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

来自维基百科:

在函数式编程中,monad是一种抽象数据类型,用于表示计算(而不是域模型中的数据)。Monads公司允许程序员链接动作一起构建管道,其中每个动作都用提供了其他处理规则莫纳德。编写的程序功能性风格可以利用monads来构造程序包括顺序操作,1[2]或定义任意控制流(如处理并发,延续或例外)。形式上,monad由定义两个操作(bind和return)和类型构造函数M必须满足几个财产才能允许正确组成一元函数(即使用monad中的值作为参数)。返回操作需要一个普通类型的值,并将其放入装入M型一元容器中。绑定操作执行反向处理,提取集装箱的原始价值,以及将其传递给关联的下一个函数。程序员将编写monadic定义数据处理的函数管道monad充当框架,因为它是一种可重用的行为这决定了调用管道,并管理所有需要的卧底工作计算[3] 绑定和返回管道中交错的运算符将在每个monadic之后执行函数返回控制,并将注意特定方面由monad处理。

我相信这很好地解释了这一点。

其他回答

我想说,与monads最接近的OO类比是“命令模式”。

在命令模式中,将普通语句或表达式包装在命令对象中。命令对象公开执行包装语句的执行方法。所以,语句被转换为可以随意传递和执行的第一类对象。可以组合命令,以便通过链接和嵌套命令对象来创建程序对象。

命令由单独的对象调用程序执行。使用命令模式(而不仅仅是执行一系列普通语句)的好处是,不同的调用程序可以将不同的逻辑应用于如何执行命令。

命令模式可用于添加(或删除)宿主语言不支持的语言功能。例如,在没有异常的假设OO语言中,可以通过向命令公开“try”和“throw”方法来添加异常语义。当命令调用throw时,调用程序会回溯到命令列表(或树),直到最后一次“try”调用。相反,您可以通过捕获每个单独命令抛出的所有异常,并将它们转换为错误代码,然后传递给下一个命令,从而从语言中删除异常语义(如果您认为异常是坏的)。

甚至更花哨的执行语义(如事务、非确定性执行或延续)也可以用本机不支持的语言实现。如果你仔细想想,这是一个非常强大的模式。

实际上,命令模式并没有像这样作为通用语言特性使用。将每个语句转换为单独的类的开销将导致无法忍受的样板代码。但原则上,它可以用于解决与在fp中使用monad解决的问题相同的问题。

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。

从实践的角度来看(总结了之前许多回答和相关文章中所说的内容),在我看来,monad的一个基本“目的”(或有用性)是利用递归方法调用(即函数组合)中隐含的依赖关系(即,当f1调用f2调用f3时,f3需要在f1之前的f2之前求值),以自然的方式表示顺序组合,特别是在惰性评估模型的上下文中(即,作为一个普通序列的顺序合成,例如C中的“f3();f2();f1();”),如果你想到f3、f2和f1实际上什么都不返回的情况(它们作为f1(f2(f3))的链接是人为的,纯粹是为了创建序列),那么这个技巧就特别明显了。

当涉及到副作用时,这一点尤其重要,即当某些状态被改变时(如果f1、f2、f3没有副作用,那么它们的求值顺序无关紧要;这是纯函数语言的一个很好的特性,例如能够并行化这些计算)。函数越纯越好。

我认为,从这个狭隘的角度来看,monad可以被视为支持惰性求值的语言的语法糖(只有在绝对必要时才求值,遵循不依赖于代码表示的顺序),并且没有其他表示顺序合成的方法。最终的结果是,“不纯”(即确实有副作用)的代码段可以以命令式的方式自然呈现,但与纯函数(没有副作用)完全分离,纯函数可以延迟求值。

正如这里所警告的,这只是一个方面。

你最近有一篇演讲《Monadologie——关于类型焦虑的专业帮助》(Christopher League,2010年7月12日),这篇演讲对延续和monad的话题非常有趣。这个(幻灯片)演示的视频实际上可以在vimeo上获得。Monad部分开始于37分钟左右,在这段一小时的视频中,从58张幻灯片中的第42张幻灯片开始。

它被称为“函数式编程的主要设计模式”,但示例中使用的语言是Scala,它既是面向对象的又是函数式的。您可以在Debasish Ghosh(2008年3月27日)的博客文章“Monads-在Scala中抽象计算的另一种方法”中阅读更多关于Monad的内容。

如果类型构造函数M支持以下操作,那么它就是monad:

# the return function
def unit[A] (x: A): M[A]

# called "bind" in Haskell 
def flatMap[A,B] (m: M[A]) (f: A => M[B]): M[B]

# Other two can be written in term of the first two:

def map[A,B] (m: M[A]) (f: A => B): M[B] =
  flatMap(m){ x => unit(f(x)) }

def andThen[A,B] (ma: M[A]) (mb: M[B]): M[B] =
  flatMap(ma){ x => mb }

例如(在Scala中):

选项是monad

    def unit[A] (x: A): Option[A] = Some(x)

    def flatMap[A,B](m:Option[A])(f:A =>Option[B]): Option[B] =
      m match {
       case None => None
       case Some(x) => f(x)
      }

列表为Monad

    def unit[A] (x: A): List[A] = List(x)

    def flatMap[A,B](m:List[A])(f:A =>List[B]): List[B] =
      m match {
        case Nil => Nil
        case x::xs => f(x) ::: flatMap(xs)(f)
      }

Monad在Scala中非常重要,因为它是为了利用Monad结构而构建的方便语法:

对于Scala的理解:

for {
  i <- 1 to 4
  j <- 1 to i
  k <- 1 to j
} yield i*j*k

由编译器翻译为:

(1 to 4).flatMap { i =>
  (1 to i).flatMap { j =>
    (1 to j).map { k =>
      i*j*k }}}

关键抽象是flatMap,它通过链接绑定计算。flatMap的每次调用都返回相同的数据结构类型(但值不同),作为链中下一个命令的输入。

在上面的代码段中,flatMap将闭包(SomeType)=>List[AanotherType]作为输入,并返回List[Aanother Type]。需要注意的一点是,所有flatMap都采用相同的闭包类型作为输入,并返回与输出相同的类型。

这就是“绑定”计算线程的原因——为了理解,序列中的每一项都必须遵守相同的类型约束。


如果您执行两个操作(可能失败)并将结果传递给第三个,例如:

lookupVenue: String => Option[Venue]
getLoggedInUser: SessionID => Option[User]
reserveTable: (Venue, User) => Option[ConfNo]

但如果不利用Monad,你会得到复杂的OOP代码,比如:

val user = getLoggedInUser(session)
val confirm =
  if(!user.isDefined) None
  else lookupVenue(name) match {
    case None => None
    case Some(venue) =>
      val confno = reserveTable(venue, user.get)
      if(confno.isDefined)
        mailTo(confno.get, user.get)
      confno
  }

而使用Monad,您可以像所有操作一样使用实际类型(地点、用户),并隐藏选项验证内容,这都是因为for语法的平面图:

val confirm = for {
  venue <- lookupVenue(name)
  user <- getLoggedInUser(session)
  confno <- reserveTable(venue, user)
} yield {
  mailTo(confno, user)
  confno
}

只有当所有三个函数都具有Some[X]时,才会执行屈服部分;任何“无”将直接返回以确认。


So:

Monad允许在函数编程中进行有序计算,这允许我们以一种很好的结构化形式(有点像DSL)对动作序列进行建模。最大的能力来自于将服务于不同目的的monad组合成应用程序中的可扩展抽象的能力。monad对动作的排序和线程化由语言编译器完成,该语言编译器通过闭包的魔力进行转换。


顺便说一句,Monad不是FP中使用的唯一计算模型:

范畴理论提出了许多计算模型。其中计算的Arrow模型莫纳德计算模型计算的应用模型

我能想到的最简单的解释是,单声道是一种用符号化结果组成函数的方式(也称为克莱斯利合成)。“embelished”函数具有签名a->(b,smth),其中a和b是可能彼此不同但不一定不同的类型(想想Int,Bool),smth是“上下文”或“embelisement”。

这种类型的函数也可以写成a->m b,其中m相当于“embelisation”smth。因此,这些是在上下文中返回值的函数(想想记录其操作的函数,其中smth是日志消息;或者执行输入/输出的函数,其结果取决于IO操作的结果)。

monad是一个接口(“typeclass”),它让实现者告诉它如何组合这样的函数。实现者需要为任何想要实现接口的m类型定义一个组合函数(a->mb)->(b->mc)->(a->mc)(这是Kleisli组合)。

所以,如果我们说我们有一个元组类型(Int,String),它表示Int上的计算结果,(_,String)是“embelisation”-动作的日志-和两个函数increment::Int->(Int,String)和twoTimes::Int->(Int、String),我们希望获得一个函数incamentThenDouble::Int->(Int),这是两个函数的组合,也考虑了日志。

在给定的示例中,两个函数的monad实现应用于整数值2增量ThenDouble 2(等于2倍(增量2))将返回(6,“加法1”。中间结果的增量2等于(3,“加1”),2乘以3等于(6,“加3”)

从这个Kleisli合成函数可以导出通常的一元函数。