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

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。

其他回答

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。

遵循您简短、简洁、实用的指示:

理解monad最简单的方法是在上下文中应用/组合函数。假设你有两个计算,它们都可以看作是两个数学函数f和g。

f取一个String并生成另一个String(取前两个字母)g获取一个String并生成另一个String(大写转换)

因此,在任何语言中,“取前两个字母并将其转换为大写”的转换都会写成g(f(“某个字符串”))。因此,在纯完美函数的世界中,合成只是:先做一件事,然后再做另一件事。

但假设我们生活在一个功能可能失败的世界中。例如:输入字符串可能有一个字符长,因此f将失败。所以在这种情况下

f获取一个String并生成一个String或Nothing。g仅在f未失败时生成字符串。否则,将不生成任何内容

所以现在,g(f(“somestring”))需要一些额外的检查:“计算f,如果它失败,那么g应该返回Nothing,否则计算g”

此思想可应用于任何参数化类型,如下所示:

让Context[Sometype]是Context中Sometype的计算。考虑功能

f: :AnyType->上下文[Sometype]g: :某些类型->上下文[AnyOtherType]

合成g(f())应该读作“compute f。在这个上下文中,做一些额外的计算,然后计算g,如果它在上下文中有意义”

在Scala的上下文中,您会发现以下是最简单的定义。基本上,flatMap(或bind)是“关联”的,并且存在一个标识。

trait M[+A] {
  def flatMap[B](f: A => M[B]): M[B] // AKA bind

  // Pseudo Meta Code
  def isValidMonad: Boolean = {
    // for every parameter the following holds
    def isAssociativeOn[X, Y, Z](x: M[X], f: X => M[Y], g: Y => M[Z]): Boolean =
      x.flatMap(f).flatMap(g) == x.flatMap(f(_).flatMap(g))

    // for every parameter X and x, there exists an id
    // such that the following holds
    def isAnIdentity[X](x: M[X], id: X => M[X]): Boolean =
      x.flatMap(id) == x
  }
}

E.g.

// These could be any functions
val f: Int => Option[String] = number => if (number == 7) Some("hello") else None
val g: String => Option[Double] = string => Some(3.14)

// Observe these are identical. Since Option is a Monad 
// they will always be identical no matter what the functions are
scala> Some(7).flatMap(f).flatMap(g)
res211: Option[Double] = Some(3.14)

scala> Some(7).flatMap(f(_).flatMap(g))
res212: Option[Double] = Some(3.14)


// As Option is a Monad, there exists an identity:
val id: Int => Option[Int] = x => Some(x)

// Observe these are identical
scala> Some(7).flatMap(id)
res213: Option[Int] = Some(7)

scala> Some(7)
res214: Some[Int] = Some(7)

注:严格地说,函数编程中的Monad的定义与范畴理论中的Monard的定义不同,后者是按映射和展平的顺序定义的。尽管它们在某些映射下是等价的。这个演示非常好:http://www.slideshare.net/samthemonad/monad-presentation-scala-as-a-category

http://mikehadlow.blogspot.com/2011/02/monads-in-c-8-video-of-my-ddd9-monad.html

这是你要找的视频。

用C#演示组合和对齐类型的问题,然后用C#正确实现它们。最后,他展示了F#和Haskell中相同的C#代码的外观。

monad是用于封装状态变化的对象的东西。在不允许您具有可修改状态的语言(例如,Haskell)中最常遇到这种情况。

例如文件I/O。

您将能够使用文件I/O的monad来将不断变化的状态本质与使用monad的代码隔离开来。Monad内部的代码可以有效地忽略Monad外部世界的变化状态,这使您更容易理解程序的整体效果。