Haskell - 严格与非严格与 foldl

Posted 2023-02-21

【中文标题】Haskell - 严格与非严格与 foldl

【英文标题】：Haskell - strict vs non-strict with foldl

【发布时间】：2012-11-12 02:01:36

【问题描述】：

我有一个关于严格与非严格定义的问题。 Haskell wiki-book for Laziness (http://en.wikibooks.org/wiki/Haskell/Laziness) 在“黑盒严格性分析”部分下做出以下断言：

[假设函数 f 接受单个参数。] 函数 f 是严格函数当且仅当 f undefined 导致打印错误并停止我们的程序。

wiki 对比 const 和 id，分别显示了非严格和严格的功能。

我的问题是我的印象是 foldl 是以非严格的方式评估的，导致不希望的空间泄漏，而 foldl' 是严格的。

然而，上面的测试似乎断言 foldl 和 foldl' 都是严格的。如果它们的任何参数未定义，这两个函数都会产生未定义：

> Data.List.foldl (+) undefined [1,2,3,4]
    Prelude.undefined
> Data.List.foldl' (+) 0 undefined
    Prelude.undefined
> Data.List.foldl' (+) undefined [1,2,3,4]
    Prelude.undefined
> Data.List.foldl (+) 0 undefined
    Prelude.undefined

有人可以解释一下我缺少什么吗？

谢谢！

【参考方案1】：

您引用的 wiki 部分假设您正在处理一个接受单个参数的函数。 foldl 的情况不同，首先因为它接受多个参数，但更重要的是因为其中一个参数是函数。让我们看看几个例子，看看foldl 的参数何时严格。 （请注意，以下内容也适用于foldl'。）

> foldl undefined 0 []
0
> foldl undefined 0 [1]
*** Exception: Prelude.undefined

对于空列表，foldl 不需要传递给它的组合函数。在这种情况下，第一个参数并不严格。

> foldl (+) undefined [1, 2, 3]
*** Exception: Prelude.undefined
> foldl (+) 0 undefined
*** Exception: Prelude.undefined

当你传入(+)作为组合函数时，它的起始值和列表是严格的。这是另一个示例，具有不同的组合功能：

> foldl (flip (:)) undefined [1, 2, 3]
[3,2,1*** Exception: Prelude.undefined

有趣。起始值未定义，但似乎对foldl 的调用在引发异常之前产生了一些结果。这个呢：

> let (x:xs) = foldl (flip (:)) undefined [1, 2, 3]
> x
3

没有例外。所以我们可以从foldl 中得到部分结果，而不会碰到可怕的Prelude.undefined。为什么？

嗯，唯一改变的是我们传递给foldl 的组合函数。而(+) 具有（大致）Int -> Int -> Int 类型，flip (:) 具有[a] -> a -> [a] 类型。而3 + ((2 + 1) + undefined) 不在weak head normal form 中并且必须减少以便评估undefined，而(3:(2:(1:undefined))) 是 处于弱头正常形式，不需要进一步评估，特别是不需要评估undefined。

【讨论】：

值得一提的是，在所有这些示例中，foldl' 和 foldl 的行为方式完全相同。

【参考方案2】：

一个更好的定义是：如果一个函数在一个参数未定义的情况下是未定义的，则称该函数是严格的。

让我们看下foldl的定义：

 foldl f s [] = s
 foldl f s (x:xs) = foldl f (f s x) xs

由此可以推断出以下几点：

在f 中并不严格，因为fs 的值在第一个等式中并不重要。 s 也不是严格的，因为列表可能是非空的，f 在它的第一个参数中可能是非严格的（想想flip const）。 然而，在 list 参数中它是严格的，因为无论 f 和 s 是什么，这个参数都必须被评估为所谓的 weak head normal form。如果您可以告诉最外层的构造函数，则代数数据类型的值在 WHNF 中。换句话说， foldl 无法避免查看 list 参数是否为空列表。因此，它必须至少到目前为止评估列表值。但如果该值未定义，则 2 个等式都不适用，因此 foldl 的此应用程序本身是未定义的。

此外，从foldl 在累加器s 中不严格这一事实，我们还可以了解为什么在许多情况下使用foldl 是一个坏主意：系统认为没有理由实际评估该术语f s x，因为它被传递给相应参数中不严格的函数。事实上，如果它确实评估它，那将违反非严格性原则。因此，根据列表的长度，在累加器中会累积一个巨大的 thunk：

((((s `f` x_1) `f` x_2) `f` x_3) ....) `f` x_n)

现在，如果f 本身在其左参数中是严格的，如(+)，则任何评估 foldl 结果的尝试都需要与列表长度成比例的堆栈空间。因为，f ... x_n 的评估，其中... 代表左侧，必须首先评估左侧，依此类推，直到 f s x_1 并返回。

因此我们有它

foldl (flip const) 0 [1..n]

是n，而

foldl const 0 [1..n]

将堆栈溢出足够大的n。这是一个明确的指标，表明在某些情况下，人类的计算能力比机器更好，因为在第二个示例中，列表的长度和内容完全无关，大多数人会立即看到结果必须为 0。