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。


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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。

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在几年前回答了这个问题之后,我相信我可以通过。。。

monad是一种函数组合技术,它使用组合函数bind将某些输入场景的处理具体化,以在组合过程中预处理输入。

在正常合成中,函数compose(>>)用于按顺序将合成的函数应用于其前身的结果。重要的是,所组成的函数需要处理其输入的所有场景。

(x->y)>>(y->z)

这种设计可以通过重组输入来改进,以便更容易地询问相关状态。因此,如果y包含有效性的概念,则值可以变成Mb,例如(is_OK,b),而不是简单的y。

例如,当输入仅可能是一个数字时,而不是返回一个可以尽职尽责地包含数字或不包含数字的字符串,您可以将类型重新构造为bool,以指示元组中存在有效数字和数字,例如bool*float。组合函数现在不再需要解析输入字符串来确定数字是否存在,而只需要检查元组的布尔部分。

(Ma->Mb)>>(Mb->Mc)

在这里,合成与合成一起自然发生,因此每个函数必须单独处理其输入的所有场景,尽管现在这样做要容易得多。

然而,如果我们能够将审讯的工作外化,以应对那些处理场景是常规的情况,那又会怎样呢。例如,如果我们的程序在输入不正常时什么都不做,比如is_OK为false时。如果做到了这一点,那么组合函数就不需要自己处理该场景,从而大大简化了代码并实现了另一个级别的重用。

为了实现这种外部化,我们可以使用bind(>>=)函数来执行组合而不是组合。因此,不是简单地将值从一个函数的输出传递到另一个函数输入,而是检查Ma的M部分,并决定是否以及如何将组合函数应用于a。当然,函数绑定将专门为我们的特定M定义,以便能够检查其结构并执行我们想要的任何类型的应用。尽管如此,a可以是任何东西,因为bind仅在确定应用程序需要时将未检查的a传递给组合函数。此外,组合函数本身也不再需要处理输入结构的M部分,从而简化了它们。因此

(a->Mb)>>=(b->Mc)或更简洁地Mb>>=

简言之,一旦输入被设计为充分暴露某些输入场景,monad就外部化了,从而提供了关于处理这些输入场景的标准行为。这种设计是一种外壳和内容模型,其中外壳包含与组合函数的应用程序相关的数据,并由绑定函数查询,并且仅对绑定函数可用。

因此,单子是三件事:

M外壳,用于保存monad相关信息,实现的绑定函数,用于在将组合函数应用于其在外壳中找到的内容值时使用该外壳信息,以及形式为a->Mb的可组合函数,生成包含单元管理数据的结果。

一般来说,函数的输入比其输出更具限制性,其中可能包括错误条件等;因此,Mb结果结构通常非常有用。例如,当除数为0时,除法运算符不返回数字。

此外,monad可以包括将值a包装成monadic类型Ma的包装函数,以及将一般函数a->b包装成monodic函数a->Mb的包装函数。当然,像bind一样,这样的包装函数是M特有的。例如:

let return a = [a]
let lift f a = return (f a)

绑定函数的设计假定了不可变的数据结构和纯函数,其他事情变得复杂,无法保证。因此,有一元定律:

鉴于

M_ 
return = (a -> Ma)
f = (a -> Mb)
g = (b -> Mc)

然后

Left Identity  : (return a) >>= f === f a
Right Identity : Ma >>= return    === Ma
Associative    : Ma >>= (f >>= g) === Ma >>= ((fun x -> f x) >>= g)

关联性意味着无论何时应用绑定,绑定都会保留求值顺序。也就是说,在上述关联性的定义中,对f和g的括号化绑定的强制早期评估只会导致期望Ma的函数完成绑定。因此,必须先确定Ma的值,然后才能将其值应用于f,进而将结果应用于g。

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。

解释monad似乎就像解释控制流语句一样。想象一下,一个非程序员要求你解释它们?

你可以给他们一个涉及理论的解释——布尔逻辑、寄存器值、指针、堆栈和框架。但那太疯狂了。

你可以用语法来解释它们。基本上,C中的所有控制流语句都有大括号,您可以通过它们相对于括号的位置来区分条件和条件代码。这可能更疯狂。

或者,您也可以解释循环、if语句、例程、子例程以及可能的协例程。

Monad可以取代相当多的编程技术。语言中有一种特定的语法支持它们,还有一些关于它们的理论。

它们也是函数式程序员使用命令式代码而不承认它的一种方式,但这并不是他们唯一的用途。

我也在努力理解单子。这是我的版本:

Monad是关于对重复的事物进行抽象的。首先,monad本身是一个类型化接口(像抽象泛型类),它有两个函数:bind和return,它们定义了签名。然后,我们可以基于抽象的monad创建具体的monad,当然还有绑定和返回的具体实现。此外,绑定和返回必须满足几个不变量,以便可以组合/链接具体的单体。

当我们有接口、类型、类和其他工具来创建抽象时,为什么要创建monad概念?因为monad提供了更多:它们以一种能够在没有任何样板的情况下合成数据的方式强制重新思考问题。

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。