 else 2 * (fix fact') (2 - 1)
=  3 * 2 * (fix fact') 1
=  3 * 2 * fact' (fix fact') 1
=  3 * 2 * if 1 == 0 then 1 else 1 * (fix fact') (1 - 1)
=  3 * 2 * 1 * (fix fact') 0
=  3 * 2 * 1 * fact' (fix fact') 0
=  3 * 2 * 1 * if 0 == 0 then 1 else 0 * (fix fact') (0 - 1)
=  3 * 2 * 1 * 1
=  6

这个形式证明

fact 3  =  6

系统地使用定点组合子等价来重写

fix fact'  ->  fact' (fix fact')

微积分

无类型lambda演算形式主义包含在上下文无关的语法中

E ::= v        Variable
   |  λ v. E   Abstraction
   |  E E      Application

v在变量范围内，和约简规则一起

(λ x. B) E  ->  B[x := E]                                 Beta
  λ x. E x  ->  E          if x doesn’t occur free in E   Eta

Beta约简用表达式(“参数”)e替换抽象(“函数”)体B中变量x的所有自由出现。Eta约简消除了冗余抽象。它有时在形式主义中被省略。不适用约简规则的不可约表达式是正常形式或规范形式。

λ x y. E

是简写

λ x. λ y. E

(抽象multiarity),

E F G

是简写

(E F) G

(应用程序left-associativity),

λ x. x

and

λ y. y

alpha-equivalent。

抽象和应用是lambda演算中仅有的两个“语言原语”，但它们允许对任意复杂的数据和操作进行编码。

教会数字是一种自然数的编码，类似于花生公理化自然数。

   0  =  λ f x. x                 No application
   1  =  λ f x. f x               One application
   2  =  λ f x. f (f x)           Twofold
   3  =  λ f x. f (f (f x))       Threefold
    . . .

SUCC  =  λ n f x. f (n f x)       Successor
 ADD  =  λ n m f x. n f (m f x)   Addition
MULT  =  λ n m f x. n (m f) x     Multiplication
    . . .

一个正式的证明

1 + 2  =  3

使用beta约简重写规则:

   ADD                      1            2
=  (λ n m f x. n f (m f x)) (λ g y. g y) (λ h z. h (h z))
=  (λ m f x. (λ g y. g y) f (m f x)) (λ h z. h (h z))
=  (λ m f x. (λ y. f y) (m f x)) (λ h z. h (h z))
=  (λ m f x. f (m f x)) (λ h z. h (h z))
=  λ f x. f ((λ h z. h (h z)) f x)
=  λ f x. f ((λ z. f (f z)) x)
=  λ f x. f (f (f x))                                       Normal form
=  3

组合子

在lambda微积分中，组合子是不包含自由变量的抽象。最简单的，I，单位组合子

λ x. x

同构的恒等函数

id x = x

这样的组合子是像SKI系统这样的组合子计算器的基本操作符。

S  =  λ x y z. x z (y z)
K  =  λ x y. x
I  =  λ x. x

减少不是强归一化;并不是所有的可约化表达式，“重解”，在约简下收敛到正常形式。一个简单的例子是ω ω组合子的发散应用

λ x. x x

本身:

   (λ x. x x) (λ y. y y)
=  (λ y. y y) (λ y. y y)
. . .
=  _|_                     Bottom

减少最左边的子表达式(“头”)是优先的。应用顺序在替换前规范化参数，常规顺序则不然。这两种策略类似于渴望求值(例如C)和懒惰求值(例如Haskell)。

   K          (I a)        (ω ω)
=  (λ k l. k) ((λ i. i) a) ((λ x. x x) (λ y. y y))

在热切应用阶beta缩减下发散

=  (λ k l. k) a ((λ x. x x) (λ y. y y))
=  (λ l. a) ((λ x. x x) (λ y. y y))
=  (λ l. a) ((λ y. y y) (λ y. y y))
. . .
=  _|_

因为在严格的语义上

forall f.  f _|_  =  _|_

但在惰性法阶约简下是收敛的

=  (λ l. ((λ i. i) a)) ((λ x. x x) (λ y. y y))
=  (λ l. a) ((λ x. x x) (λ y. y y))
=  a

如果一个表达式具有正规形式，则用正规阶beta缩减法可以找到它。

Y

Y定点组合子的基本性质

λ f. (λ x. f (x x)) (λ x. f (x x))

是由

   Y g
=  (λ f. (λ x. f (x x)) (λ x. f (x x))) g
=  (λ x. g (x x)) (λ x. g (x x))           =  Y g
=  g ((λ x. g (x x)) (λ x. g (x x)))       =  g (Y g)
=  g (g ((λ x. g (x x)) (λ x. g (x x))))   =  g (g (Y g))
. . .                                      . . .

等效

Y g  =  g (Y g)

同构于

fix f  =  f (fix f)

无类型lambda演算可以在一般/μ递归函数上编码任意构造证明。

 FACT  =  λ n. Y FACT' n
FACT'  =  λ rec n. if n == 0 then 1 else n * rec (n - 1)

   FACT 3
=  (λ n. Y FACT' n) 3
=  Y FACT' 3
=  FACT' (Y FACT') 3
=  if 3 == 0 then 1 else 3 * (Y FACT') (3 - 1)
=  3 * (Y FACT') (3 - 1)
=  3 * FACT' (Y FACT') 2
=  3 * if 2 == 0 then 1 else 2 * (Y FACT') (2 - 1)
=  3 * 2 * (Y FACT') 1
=  3 * 2 * FACT' (Y FACT') 1
=  3 * 2 * if 1 == 0 then 1 else 1 * (Y FACT') (1 - 1)
=  3 * 2 * 1 * (Y FACT') 0
=  3 * 2 * 1 * FACT' (Y FACT') 0
=  3 * 2 * 1 * if 0 == 0 then 1 else 0 * (Y FACT') (0 - 1)
=  3 * 2 * 1 * 1
=  6

(乘法延迟，汇流)

对于丘奇无类型lambda演算，除了Y之外，已经证明存在一个递归可枚举的无穷个定点组合子。

 X  =  λ f. (λ x. x x) (λ x. f (x x))
Y'  =  (λ x y. x y x) (λ y x. y (x y x))
 Z  =  λ f. (λ x. f (λ v. x x v)) (λ x. f (λ v. x x v))
 Θ  =  (λ x y. y (x x y)) (λ x y. y (x x y))
  . . .

法阶beta约简使未扩展的无类型lambda演算成为一个图灵完全重写系统。

在Haskell中，可以优雅地实现定点组合子

fix :: forall t. (t -> t) -> t
fix f = f (fix f)

Haskell的惰性在所有子表达式都被求值之前归一到有限。

primes :: Integral t => [t]
primes = sieve [2 ..]
   where
      sieve = fix (\ rec (p : ns) ->
                     p : rec [n | n <- ns
                                , n `rem` p /= 0])

---

大卫·特纳:丘奇的论文和函数式编程 阿朗佐·丘奇:初等数论的一个不可解问题 微积分 Church-Rosser定理

不动点组合子(或不动点运算符)是一种高阶函数，用于计算其他函数的一个不动点。此操作与编程语言理论相关，因为它允许以重写规则的形式实现递归，而不需要语言的运行时引擎的显式支持。(src维基百科)

上面的大多数答案描述了y组合子是什么，但没有描述它的用途。

用不动点组合子来证明lambda演算是图灵完备的。这是计算理论中一个非常重要的结果，为函数式编程提供了理论基础。

学习不动点组合子也帮助我真正理解了函数式编程。但我从未发现它们在实际编程中有任何用处。

如果你准备好长篇大论，Mike Vanier有一个很好的解释。长话短说，它允许您在一种不一定支持递归的语言中实现递归。

下面是Y-Combinator和Factorial函数的JavaScript实现(来自Douglas Crockford的文章，可在http://javascript.crockford.com/little.html上找到)。

function Y(le) {
    return (function (f) {
        return f(f);
    }(function (f) {
        return le(function (x) {
            return f(f)(x);
        });
    }));
}

var factorial = Y(function (fac) {
    return function (n) {
        return n <= 2 ? n : n * fac(n - 1);
    };
});

var number120 = factorial(5);

以下是对尼古拉斯·曼库索(Nicholas Mancuso)在回答中提到的文章(完全值得一读)中提到的原始问题的回答，以及其他答案:

什么是y组合子?

y组合子是一个“函数”(或高阶函数——一个作用于其他函数的函数)，它接受一个参数，这是一个非递归的函数，并返回该函数的一个递归版本。

---

有点递归=)，但更深入的定义:

一个组合子-就是一个没有自由变量的lambda表达式。 自由变量-是一个变量，不是一个约束变量。 绑定变量—包含在lambda表达式体中的变量，该变量名作为其参数之一。

另一种思考方式是，combinator是这样一个lambda表达式，在其中，你可以在任何地方用它的定义替换一个组合子的名称，并且一切都仍然有效(如果combinator在lambda体中包含对自身的引用，你将进入一个无限循环)。

y组合子是一个定点组合子。

函数的不动点是函数定义域中映射到函数自身的一个元素。 也就是说，如果f(c) = c, c是函数f(x)的一个不动点 这意味着f(f(…f(c)…))= fn(c) = c

组合符是如何工作的?

下面的例子假设强+动态类型:

惰性(正规阶)y组合子: 此定义适用于具有lazy(也称为deferred, call-by-need)求值的语言——该求值策略将表达式的求值延迟到需要它的值时。

Y = λf.(λx.f(x x)) (λx.f(x x)) = λf.(λx.(x x)) (λx.f(x x))

这意味着，对于给定的函数f(它是非递归函数)，可以通过计算λx得到对应的递归函数。F (x x)然后把这个表达式应用到自身上。

严格(应用阶)y组合子: 这个定义适用于具有严格求值策略(也包括热切求值和贪婪求值策略)的语言，在这种策略中，表达式一旦绑定到变量就会被求值。

Y = λf.(λx.f(λy.((x x) y))) (λx.f(λy.((x x) y))) = λf.(λx.(x x)) (λx.f(λy.((x x) y)))

它本质上和lazy一样，只是有一个额外的λ包装器来延迟lambda的体计算。我问了另一个问题，和这个话题有点相关。

它们有什么用?

借用Chris Ammerman的回答:Y-combinator泛化递归，抽象其实现，从而将其与函数的实际工作分离。

尽管Y-combinator有一些实际应用，但它主要是一个理论概念，理解它将扩展你的整体视野，并有可能提高你的分析和开发技能。

它们在过程语言中有用吗?

正如Mike Vanier所说:在许多静态类型的语言中都可以定义Y组合子，但是(至少在我看到的例子中)这样的定义通常需要一些不明显的类型技巧，因为Y组合子本身没有直接的静态类型。这超出了本文的范围，所以我不再进一步提及

正如Chris Ammerman所提到的:大多数过程式语言都有静态类型。

所以这个问题的答案是，不是真的。