函数式编程.docx
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函数式编程
诞生50多年之后,函数式编程(functionalprogramming)开始获得越来越多的关注。
不仅最古老的函数式语言Lisp重获青春,而且新的函数式语言层出不穷,比如Erlang、clojure、Scala、F#等等。
目前最当红的Python、Ruby、Javascript,对函数式编程的支持都很强,就连老牌的面向对象的Java、面向过程的PHP,都忙不迭地加入对匿名函数的支持。
越来越多的迹象表明,函数式编程已经不再是学术界的最爱,开始大踏步地在业界投入实用。
也许继"面向对象编程"之后,"函数式编程"会成为下一个编程的主流范式(paradigm)。
未来的程序员恐怕或多或少都必须懂一点。
但是,"函数式编程"看上去比较难,缺乏通俗的入门教程,各种介绍文章都充斥着数学符号和专用术语,让人读了如坠云雾。
就连最基本的问题"什么是函数式编程",网上都搜不到易懂的回答。
下面是我的"函数式编程"学习笔记,分享出来,与大家一起探讨。
内容不涉及数学(我也不懂LambdaCalculus),也不涉及高级特性(比如lazyevaluation和currying),只求尽量简单通俗地整理和表达,我现在所理解的"函数式编程"以及它的意义。
我主要参考了SlavaAkhmechet的"FunctionalProgrammingForTheRestofUs"。
一、定义
简单说,"函数式编程"是一种"编程范式"(programmingparadigm),也就是如何编写程序的方法论。
它属于"结构化编程"的一种,主要思想是把运算过程尽量写成一系列嵌套的函数调用。
举例来说,现在有这样一个数学表达式:
(1+2)*3-4
传统的过程式编程,可能这样写:
vara=1+2;
varb=a*3;
varc=b-4;
函数式编程要求使用函数,我们可以把运算过程定义为不同的函数,然后写成下面这样:
varresult=subtract(multiply(add(1,2),3),4);
这就是函数式编程。
二、特点
函数式编程具有五个鲜明的特点。
1.函数是"第一等公民"
所谓"第一等公民"(firstclass),指的是函数与其他数据类型一样,处于平等地位,可以赋值给其他变量,也可以作为参数,传入另一个函数,或者作为别的函数的返回值。
举例来说,下面代码中的print变量就是一个函数,可以作为另一个函数的参数。
varprint=function(i){console.log(i);};
[1,2,3].forEach(print);
2.只用"表达式",不用"语句"
"表达式"(expression)是一个单纯的运算过程,总是有返回值;"语句"(statement)是执行某种操作,没有返回值。
函数式编程要求,只使用表达式,不使用语句。
也就是说,每一步都是单纯的运算,而且都有返回值。
原因是函数式编程的开发动机,一开始就是为了处理运算(computation),不考虑系统的读写(I/O)。
"语句"属于对系统的读写操作,所以就被排斥在外。
当然,实际应用中,不做I/O是不可能的。
因此,编程过程中,函数式编程只要求把I/O限制到最小,不要有不必要的读写行为,保持计算过程的单纯性。
3.没有"副作用"
所谓"副作用"(sideeffect),指的是函数内部与外部互动(最典型的情况,就是修改全局变量的值),产生运算以外的其他结果。
函数式编程强调没有"副作用",意味着函数要保持独立,所有功能就是返回一个新的值,没有其他行为,尤其是不得修改外部变量的值。
4.不修改状态
上一点已经提到,函数式编程只是返回新的值,不修改系统变量。
因此,不修改变量,也是它的一个重要特点。
在其他类型的语言中,变量往往用来保存"状态"(state)。
不修改变量,意味着状态不能保存在变量中。
函数式编程使用参数保存状态,最好的例子就是递归。
下面的代码是一个将字符串逆序排列的函数,它演示了不同的参数如何决定了运算所处的"状态"。
functionreverse(string){
if(string.length==0){
returnstring;
}else{
returnreverse(string.substring(1,string.length))+string.substring(0,1);
}
}
由于使用了递归,函数式语言的运行速度比较慢,这是它长期不能在业界推广的主要原因。
5.引用透明
引用透明(Referentialtransparency),指的是函数的运行不依赖于外部变量或"状态",只依赖于输入的参数,任何时候只要参数相同,引用函数所得到的返回值总是相同的。
有了前面的第三点和第四点,这点是很显然的。
其他类型的语言,函数的返回值往往与系统状态有关,不同的状态之下,返回值是不一样的。
这就叫"引用不透明",很不利于观察和理解程序的行为。
三、意义
函数式编程到底有什么好处,为什么会变得越来越流行?
1.代码简洁,开发快速
函数式编程大量使用函数,减少了代码的重复,因此程序比较短,开发速度较快。
PaulGraham在《黑客与画家》一书中写道:
同样功能的程序,极端情况下,Lisp代码的长度可能是C代码的二十分之一。
如果程序员每天所写的代码行数基本相同,这就意味着,"C语言需要一年时间完成开发某个功能,Lisp语言只需要不到三星期。
反过来说,如果某个新功能,Lisp语言完成开发需要三个月,C语言需要写五年。
"当然,这样的对比故意夸大了差异,但是"在一个高度竞争的市场中,即使开发速度只相差两三倍,也足以使得你永远处在落后的位置。
"
2.接近自然语言,易于理解
函数式编程的自由度很高,可以写出很接近自然语言的代码。
前文曾经将表达式(1+2)*3-4,写成函数式语言:
subtract(multiply(add(1,2),3),4)
对它进行变形,不难得到另一种写法:
add(1,2).multiply(3).subtract(4)
这基本就是自然语言的表达了。
再看下面的代码,大家应该一眼就能明白它的意思吧:
merge([1,2],[3,4]).sort().search("2")
因此,函数式编程的代码更容易理解。
3.更方便的代码管理
函数式编程不依赖、也不会改变外界的状态,只要给定输入参数,返回的结果必定相同。
因此,每一个函数都可以被看做独立单元,很有利于进行单元测试(unittesting)和除错(debugging),以及模块化组合。
4.易于"并发编程"
函数式编程不需要考虑"死锁"(deadlock),因为它不修改变量,所以根本不存在"锁"线程的问题。
不必担心一个线程的数据,被另一个线程修改,所以可以很放心地把工作分摊到多个线程,部署"并发编程"(concurrency)。
请看下面的代码:
vars1=Op1();
vars2=Op2();
vars3=concat(s1,s2);
由于s1和s2互不干扰,不会修改变量,谁先执行是无所谓的,所以可以放心地增加线程,把它们分配在两个线程上完成。
其他类型的语言就做不到这一点,因为s1可能会修改系统状态,而s2可能会用到这些状态,所以必须保证s2在s1之后运行,自然也就不能部署到其他线程上了。
多核CPU是将来的潮流,所以函数式编程的这个特性非常重要。
5.代码的热升级
函数式编程没有副作用,只要保证接口不变,内部实现是外部无关的。
所以,可以在运行状态下直接升级代码,不需要重启,也不需要停机。
Erlang语言早就证明了这一点,它是瑞典爱立信公司为了管理电话系统而开发的,电话系统的升级当然是不能停机的。
(完)
转自:
比较笼统,可以去系统地学一下Erlang,会有收获的。
转自 数学的美学世界
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∙#代码
2013/.年03/.月25日
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徐伟
2013-03-25发布
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2013/.年03/.月18日
盖茨的数学作业:
牛人到了哪里都会牛(着重最后一句话)
比尔·盖茨大二时的数学作业,据说是微软面试题,真是牛人到了哪里都会牛。
比尔·盖茨大二时的数学作业,发表于SCI期刊《DiscreteMathematics》1979年27卷。
出作业题的是ChristosPapadimitriou(后面简称帕帕),帕帕是一位著名的数学家,希腊裔的美国人,目前也是美国工程院院士,当时他在哈佛大学任教。
课程结束后,帕帕老师布置了一道非常难的题目,他对此很“满意”,因为绝大多数学生都交了白卷,唯独一份一卷子让他眼前一亮——那就是比尔·盖茨的答卷。
后来,帕帕老师找到盖茨,劝说他毕业之后跟自己做研究生。
盖茨问他什么样的研究是比较Top的领域,他说你做的答卷就算是。
再后来,盖茨退学了,他要去干比学术更有挑战性的事业——创业,并且还拐走了他的一个师兄,去了不毛之地新墨西哥州建立了“微软”。
不过,他的老师帕帕仍然把盖茨的作业整理了一下,以盖茨为第一作者发表在了一份专业的数学杂志《DiscreteMathematics》上。
多年之后,帕帕在香港的一个学术会议提到了这个故事,有人问他你后不后悔当初失去了盖茨这么一个优秀的学术苗子?
帕帕说是有点后悔,不过我更后悔的是当初没有跟他一起去创业。
看来牛人是有基因,有特质的,牛人到了哪里都会牛。
我想,看完这个故事,那些因为沉迷游戏、无所事事而导致成绩不好,大学学业无以为继的人,就不要拿盖茨也没读完大学来安慰自己了,呵呵。
注:
好多人对比尔·盖茨的名字有疑问,其实他的名字叫WilliamHenryGates,威廉·亨利·盖茨,而Bill则是William的昵称。
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