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

另一种尝试是解释monad,只使用Python列表和map函数。我完全接受这不是一个完整的解释,但我希望它能触及核心概念。

我从Monads上的funfunfunction视频和Learn You A Haskell章节“为了几个Monads更多”中得到了这一点的基础。我强烈推荐观看funfunfunction视频。

最简单的是,Monad是具有map和flatMap函数(在Haskell中绑定)的对象。有一些额外的必需财产,但这些是核心属性。

flatMap“展平”map的输出,对于列表,这只是连接列表的值,例如。

concat([[1], [4], [9]]) = [1, 4, 9]

因此,在Python中,我们基本上可以通过以下两个函数实现Monad:

def flatMap(func, lst):
    return concat(map(func, lst))

def concat(lst):
    return sum(lst, [])

func是任何接受值并返回列表的函数。

lambda x: [x*x]

解释

为了清楚起见,我通过一个简单的函数在Python中创建了concat函数,该函数将列表相加,即[]+[1]+[4]+[9]=[1,4,9](Haskell有一个原生的concat方法)。

我假设你知道地图功能是什么,例如:

>>> list(map(lambda x: [x*x], [1,2,3]))
[[1], [4], [9]]

展平是Monad的关键概念,对于每个作为Monad的对象,这种展平允许您获得Monad中包裹的值。

现在我们可以呼叫:

>>> flatMap(lambda x: [x*x], [1,2,3])
[1, 4, 9]

这个lambda取一个值x并将其放入一个列表中。monad适用于从值到monad类型的任何函数,所以在本例中是列表。

这是你的monad定义。

我认为为什么它们有用的问题已经在其他问题中得到了回答。

更多说明

其他不是列表的例子有JavaScript Promise,它有then方法,JavaScript Streams有flatMap方法。

因此Promise和Streams使用了一个稍微不同的函数,它将Stream或Promise展平,并从内部返回值。

Haskell列表monad具有以下定义:

instance Monad [] where  
    return x = [x]  
    xs >>= f = concat (map f xs)  
    fail _ = [] 

即有三个函数return(不要与大多数其他语言中的return混淆)、>>=(flatMap)和fail。

希望您能看到以下两者之间的相似之处:

xs >>= f = concat (map f xs)

and:

def flatMap(f, xs):
    return concat(map(f, xs))

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。

在了解这些信息时,对我帮助最大的两件事是:

第8章,“函数解析器”,摘自Graham Hutton的《Haskell编程》一书。实际上,这根本没有提到monad,但如果您能够通读第章并真正理解其中的所有内容,特别是如何评估一系列绑定操作,您将了解monad的内部结构。预计这需要多次尝试。

关于修道院的教程。这提供了几个很好的例子来说明它们的用途,我不得不说,我在Appendex中的类比是为我工作的。

让下面的“{|a|m}”表示一些一元数据。宣传以下内容的数据类型:

        (I got an a!)
          /        
    {| a |m}

函数f知道如何创建monad,只要它有一个a:

       (Hi f! What should I be?)
                      /
(You?. Oh, you'll be /
 that data there.)  /
 /                 /  (I got a b.)
|    --------------      |
|  /                     |
f a                      |
  |--later->       {| b |m}

在这里,我们看到函数f试图评估monad,但遭到了谴责。

(Hmm, how do I get that a?)
 o       (Get lost buddy.
o         Wrong type.)
o       /
f {| a |m}

函数f通过使用>>=找到提取a的方法。

        (Muaahaha. How you 
         like me now!?)       
    (Better.)      \
        |     (Give me that a.)
(Fine, well ok.)    |
         \          |
   {| a |m}   >>=   f

殊不知,monad和>>=勾结在一起。

            (Yah got an a for me?)       
(Yeah, but hey    | 
 listen. I got    |
 something to     |
 tell you first   |
 ...)   \        /
         |      /
   {| a |m}   >>=   f

但他们实际上在谈论什么?嗯,这取决于单子。仅仅抽象地谈论用处有限;你必须对特定的单子有一些经验,才能充实理解。

例如,数据类型Maybe

 data Maybe a = Nothing | Just a

有一个monad实例,其行为如下。。。

其中,如果情况只是

            (Yah what is it?)       
(... hm? Oh,      |
forget about it.  |
Hey a, yr up.)    | 
            \     |
(Evaluation  \    |
time already? \   |
Hows my hair?) |  |
      |       /   |
      |  (It's    |
      |  fine.)  /
      |   /     /    
   {| a |m}   >>=   f

但对于Nothing的情况

        (Yah what is it?)       
(... There      |
is no a. )      |
  |        (No a?)
(No a.)         |
  |        (Ok, I'll deal
  |         with this.)
   \            |
    \      (Hey f, get lost.) 
     \          |   ( Where's my a? 
      \         |     I evaluate a)
       \    (Not any more  |
        \    you don't.    |
         |   We're returning
         |   Nothing.)   /
         |      |       /
         |      |      /
         |      |     /
   {| a |m}   >>=   f      (I got a b.)
                    |  (This is   \
                    |   such a     \
                    |   sham.) o o  \
                    |               o|
                    |--later-> {| b |m}

因此,如果Maye monad实际上包含它所宣传的a,则它允许计算继续,但如果不包含,则中止计算。然而,结果仍然是一段单元数据,尽管不是f的输出。因此,Maye monad用于表示失败的上下文。

不同的单子叶植物表现不同。列表是具有一元实例的其他类型的数据。它们的行为如下:

(Ok, here's your a. Well, its
 a bunch of them, actually.)
  |
  |    (Thanks, no problem. Ok
  |     f, here you go, an a.)
  |       |
  |       |        (Thank's. See
  |       |         you later.)
  |  (Whoa. Hold up f,      |
  |   I got another         |
  |   a for you.)           |
  |       |      (What? No, sorry.
  |       |       Can't do it. I 
  |       |       have my hands full
  |       |       with all these "b" 
  |       |       I just made.) 
  |  (I'll hold those,      |
  |   you take this, and   /
  |   come back for more  /
  |   when you're done   / 
  |   and we'll do it   / 
  |   again.)          /
   \      |  ( Uhhh. All right.)
    \     |       /    
     \    \      /
{| a |m}   >>=  f  

在这种情况下,该函数知道如何从其输入生成列表,但不知道如何处理额外的输入和额外的列表。bind>>=,通过组合多个输出帮助f。我通过这个例子来说明,当>>=负责提取a时,它也可以访问f的最终绑定输出。事实上,除非它知道最终输出具有相同类型的上下文,否则它永远不会提取任何a。

还有其他monad用于表示不同的上下文。下面是一些其他特征。IO monad实际上没有a,但它认识一个人,会为你拿到a。州立大学圣莫尼德分校有一个秘密的圣莫尼德,它会把圣莫尼德藏在桌子下面给f,尽管f只是来要求一个a。

所有这一切的关键是,任何类型的数据如果声明自己是Monad,都会声明某种上下文来从Monad中提取值。从这一切中获得的巨大收益?好吧,用某种上下文来进行计算是很容易的。然而,当将多个上下文负载的计算串联在一起时,可能会变得混乱。monad操作负责解决上下文的交互,因此程序员不必这样做。

注意,>>=的使用通过从f中移除一些自主权来缓解混乱。也就是说,例如,在上面的Nothing情况下,f不再能够决定在Nothing的情况下要做什么;它被编码为>>=。这就是权衡。如果f有必要决定在Nothing的情况下做什么,那么f应该是从Maybe a到Maybe b的函数。在这种情况下,也许是monad是无关紧要的。

然而,请注意,有时数据类型不会导出它的构造函数(看看你的IO),如果我们想使用广告值,我们别无选择,只能使用它的monadic接口。

monad是一个容器,但用于数据。一个特殊的容器。

所有容器都可以有开口、把手和喷口,但这些容器都保证有一定的开口、把手或喷口。

为什么?因为这些有保证的开口、把手和喷口对于以特定、常见的方式拾取和连接容器非常有用。

这使您可以选择不同的容器,而不必对它们了解太多。它还允许不同类型的容器轻松连接在一起。

正如丹尼尔·斯皮瓦克(Daniel Spiewak)所解释的,修道院不是隐喻,而是从一种共同模式中产生的一种实用的抽象。