【问题标题】:What’s an example of a Monad which is an Alternative but not a MonadPlus?什么是 Monad 的一个例子,它是一个 Alternative 但不是 MonadPlus?
【发布时间】:2012-10-18 19:38:22
【问题描述】:

his answer 的问题“Distinction between typeclasses MonadPlus, Alternative, and Monoid?” 中,Edward Kmett 这么说

此外,即使 ApplicativeMonad 的超类,你最终还是需要 MonadPlus 类,因为服从

empty <*> m = empty

不足以证明这一点

empty >>= f = empty

因此,声称某事物是 MonadPlus 比声称它是 Alternative 更强。

很明显,任何 monad 的应用函子都会自动成为 Alternative 的示例,而 MonadPlus 不是 MonadPlus,但 Edward Kmett 的回答暗示存在一个 monadAlternative 但不是 MonadPlus:它的 empty&lt;|&gt; 将满足 Alternative 法律,1 但不满足 MonadPlus 法律。 2 我自己想不出这样的例子;有人知道吗?


1 我无法找到一组Alternative 法律的规范参考,但我列出了我认为它们大约在my answer 到问题@ 的一半987654324@(搜索短语“右分配”)。我认为应该遵守的四项法则是:

  1. 正确分配(&lt;*&gt;):  (f &lt;|&gt; g) &lt;*&gt; a = (f &lt;*&gt; a) &lt;|&gt; (g &lt;*&gt; a)
  2. 右吸收(&lt;*&gt;):  empty &lt;*&gt; a = empty
  3. 左分布(fmap):  f &lt;$&gt; (a &lt;|&gt; b) = (f &lt;$&gt; a) &lt;|&gt; (f &lt;$&gt; b)
  4. 左吸收(fmap):  f &lt;$&gt; empty = empty

我也很乐意接受一组更有用的Alternative 法律。

2 我知道there’s some ambiguity about what the MonadPlus laws are;我对使用左分布或左捕获的答案感到满意,尽管我更喜欢前者。

【问题讨论】:

  • 我一直认为 Alternative 和 MonadPlus 的唯一定律是幺半群定律。或者,更具体地说,我认为应该有只包含幺半群定律的类型类,并且任何额外的定律都应该分配给子类。
  • @GabrielGonzalez 在实践中,这种事情经常发生。在我的回答中,我表明来自 base 的 MonadPlus 实例不满足这些定律。
  • AndrewC:当然应该这么说。总是这么说。我们一直在与东亚交战。 (谢谢,我也回过头来修正了另一个问题的答案。)
  • 哦,我刚刚意识到(阅读了@PetrPudlák 的评论)- 我认为我们应该为 添加关联性,具体来说, (a b) c = a (b c).
  • @AndrewC:我认为这些是附加的非幺半群定律,因为文档所说的唯一内容是 Alternative"a monoid on applicative functors." 在原始上下文中很清楚,但你是的,我可能应该更明确。

标签: haskell monads applicative alternative-functor monadplus


【解决方案1】:

答案的线索在HaskellWiki about MonadPlus you linked to

什么规则? Martin & Gibbons 选择 Monoid、Left Zero 和 Left Distribution。这使得 [] 成为 MonadPlus,但不是 MaybeIO

所以根据您的偏好,Maybe 不是 MonadPlus(虽然有一个实例,但它不满足左分布)。让我们证明它满足 Alternative。

Maybe 是另一种选择

  1. 正确分配(&lt;*&gt;): (f &lt;|&gt; g) &lt;*&gt; a = (f &lt;*&gt; a) &lt;|&gt; (g &lt;*&gt; a)

案例一:f=Nothing:

(Nothing <|> g) <*> a =                    (g) <*> a  -- left identity <|>
                      = Nothing         <|> (g <*> a) -- left identity <|>
                      = (Nothing <*> a) <|> (g <*> a) -- left failure <*>

案例2:a=Nothing

(f <|> g) <*> Nothing = Nothing                             -- right failure <*>
                      = Nothing <|> Nothing                 -- left identity <|>
                      = (f <*> Nothing) <|> (g <*> Nothing) -- right failure <*>

案例3:f=Just h, a = Just x

(Just h <|> g) <*> Just x = Just h <*> Just x                      -- left bias <|>
                          = Just (h x)                             -- success <*>
                          = Just (h x) <|> (g <*> Just x)          -- left bias <|>
                          = (Just h <*> Just x) <|> (g <*> Just x) -- success <*>
  1. 右吸收(&lt;*&gt;): empty &lt;*&gt; a = empty

这很容易,因为

Nothing <*> a = Nothing    -- left failure <*>
  1. 左分布(fmap): f &lt;$&gt; (a &lt;|&gt; b) = (f &lt;$&gt; a) &lt;|&gt; (f &lt;$&gt; b)

案例一:a = Nothing

f <$> (Nothing <|> b) = f <$> b                        -- left identity <|>
                 = Nothing <|> (f <$> b)          -- left identity <|>
                 = (f <$> Nothing) <|> (f <$> b)  -- failure <$>

案例2:a = Just x

f <$> (Just x <|> b) = f <$> Just x                 -- left bias <|>
                     = Just (f x)                   -- success <$>
                     = Just (f x) <|> (f <$> b)     -- left bias <|>
                     = (f <$> Just x) <|> (f <$> b) -- success <$>
  1. 左吸收(fmap): f &lt;$&gt; empty = empty

另一个简单的:

f <$> Nothing = Nothing   -- failure <$>

Maybe 不是 MonadPlus

让我们证明Maybe 不是MonadPlus 的断言:我们需要证明mplus a b &gt;&gt;= k = mplus (a &gt;&gt;= k) (b &gt;&gt;= k) 并不总是成立。与以往一样,诀窍是使用一些绑定来偷出非常不同的值:

a = Just False
b = Just True

k True = Just "Made it!"
k False = Nothing

现在

mplus (Just False) (Just True) >>= k = Just False >>= k
                                     = k False
                                     = Nothing

在这里,我使用了 bind (&gt;&gt;=) 从胜利的边缘抢夺失败 (Nothing),因为 Just False 看起来很成功。

mplus (Just False >>= k) (Just True >>= k) = mplus (k False) (k True)
                                           = mplus Nothing (Just "Made it!")
                                           = Just "Made it!"

这里的失败(k False)是提前计算出来的,所以被忽略了,我们"Made it!"

所以,mplus a b &gt;&gt;= k = Nothingmplus (a &gt;&gt;= k) (b &gt;&gt;= k) = Just "Made it!"

您可以像我一样使用&gt;&gt;= 来打破mplus 的左偏向Maybe

我的证明的有效性:

以防你觉得我没有做足够乏味的推导,我会证明我使用的身份:

首先

Nothing <|> c = c      -- left identity <|>
Just d <|> c = Just d  -- left bias <|>

来自实例声明

instance Alternative Maybe where
    empty = Nothing
    Nothing <|> r = r
    l       <|> _ = l

其次

f <$> Nothing = Nothing    -- failure <$>
f <$> Just x = Just (f x)  -- success <$>

这只是来自(&lt;$&gt;) = fmap

instance  Functor Maybe  where
    fmap _ Nothing       = Nothing
    fmap f (Just a)      = Just (f a)

第三,其他三个需要更多的工作:

Nothing <*> c = Nothing        -- left failure <*>
c <*> Nothing = Nothing        -- right failure <*>
Just f <*> Just x = Just (f x) -- success <*>

来自定义

instance Applicative Maybe where
    pure = return
    (<*>) = ap

ap :: (Monad m) => m (a -> b) -> m a -> m b
ap =  liftM2 id

liftM2  :: (Monad m) => (a1 -> a2 -> r) -> m a1 -> m a2 -> m r
liftM2 f m1 m2          = do { x1 <- m1; x2 <- m2; return (f x1 x2) }

instance  Monad Maybe  where
    (Just x) >>= k      = k x
    Nothing  >>= _      = Nothing
    return              = Just

所以

mf <*> mx = ap mf mx
          = liftM2 id mf mx
          = do { f <- mf; x <- mx; return (id f x) }
          = do { f <- mf; x <- mx; return (f x) }
          = do { f <- mf; x <- mx; Just (f x) }
          = mf >>= \f ->
            mx >>= \x ->
            Just (f x)

所以如果mfmx 为Nothing,则结果也是Nothing,而如果mf = Just fmx = Just x,则结果为Just (f x)

【讨论】:

  • (我也可以很容易地制作一个带有右偏差的Maybe 版本,它既不满足左捕获也不满足左分布,所以从任何定义来看都不是 MonadPlus,但它会满足 Alternative .)
  • 我想知道,是否有可能在某种意义上证明MonadPlus(Monoid、左零和左分布)或另一种意义上(Monoid、左零和左捕获)已经是Alternative?这将为原始问题提供一个非常笼统的答案。
  • @PetrPudlák 我已经调查过了,你的问题(我相信)有一个有趣的答案。你想把它当作一个问题来问吗?我认为它不适合这个答案或我对另一个问题的回答(我在其中采取了一种实用的方法,希望能补充 Antal 对理论的出色介绍)。 (我对你的问题有一个非常棒的*答案,这个边距**太窄***无法包含。)*好吧,也许不是很好。 **评论框。 ***字符有限。
  • 我在这里做过:What are the relations between Alternative, MonadPlus(LeftCatch) and MonadPlus(LeftDistributive)?。写完这个问题后,我相信得到一个完整的画面并不难。
  • @PetrPudlák 是的 - 我认为现在我们有了一个非常完整的画面。谢谢。
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