Функциональное программирование
Санкт-Петербург, весна 2014
Описание
Курс знакомит слушателей с функциональными языками программирования и методами программирования на этих языках.
Мы рассмотрим отличия функционального подхода к программированию от традиционного императивного, познакомимся с лямбда-исчислением, как теоретической основой функционального программирования, изучим системы типов функциональных языков и алгоритм вывода типов Хиндли-Дамаса-Милнера.
Мы познакомимся с языком программирования Хаскелл, изучим ленивую и энергичную семантики, алгебраические типы данных и их использование для сопоставления с образцом. Изучая систему типов Хаскелла, мы обсудим параметрический и специальный полиморфизм и, в частности, механизм классов типов.
Мы изучим основные классы типов из стандартной библиотеки Хаскелла, в том числе функторы, аппликативные функторы и монады. Мы обсудим различные стратегии свертки и обхода списков, деревьев и познакомимся с обобщением этих операций в классах типов Foldable и Traversable.
Мы научимся программировать, используя стандартные монады, в частности обсудим проблему ввода-вывода в чистых языках и его реализацию в Хаскелле с помощью монады IO, а также работу с изменяемым состоянием с помощью монады State и родственных ей монад.
Литература
Основная:
- Miran Lipovaca, Learn You a Haskell for Great Good! A Beginner’s Guide 2011 http://learnyouahaskell.com/chapters (русский перевод: Миран Липовача, Изучай Haskell во имя добра! Издательство: ДМК Пресс, 2012)
Дополнительная:
Х. Барендрегт, Ламбда-исчисление, его синтаксис и семантика, М.:Мир, 1985
Филд А., Харрисон П., Функциональное программирование, М.:Мир, 1993
John Harrison, Introduction to Functional Programming http://www.cl.cam.ac.uk/teaching/Lectures/funprog-jrh-1996/ (русский перевод: http://code.google.com/p/funprog-ru/)
Bryan O’Sullivan, Don Stewart, and John Goerzen, Real World Haskell O’Reilly Media, 2008 http://book.realworldhaskell.org/read/
Simon Peyton Jones, The Implementation of Functional Programming Languages, Prentice Hall, 1987 http://research.microsoft.com/en-us/um/people/simonpj/papers/slpj-book-1987/index.htm
Benjamin C. Pierce, Types and Programming Languages, MIT Press, 2002 http://www.cis.upenn.edu/ bcpierce/tapl (русский перевод: Бенджамин Пирс, Типы в языках программирования, Издательство: Лямбда пресс, Добросвет, 2012 http://newstar.rinet.ru/ goga/tapl/)
Henk Barendregt, Lambda calculi with types, Handbook of logic in computer science (vol. 2), Oxford University Press, 1993
Преподаватели
Список лекций
Введение. Функциональное и императивное программирование. Лямбда-исчисление. Применение и абстракция. Свободные и связанные переменные. Комбинаторы. Функции нескольких переменных, каррирование. Подстановка, лемма подстановки. Бета-преобразование. Эта-преобразование. Расширение чистого лямбда-исчисления: дельта-преобразование.
Теорема о неподвижной точке, Y-комбинатор. Редексы. Одношаговая и многошаговая редукция. Нормальная форма. Редукционные графы. Теорема Чёрча-Россера. Следствия: редуцируемость к нормальной форме, единственность нормальной формы. Cтратегии редукции. Теорема о нормализации. Механизмы вызова в функциональных языках.
Роль типов в языках программирования. Предтермы. Утверждения о типизации. Контексты. Правила типизации по Карри и по Чёрчу. Деревья вывода типов. Свойства типизированного лямбда-исчисления. Связь между системами Карри и Чёрча. Проблемы разрешимости. Сильная и слабая нормализация. Соответствие Карри-Говарда.
Стандарт языка. Компилятор GHC. Интерпретатор GHCi. Hoogle. Связывание. Кодирование функций. Рекурсия. Основные синтаксические конструкции. Система модулей. Частичное применение, каррирование. Инфиксные операторы, сечения. Бесточечный стиль.
Ошибки. Основание. Строгие и нестрогие функции. Ленивое и энергичное исполнение. Функция seq.
Алгебраические типы данных. Сопоставление с образцом, его семантика.
Объявления type и newtype. Метки полей.
Параметрический и специальный полиморфизм. Классы типов. Объявления представителей (instance declaration).
Пример: классы Eq и Ord.
Операторы над типами как параметры в определении класса. Класс типов Functor.
Реализация классов типов.
Свёртки списков. Правая и левая свёртки. Ленивые и энергичные версии свёрток.
Моноиды. Представители класса типов Monoid.
Свойство слияния (fusion law) для свертки.
Класс типов Foldable.
Законы для функторов. Класс типов Pointed и законы для него.
Класс типов Applicative и его представители.
Два способа объявления списка аппликативным функтором.
Класс типов Traversable.