Fonksiyonel diller özyinelemede daha mı iyi?

TL; DR: İşlevsel diller özyinelemeyi işlevsel olmayan dillerden daha iyi idare ediyor mu?

Şu anda Kod Tamamlandı 2'yi okuyorum. Kitaptaki bir noktada yazar bizi özyineleme konusunda uyarıyor. Mümkün olduğunda kaçınılması gerektiğini ve özyineleme kullanan işlevlerin genellikle döngü kullanan bir çözümden daha az etkili olduğunu söylüyor. Örnek olarak, yazar böyle bir sayının faktörünü hesaplamak için özyinelemeyi kullanarak bir Java işlevi yazdı (şu anda benimle kitabım olmadığı için tam olarak aynı olmayabilir):

public int factorial(int x) {
    if (x <= 0)
        return 1;
    else
        return x * factorial(x - 1);
}

Bu kötü bir çözüm olarak sunulmaktadır. Bununla birlikte, fonksiyonel dillerde, özyinelemeyi kullanmak genellikle işleri yapmanın tercih edilen yoludur. Örneğin, özyinelemeyi kullanarak Haskell'deki faktöriyel fonksiyon şudur:

factorial :: Integer -> Integer
factorial 0 = 1
factorial n = n * factorial (n - 1)

Ve yaygın olarak iyi bir çözüm olarak kabul edilir. Gördüğüm gibi, Haskell özyinelemeyi çok sık kullanıyor ve üzerine kaşlarını çattığını hiçbir yerde görmedim.

Yani sorum temelde:

• İşlevsel diller özyinelemeyi işlevsel olmayan dillerden daha mı iyi yapıyor?

EDIT: Kullandığım örneklerin sorumu açıklamak için en iyi olmadığının farkındayım. Sadece Haskell'in (ve genel olarak işlevsel dillerin) özyinelemeyi işlevsel olmayan dillerden daha sık kullandığını belirtmek istedim.

Evet, yapıyorlar, ama sadece yapabildikleri için değil, mecbur oldukları için de .

Buradaki anahtar kavram saflık : saf işlev, yan etkisi olmayan ve durumu olmayan bir işlevdir. İşlevsel programlama dilleri genel olarak, kod hakkında muhakeme ve bariz olmayan bağımlılıklardan kaçınma gibi birçok nedenden dolayı saflığı içerir. Bazı diller, en önemlisi Haskell bile, yalnızca saf koda izin verecek kadar ileri gider ; Bir programın sahip olabileceği herhangi bir yan etki (örneğin, G / Ç gerçekleştirme), dili saf kılan, saf olmayan bir çalışma zamanına taşınır.

Yan etkilere sahip olmamanız, döngü sayaçlarına sahip olamayacağınız anlamına gelir (çünkü bir döngü sayacı değiştirilebilir durumu oluşturur ve bu durumu değiştirmek bir yan etki olur), bu nedenle saf bir işlevsel dilin alabileceği en yinelemeli bir listeyi yinelemektir ( bu işleme genellikle denir foreachveya map). Bununla birlikte, özyineleme, saf işlevsel programlama ile doğal bir eşleşmedir - (salt okunur) fonksiyon argümanları ve (sadece-yaz) geri dönüş değeri dışında tekrarlanmaya gerek yoktur.

Bununla birlikte, yan etkilere sahip olmamak aynı zamanda özyinelemenin daha verimli bir şekilde uygulanabileceği ve derleyicinin daha agresif bir şekilde optimize edebileceği anlamına gelir. Bu tür bir derleyiciyi kendim üzerinde daha önce incelemedim, ancak söyleyebildiğim kadarıyla, çoğu işlevsel programlama dilinin derleyicileri kuyruk çağrısı optimizasyonu gerçekleştiriyor ve hatta bazı özyinelemeli yapıları sahnelerin arkasındaki döngüler halinde derleyebiliyor.

Yinelemeyle özyinelemeyi karşılaştırıyorsun. Kuyruk çağrısı ortadan kaldırması olmadan , yineleme gerçekten daha verimlidir çünkü fazladan bir işlev çağrısı yoktur. Ayrıca, yineleme sonsuza dek devam edebilir, oysa çok fazla işlev çağrısından yığın alanı tükenmek mümkündür.

Ancak, yineleme bir sayaç değiştirmeyi gerektirir. Bu , tamamen işlevsel bir ortamda yasaklanmış değişken bir değişken olması gerektiği anlamına gelir . Bu nedenle fonksiyonel diller, yineleme işlemine gerek kalmadan çalışmak için özel olarak tasarlanmıştır, bu nedenle akıcı işlev çağırır.

Fakat bunların hiçbiri, kod numaranızın neden bu kadar şık olduğunu göstermiyor. Örneğiniz, kalıp eşleştirme olan farklı bir özellik gösterir . Bu yüzden Haskell örneğinde kesin şartlamalar yoktur. Başka bir deyişle, kodunuzu küçük yapan basitleştirilmiş özyineleme değildir; desen eşleşmesi.

Teknik olarak hayır, fakat pratik olarak evet.

Soruna fonksiyonel bir yaklaşım kullanırken özyineleme çok daha yaygındır. Bu nedenle, işlevsel bir yaklaşımı kullanmak için tasarlanan diller genellikle yinelemeyi daha kolay / daha iyi / daha az sorunlu yapan özellikler içerir. Başımın üstünden üç ortak var:

1. Kuyruk Çağrı Optimizasyonu. Diğer posterlerde belirtildiği gibi, işlevsel diller genellikle TCO gerektirir.

2. Tembel Değerlendirme. Haskell (ve birkaç başka dil) tembelce değerlendirilir. Bu, bir yöntemin gerçek “çalışmasını” gerekli olana kadar erteler. Bu daha özyinelemeli veri yapılarına ve dolayısıyla, onlar üzerinde çalışmak için özyinelemeli yöntemlere yol açma eğilimindedir.

3. Değiştirilemezlik. İşlevsel programlama dillerinde çalıştığınız öğelerin çoğu değişmez. Bu özyinelemeyi kolaylaştırır, çünkü zaman içinde nesnelerin durumu ile ilgili endişelenmenize gerek kalmaz. Örneğin altınızdan bir değer değiştirilemez. Ayrıca, birçok dil saf işlevleri algılamak için tasarlanmıştır . Saf fonksiyonların yan etkisi olmadığı için, derleyici, fonksiyonların hangi sırada çalıştığı ve diğer optimizasyonlar konusunda daha fazla özgürlüğe sahiptir.

Bunların hiçbiri diğerlerine karşı işlevsel dillere özgü değildir, bu yüzden daha iyi değiller çünkü işlevseldirler. Ancak fonksiyonel olduklarından, verilen tasarım kararları bu özelliklere yönelecektir, çünkü işlevsel olarak programlama yaparken daha yararlıdır (ve alt kısımları daha az problemlidir).

Haskell ve diğer fonksiyonel diller genellikle tembel değerlendirme kullanır. Bu özellik, bitmeyen özyinelemeli işlevler yazmanıza olanak sağlar.

Özyinelemenin bittiği bir temel durum tanımlamaksızın özyinelemeli bir işlev yazarsanız, bu işleve sonsuz çağrılar ve yığın akışıyla bitirdiniz.

Haskell ayrıca özyinelemeli fonksiyon çağrısı optimizasyonlarını da destekler. Java'da her bir işlev çağrısı yığılır ve ek yüke neden olur.

Yani evet, işlevsel diller özyinelemeyi diğerlerinden daha iyi ele alır.

Bildiğim tek teknik neden, bazı fonksiyonel dillerin (ve hatırladığım bazı zorunlu dillerin), her bir özyinelemeli çağrı ile (örneğin, özyinelemeli çağrı ile yığının boyutunu artırmamasını sağlayan) özyinelemeli bir yönteme sahip olması durumunda, kuyruk çağrısı optimizasyonu denilen şeye sahip olmasıdır . az ya da çok, yığıntaki geçerli çağrıyı değiştirir).

Unutmayın, bu optimizasyon herhangi bir özyinelemeli çağrıda işe yaramaz , yalnızca kuyruk çağrısı özyinelemeli yöntemler (yani özyinelemeli çağrı sırasında durumu korumayan yöntemler)

Çöp Toplama İşlemine Hızlı Bakmak İstersiniz, Ancak Bir Yığın Daha Hızlı , C programcılarının derlenmiş C'deki yığın çerçeveleri için "yığın" olarak düşüneceklerini kullanma hakkında bir makale . Kesin bir cevap değil, ancak özyinelemeyle ilgili bazı konuları anlamanıza yardımcı olabilir.

Alef programlama dili Bell Labs Planı 9 ile birlikte gelirdi, bir "haline" beyanı (Bkz bölüm içinde 6.6.4 vardı bu referans ). Bir tür açık kuyruk çağırma özyinelemesi optimizasyonu. "Ama çağrı yığınını kullanıyor!" özyinelemeye karşı tartışma potansiyel olarak ortadan kaldırılabilir.

TL; DR: Evet,
tekrarlıyorlar Recursion, fonksiyonel programlamada önemli bir araçtır ve bu nedenle bu çağrıları optimize etmek için birçok çalışma yapılmıştır. Örneğin, R5RS (teknik özelliklerde!), Tüm uygulamaların, programcı yığının taşması konusunda endişelenmeden sınırsız özyineleme çağrılarını gerçekleştirmesini gerektirir. Karşılaştırma için, varsayılan olarak C derleyicisi açık bir kuyruk çağrısı optimizasyonu bile yapmaz (bağlantılı listenin özyinelemeli bir tersini deneyin) ve bazı çağrılardan sonra, program sonlandırılır (kullanıyorsanız, derleyici en iyi duruma getirecektir - O2).

Tabii ki, fibüstel olan ünlü örnek gibi, korkunç bir şekilde yazılmış programlarda , derleyicinin sihrini yapma seçeneği yoktur. Bu nedenle, derleyici çabalarının optimizasyondaki çabalarını engellememeye özen gösterilmelidir.

EDIT: Fib örneğiyle, aşağıdakileri kastediyorum:

(define (fib n)
 (if (< n 3) 1 
  (+ (fib (- n 1)) (fib (- n 2)))
 )
)

İşlevsel diller iki özel özyinelemede daha iyidir: kuyruk özyinelemesi ve sonsuz özyineleme. Bunlar, factorialörneğin , özyinelemelerdeki diğer diller kadar kötü, örneğin sizin gibi.

Bu, her iki paradigmada da düzenli özyinelemeyle iyi çalışan algoritmalar olmadığını söylemek değildir. Örneğin, bir derinlik birinci ağaç araması gibi, yığın benzeri bir veri yapısı gerektiren herhangi bir şey, yinelemeyle uygulamak için en basittir.

İşlevsel programlama ile özyineleme daha sık ortaya çıkmaktadır, ancak özellikle yeni başlayanlar veya yeni başlayanlar için öğreticiler tarafından da kullanılmamaktadır, çünkü belki de işlevsel programlamaya yeni başlayanlar zorunlu programlamaya başlamadan önce özyinelemeyi kullanmıştır. Liste kavrayışları, üst düzey işlevler ve koleksiyonlardaki diğer işlemler gibi, genellikle kavramsal olarak, stil, öz, verimlilik ve optimize etme kabiliyetine daha uygun olan diğer işlevsel programlama yapıları vardır.

Örneğin, Delnan'ın önerisi factorial n = product [1..n]yalnızca daha özlü ve okunması kolay değil, aynı zamanda oldukça paralelleştirilebilir. Bir dili kullanmak için de geçerlidir foldveya reduceeğer diliniz productzaten yerleşik bir yapıya sahip değilse , özyineleme, bu sorun için son çaredir. Derslerde özyinelemeli bir şekilde çözüldüğünü görmenin temel nedeni, en iyi uygulamaların bir örneği olarak değil, daha iyi çözümlere ulaşmadan önce bir başlangıç ​​noktasıdır.