使用 Lambda 表達式編寫遞歸二:推斷 FIX、g 的類型


Stars
《Stars》      作者:埃舍爾

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上一篇文章介紹的 λ 演算是無類型的,對於 FIX、g 我們只知道:它們都是有獨個參數的函數,它們的參數本身也是一個只有單一參數的函數;同時,它們值是又一個只有單一參數的函數。

基於這種描述,是無法將 FIX、g 轉化為 c# 代碼的,我們需要推斷出 FIX、g 類型。

我們先做一些假定,基於假定進行推導,得出結論再抽象為通用類型。

遞歸參數及返回值類型假定

對於常見的遞歸函數,如:階乘、斐波那契數列求值,我們先作如下假定:

  1. 參數為 int 類型(Int32);
  2. 返回值為 long 類型(Int64)。

基於假推斷各類型

FIX g 類型

根據上篇文章中的描述:

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FIX g = λn. (ISZERO n) 1 (MULT n ((FIX g) (PRED n)))
FIX g 5 = 5 * (4 * (3 * (2 * (1 * 1))) = 120

FIX g 返回的是我們需要的遞歸函數,這個遞歸函數

  • 接收一個 int 參數(上面假定第 1 條)值為 5
  • 返回一個 long 型數值(上面假定第 2 條)120。

因此,確定出 FIX g 的類型可表示為 Func<int, long>

同時也能看出 n 是遞歸函數的參數,n 類型為 int

g 類型

階乘單步函數如下:

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g = λf. λn. (ISZERO n) 1 (MULT n (f (PRED n)))

c# 中可表達為:g => f => n => n == 0 ? 1 : n * f(n – 1)

先來推斷 f 的類型:

  • f 的參數:f 接收 n – 1 作為參數,因此,f 參數的類型和 n – 1 類型相同,即 n 的類型:int;
  • f 的返回值:為 0 時返回 1,否則返回 n * f(n-1),f 的返回值類型也就是整個遞歸函數的返回值類型,即 long。

可確定 f 類型為 Func<int, long>

n => n == 0 ? 1 : n * f(n – 1) 是傳入一個 int 返回一個 long,其類型 Func<int, long>

先來變換下 g 的表示形式:

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var g = (Func<int, long> f) => {
    Func<int, long> t = 
        n => n == 0 ? 1 : n * f(n - 1);
    return t;
};  // 示意代碼

從上面這段代碼可以清楚到看出 g 接收一個 Func<int, long> 類型的參數 f,返回一個類型為 Func<int, long> 的委托,可得出:

g 的類型為 Func<Func<int, long>, Func<int, long>>

FIX 類型

FIX g 可寫作 FIX(g),可以看出: FIX g 的類型 == FIX(g) 的類型 == FIX 返回值的類型。前面得知 FIX g 類型為 Func<int, long>,也就可推出 FIX 返回值類型為 Func<int, long>

FIX 接受 g 作為參數,FIX 的參數類型也就是 g 的類型,可知 FIX 參數類型為 Func<Func<int, long>, Func<int, long>>。

由此得出 FIX 的類型為:Func<Func<Func<int, long>, Func<int, long>>, Func<int, long>>

(估計這是多數開發人員見過的最復雜的泛型了。后面還在更復雜的吆!)

小結

名稱 λ 演算表達式 數據類型
輸入參數 n int
迭歸返回值 FIX g n long
迭歸函數 FIX g Func<int, long>
單步函數 g Func<Func<int, long>, Func<int, long>>
不動點組合子 FIX Func<Func<Func<int, long>, Func<int, long>>, Func<int, long>>

通用類型

基於以上部分的推演和小結,我們可以歸納出通用類型:

名稱 λ 演算表達式 數據類型
輸入參數 n TInput
迭歸返回值 FIX g n TResult
迭歸函數 FIX g Func<TInput, TResult>
單步函數 g Func<Func<TInput, TResult>, Func<TInput, TResult>>
不動點組合子 FIX Func<Func<Func<TInput, TResult>, Func<TInput, TResult>>, Func<TInput, TResult>>

 

基於本文推斷出的類型,不動點組合子轉換為 c# 代碼了不容易多了。下一篇文章 將以 Y 組合子為例進行說明。


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