《Haskell趣学指南》笔记之 Monoid

最新推荐文章于 2023-02-11 06:03:15 发布

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原文链接：https://juejin.im/post/5cd6f3dff265da03b2044d81

本文深入探讨了Haskell中的Monoid类型类，解释了其基本概念，包括中性元和结合律，以及如何通过newtype关键字创建Monoid实例。通过具体示例，如列表和整数的Monoid实例，展示了Monoid在实际编程中的应用。

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Monoid 是一个类型类。字典对 Monoid 的解释是：

独异点，带有中性元的半群；

这应该是范畴论里的东西，反正我目前是看不懂这个什么群。

我们先学习 newtype

newtype 关键字

data 关键字可以创建类型； type 关键字可以给现在类型设置别名； instance 关键字可以让类型变成类型类的实例；

newtype 关键字是根据现有数据类型创建新类型。 newtype 跟 data 很像，但是速度更快，不过功能更少，只能接受值构造器，值构造器只能有一个参数。

newtype CharList = CharList { getCharList :: [Char] } deriving (Eq, Show) 

ghci> CharList "this will be shown!" 
CharList {getCharList = "this will be shown!"} 
ghci> CharList "benny" == CharList "benny" 
True 
ghci> CharList "benny" == CharList "oisters" 
False 
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Monoid

我们先用 * 和 ++ 作比喻

它们都接受两个参数
参数和返回值的类型都相同
存在一个这样的值：作为参数时，返回值与另一个参数相同
1. 1 * 某值 的结果都是某值
2. [] ++ 某列表 的结果都是某列表
当有三个或更多参数时，无论在哪里加括号改变执行顺序，结果都一样
1. (3 * 4) * 5 和 3 * (4 * 5) 一样
2. ([1,2] ++ [3,4]) ++ [5,6] 和 [1,2] ++ ([3,4] ++ [5,6]) 一样

再看 Monoid

一个 Monoid 的实例由一个满足结合律的二元函数和一个单位元组成。

在 * 的定义中 1 是单位元，在++ 的定义中[] 是单位元。

class Monoid m where
    mempty :: m
    mappend :: m -> m -> m
    mconcat :: [m] -> m
    mconcat = foldr mappend mempty 
复制代码

mempty 是单位元
mappend 是二元函数，书中认为这个函数命名为 append 是不恰当的，因为它的作用并不是追加
mconcat 接受一个 m 列表，然后通过 mappend 将其中的所有元素合成一个值
mconcat 默认用 foldr 实现

所以大部分实例只需要定义 mempty 和 mappend 就行了。默认 concat 大部分时候都够用了。

monoid 定律

mempty `mappend` x = x 
x `mappend` mempty = x 
(x `mappend` y) `mappend` z = x `mappend` (y `mappend` z) 
-- 并不要求 a `mappend` b = b `mappend` a，这是交换律
复制代码

Haskell 不会强制要求这些定律成立，所以开发者要自己保证。

Monoid 实例

列表是 Monoid 实例
Int 是 Monoid 实例吗？
- Int 的加法满足 monoid 定律，单位元是 0
- Int 的乘法也满足 monoid 定律，单位元是 1
- 那么 Int 应该以哪种方式成为 Monoid 实例？
- 答案是都可以，这就要用到 newtype 关键字了

Product 和 Sum

Data.Monoid 导出了 Product，定义如下

newtype Product a=Product{getProduct::a}
    deriving(Eq,Ord,Read,Show,Bounded)
复制代码

他的 Monoid 实例定义如下：

instance Num a=> Monoid ( Product a) where
    mempty=Product 1
    Product x `mappend` Product y= Product (x * y)
复制代码

使用方法：

ghci> getProduct $ Product 3 `mappend` Product 9
27
ghci> getProduct $ Product 3 `mappend` mempty
3
ghci> getProduct $ Product 3 `mappend` Product 4 `mappend` Product 2
24
ghci> getProduct.mconcat.map Product $ [3,4,2]
24
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Product 使得 Num 以乘法的形式满足 Monoid 的要求。

Sum 则是用加法：

ghci> getSum $ Sum 2 `mappend` Sum 9
11
ghci> getSum $ mempty `mappend` Sum 3
3
ghci> getSum.mconcat.mapSum $ [1,2,3]
6
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书中还说了很多其他类似的例子。

不过我更关注的是 monad，所以接直接跳过了。

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