`ap zip tail` 表达式是如何工作的

Posted 2023-05-08

【中文标题】`ap zip tail` 表达式是如何工作的

【英文标题】：How does the expression `ap zip tail` work

【发布时间】：2013-10-11 11:49:45

【问题描述】：

我想知道如何写f x = zip x (tail x) in point free。所以我使用了pointfree程序，结果是f = ap zip tail。 ap 是 Control.Monad 中的一个函数

我不明白无点定义是如何工作的。我希望我能从类型的角度理解它。

import Control.Monad (ap)
let f = ap zip tail
let g = ap zip
:info ap zip tail f g
ap :: Monad m => m (a -> b) -> m a -> m b
    -- Defined in `Control.Monad'
zip :: [a] -> [b] -> [(a, b)]   -- Defined in `GHC.List'
tail :: [a] -> [a]      -- Defined in `GHC.List'
f :: [b] -> [(b, b)]    -- Defined at <interactive>:3:5
g :: ([a] -> [b]) -> [a] -> [(a, b)]
    -- Defined at <interactive>:4:5

通过查看表达式ap zip tail，我认为zip 是ap 的第一个参数，而tail 是ap 的第二个参数。

Monad m => m (a -> b) -> m a -> m b
           \--------/   \---/
              zip        tail

但这是不可能的，因为zip和tail的类型与ap函数所需要的完全不同。即使考虑到列表是某种单子。

【问题讨论】：

我唯一能想到的就是ap类型中的a变成了zip类型的[a] -> [b]。如果是这样，那么一般来说，统一（如果它是正确的词）规则是什么？

ghci 说类型是 ap zip tail :: Monad ((->) [b]) => [b] -> [(b, b)]... 没有太多调查，我会说 Monad ((->) [b]) 是您想要阅读的内容。我认为 learnyouahaskell.com/for-a-few-monads-more#reader 可能会帮助您了解这里发生了什么。

顺便提一下，zip <*> tail 是等效的并且看起来更漂亮

@jozefg 对我来说最漂亮的是原始的f x = zip x (tail x) 可能是因为它是唯一能让我立即看到作者意图的形式。

【参考方案1】：

所以ap 的类型签名是Monad m => m (a -> b) -> m a -> m b。你已经给它zip 和tail 作为参数，所以让我们看看它们的类型签名。

从tail :: [a] -> [a] ~ (->) [a] [a] 开始（这里~ 是类型的相等运算符），如果我们将此类型与ap 的第二个参数的类型进行比较，

 (->) [x]  [x] ~ m a
((->) [x]) [x] ~ m a

我们得到a ~ [x] 和m ~ ((->) [x]) ~ ((->) a)。我们已经可以看到我们所在的 monad 是 (->) [x]，而不是 []。如果我们将我们能做的代入ap 的类型签名，我们会得到：

(((->) [x]) ([x] -> b)) -> (((->) [x]) [x]) -> (((->) [x]) b)

由于这不是很可读，所以通常可以写成

  ([x] -> ([x] -> b)) -> ([x] -> [x]) -> ([x] -> b)
~ ([x] ->  [x] -> b ) -> ([x] -> [x]) -> ([x] -> b)

zip 的类型是[x] -> [y] -> [(x, y)]。我们已经可以看到这与ap where 的第一个参数一致

[x]         ~    [x]   
[y]         ~    [x]   
[(x, y)]    ~    b

这里我垂直列出了类型，以便您可以轻松查看哪些类型排列。所以很明显x ~ x、y ~ x和[(x, y)] ~ [(x, x)] ~ b，所以我们可以完成将b ~ [(x, x)]代入ap的类型签名并得到

([x] -> [x] -> [(x, x)]) -> ([x] -> [x]) -> ([x] -> [(x, x)])
--   zip                        tail        ( ap  zip  tail )
--                                            ap  zip  tail u = zip u (tail u)

我希望这能为你解决问题。

编辑：作为 cmets 中的 danvari pointed out，monad (->) a 有时也称为 reader monad。

【讨论】：

可能值得一提的是 (->) 是 Reader-monad

【参考方案2】：

理解这个有两个方面：

类型魔法 实现的信息流

首先，这帮助我理解了类型魔法：

1) zip          : [a] → ( [a] → [(a,a)] )
2) tail         : [a] → [a]
3) zip <*> tail : [a] → [(a,a)]

4) <*> : Applicative f ⇒ f (p → q) → f p → f q

在这种情况下，对于<*>，

5) f x = y → x

注意，在 5 中，f 是一个类型构造函数。将f 应用于x 会生成一个类型。此外，这里= 被重载以表示类型等价。

y 当前是占位符，在本例中为[a]，表示

6) f x = [a] -> x

使用 6，我们可以将 1,2 和 3 改写如下：

7) zip          : f ([a] → [(a,a)])
8) tail         : f [a]
9) zip <*> tail : f ([a] → [(a,a)])  →  f [a]  →  f [(a,a)]

所以，看 4，我们代入如下：

10) p = [a]
11) q = [(a,a)]
12) f x =  [a] → x

（此处重复 6 为 12）

其次，信息流，即实际功能。这样比较容易，从Applicative instance of y →的<*>的定义就很清楚了，这里改写成不同的标识符名称，使用中缀样式：

13) g <*> h $ xs = g xs (h xs)

代入如下：

14) g = zip
15) h = tail

给予：

zip <*> tail $ xs        (Using 14 and 15)
  ==
zip xs (tail xs)         (Using 13 )

【讨论】：

我仍然不清楚的部分是您如何获得第 5 步（这似乎是 ghc 自动推断我们想要使用 (->)）。它可以自动执行此操作，因为它是唯一有效的应用程序实例吗？