F#によるFunctional Programming入門
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高専カンファ in 三重2の発表資料です。高専生向けなので、入門と言いつつアレな感じですので注意してください。
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F#によるFunctional Programming入門
- 1. F#による Functional Programming 入門 bleis-tift December 22 2012
- 2. 自己紹介 id:bleis-tift / @bleis 鈴鹿高専電子情報工学科卒業生 Microsoft MVP for Visual F#
- 4. Q2. どんな言語を使いましたか？ C, C++, BASIC, Java, C#, PHP, Perl, Python, Ruby, JavaScript, ... 授業だと大体こんなところでしょうか？
- 6. その前に・ ・・ 手続型言語ってなんでしょうか？ 手続きを記述する 処理のまとまりを「手続き」としてまとめる 手続きを構成するのは「文」が基本 状態を書き換える 基本的に変数は書き換え可能 単純なループは変数の書き換えがほぼ必須 手続型言語は文中心かつ、 書き換え可能な変数が必須
- 7. 手続型言語に対し・ ・・ 関数型言語はざっくりこんな感じです。 関数を記述する 処理のまとまりを「関数」としてまとめる 関数を構成するのは「式」 状態の書き換えは局所化する 基本的に変数は書き換え不可能 変数の書き換えによらない繰り返し 関数型言語は式中心
- 8. 式と文の違い 式と文の違い、分かりますか？ 式は評価することで値になる 文そのものは値を持たない 値が書けるところには式が書ける！
- 9. 式と文の違い (文) Java int[] f(int x) { int[] res = new int[x]; for (int i = 0; i < x; i++) res[i] = i * 2; return res; } int sum(int[] xs) { ... } // これはもちろん可能 int total = sum(f(10)); // これは出来ない int total = sum( int[] res = new int[x]; for (int i = 0; i < x; i++) res[i] = i * 2; return res; );
- 10. 式と文の違い (式) F# let f x = let res = Array.zeroCreate x for i in 0..(x - 1) do res.[i] <- i * 2 res let sum xs = ... // これはもちろん可能 let total = sum(f 10) // これも可能！ let total = sum ( let res = Array.zeroCreate 10 for i in 0..(10 - 1) do res.[i] <- i * 2 res )
- 12. F#について ちょっと休憩して、F#について。 Visual Studio に標準搭載されている、 マルチパラダイム言語 (コアとなるパラダイムは関数型) .NET Framework 上で動作するため、 .NET の資産を活かせる 強い静的型付き言語 インデントを文法に含む (軽量構文の場合) オープンソース
- 13. さっきのコードをもう一回見てみる let f x = let res = Array.zeroCreate x for i in 0..(x - 1) do res.[i] <- i * 2 // 状態書き換えてる！ res 状態書き換えない版 let f x = Array.init x ((*)2) ループを自分で書く必要すらない！ →バグの抑制につながる
- 14. F#って静的型付き言語って言ったよね・ ？ ・・ 今までのコード、型書いてません。 でも、型推論によってコンパイル時に型が付いて いたのです！ // int を受け取って int[] を返す関数 // 「int -> int[]」と記述する let f x = Array.init x ((*)2) この関数にどうやって型が付いたのか見ていき ます。
- 15. その前に ((*)2)って何！
- 16. ((*)2) について F#では、中置演算子を関数として扱える 2 * 4 // 8 (*) 2 4 // 8 そして、複数引数の関数に引数を「一部」与える ことができる let f x y = x * y f 2 4 // 8 let g = f 2 g 4 // 8 つまり、((*)2) は「何かを 2 倍する関数」
- 17. 型推論のステップ let f x = Array.init x ((*)2) 1 Array.init は、int → (int → α) → α ［］ . 2 x は Array.init の第一引数として渡している x の型は int 3 戻り値の型は Array.init の戻り値の型と同じ . f の戻り値の型はα ［］ 4 掛け算「*」の型は int → int → int ((*)2) は引数を一つ与えているので、int → int これを Array.init の第二引数として渡しているの . で、(int → α) のαは int 全体として、f は「int → int ］ ［ 」
- 20. ここからは型について A か B か C のどれかを表す型が欲しくなったとき どうしますか？ 列挙型を使う？ Java の例 enum T { A, B, C } これでどうや！
- 21. 列挙型でダメな場合 列挙型は「A の時のみ必要な情報」を保持でき ない 例えば、 アンケートの項目「このイベントを何で知り ましたか？」 Web サイト / Twitter / Facebook / その他 その他の場合は理由が必要 これは列挙型ではうまくあらわせない・ ・・
- 22. どうしよう 列挙型とクラスでやる？ enum InfoSource { WebSite, Twitter, Facebook, Etc } class Answer { InfoSource source; String etc; ... } Etc 以外の時に etc が使われてしまうかもしれない
- 23. どうしよう・ ・・ クラス階層を作ってみる？ こうや！ interface InfoSource { } enum WebSite implements InfoSource { Instance } enum Twitter implements InfoSource { Instance } enum Facebook implements InfoSource { Instance } class Etc implements InfoSource { String etc; } Etc 以外の時は etc が使えない！ でも InfoSource を Etc として使うためには キャストが必要 結局コンパイル時に解決できていない そこで Visitor ですよ！
- 24. Visitor Visitor の導入 interface Visitor { void webSite(WebSite w); void twitter(Twitter t); void facebook(Facebook f); void etc(Etc e); } interface InfoSource { void accept(Visitor v); } enum WebSite implements InfoSource { Instance; public void accept(Visitor v) { return v.webSite(this); } } enum Twitter implements InfoSource { Instance; public void accept(Visitor v) { return v.twitter(this); } } enum Facebook implements InfoSource { Instance; public void accept(Visitor v) { return v.facebook(this); } } class Etc implements InfoSource { String etc; public void accept(Visitor v) { return v.etc(this); } }
- 25. やってられるかー！
- 26. そこで直和型ですよ！ F#の直和型 (判別共用体) を使えばこの通り type InfoSource = | WebSite | Twitter | Facebook | Etc of string すっきり！
- 27. 使い方も簡単 match 式を使う let toStr src = match src with | WebSite -> "Web サイト" | Twitter -> "Twitter" | Facebook -> "Facebook" | Etc etc -> "その他 (" + etc + ")" function 式でも可 let toStr = function | WebSite -> "Web サイト" | Twitter -> "Twitter" | Facebook -> "Facebook" | Etc etc -> "その他 (" + etc + ")"
- 28. 判別共用体のさらなる用途 ここまでは、列挙型に毛の生えたようなもの ここまででも便利だが・ ・・ 判別共用体は、自分自身を参照することで更 に便利に！
- 30. 二分木の実装 Java の場合 public class BinTree { final int value; BinTree left = null; BinTree right = null; public BinTree(int value) { this.value = value; } } F#の場合 type BinTree = | Leaf | Node of BinTree * int * BinTree // ↑ ↑
- 31. 二分探索木の探索 Java の場合 public boolean contains(int value) { if (value == this.value) return true; if (value < this.value && lelft != null) return left.contains(value); if (this.value < value && right != null) return right.contains(value); return false; } F#の場合 let rec contains value = function | Leaf -> false | Node (l, v, r) when v = value -> true | Node (l, v, r) when value < v -> contains value l | Node (l, v, r) when v < value -> contains value r
- 32. 両者の違い F#の実装の方が短い (Java よりも宣言的) Java 版は null を使うため、 NullPointerException が起こりうるのに対し、 F#版は null を使わない Java 版は二分木の操作は参照をやりくりする 必要があるのに対し、F#版はパターンマッ チが使える
- 33. 判別共用体は 再帰的なデータ構造を上手に扱える 再帰的なデータ構造は思いのほか多い リスト、木、ファイルシステム、などなど 簡単に記述できる 型を定義するハードルが低い (型が軽い)
- 35. まとめ 文より式！ 直和型 (判別共用体)！ F# ！ F# ！