haskell与范畴论总结

这篇文章只会大概解释一下,具体内容需要参考文中提到的连接。Haskell语言学习可以看这个教程,这篇文章不会介绍Haskell语言的具体细节。

范畴论的介绍,这篇东西到functor那里都不错:haskell和category theory

几个概念:

`object`,`morphism`(object之间的态射,函数就是集合元素(object)上的态射),`composition`(函数复合)。id morphism是自己映射到自己的特殊morphism。

Hask是haskell关注的范畴,它是由haskell的所有类型(object)和函数(morphism)组成的。

functor函子)是两个范畴的关系,它包含两点,(1)将一个范畴的object映射到另外一个范畴的object。(2)将一个范畴的morphism映射到另外一个范畴的morphism。而且要满足两个约束(1)A范畴的id morphism通过functor映射到B范畴的morphism必须是B范畴的id morphism。(2)对于一个范畴的两个morphism f 和 g,还有一个functor F,必须有F(f . g) = F(f) . F(g),其中 . 表示函数复合。

在haskell中,functor实际上由两部分完成,一部分是typeconstructor(映射对象到对象),另一部分是Functor(映射函数到函数)

class Functor (f :: * -> *) where

    fmap :: (a -> b) -> f a -> f b       -- f 是某个类型的 typeconstructor

然后是natual transformation自然变换):看这里的natual transformation部分

A natural transformation natural transformation  is a mapping between functors that preserves the structure of the underlying categories.

因为functor由两部分组成,所以自然变换也由两部分组成:(1)另个范畴之间object的映射。(2)另个范畴之间morphism的映射。而且自然变换需要满足以下两个过程结果等价:(1)一个对象在自己的范畴做映射后,再根据自然变换映射到另外一个范畴。(2)一个对象先根据自然变换映射到另外一个范畴,再做映射(这里的映射也是根据原来的映射进行自然变换得到的),这个约束那篇链接有清晰的解释。

Monad

具体参考

在范畴 X 上的Monad由一个Endofunctor T:X -> X 和 两个自然变换join和unit组成。

unit:Ix -> T (Ix是范畴X上的幺元)

join:T 。T -> T

两个自然变换需要满足一些条件,看上面的“具体参考”。

Monad也可以换到群上面来解释。

Monad是自函子范畴上的一个含幺半群。这个范畴的object是自函子(Endofunctor),它的morphism是自函子上的自然变换。这个含幺半群的集合是自函子,笛卡尔积是自函子复合,二元运算(也就是求笛卡尔积)是自函子复合,二元运算结果的值由 自然变换join:T。T -> T来决定,幺元是自然变换unit(还是identity Endofunctor?现在还没明白)。

stackoverflow上的解释

一个一个来解释。

含幺半群这里不解释,我们大一下的离散数学里面代数系统的部分有学到。

Endofunctor自函子):指的是连接两个相同范畴的functor。Haskell的所有functor都是Endofunctor,Haskell的functor是连接Hask到Hask的Endofunctor。

Monad要求在自函子范畴上,至少有两个自然变换,一个是unit:X→M(X),一个是join:M(M(X))→M(X)。上面M指的是一个functor,具体看回haskell和category theory的monad部分。

同时Monad也可以说是一个functor。它连接两个范畴,一个是identity functor,一个是任何functor(在Haskell中可以是Maybe functor或者List functor)。

对应到Haskell里面,我们拿Maybe来举例。Maybe在Haskell中首先是一个functor(同时也是Endofunctor),它由typeconstructor和Functor typeclass两部分分别实现object之间的映射和函数(morphism)之间的映射。然后Maybe也是一个monad,它连接identity functor和Maybe functor。Maybe的join指明了自然变换中对object的变换。

这里需要理解Self-similarity(自相似)。自相似指整体结构与其局部结构相似。Hask的整体与局部具有自相似性,而functor连接了Hask的整体与局部,使整体所具有的性质能够在局部中使用。

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