Programowanie w języku Haskell

Transkrypt

1 Programowanie w języku Haskell Strona domowa Popularne implementacje Hugs/WinHugs GHC (The Glasgow Haskell Compiler) Źródła wykładu 1 Hal Daume: Yet Another Haskell Tutorial ( hal/docs/daume02yaht.pdf) 2 Paul Hudak et al.: A Gentle Introduction to Haskell 98 ( 3 Fethi Rabhi, Guy Lapalme: Algorithms: A Functional Programming Approach, Addison-Wesley 1999

2 Przykładowy plik źródłowy (prog.hs) module Main where x = 5 increment n = n + 1 main = putstrln "Hello World" Kompilacja C:\> ghc prog.hs -o prog.exe C:\> prog.exe Hello World Uruchomienie w trybie interaktywnym C:\> ghci prog.hs lub C:\> ghci Prelude> :l prog.hs Main> <-- wczytanie pliku (:load)

3 Main> x 5 Main> increment 1 2 Main> main Hello World Main> :r <-- ponowne wczytanie pliku (:reload) Prelude> (2 * 3)^2 36 Prelude> sqrt Prelude> a == b False Prelude> let decrement n = n - 1 Prelude> decrement 2 1

4 Funkcje Wartość (funkcja bezargumentowa) pi = Funkcja 1-argumentowa square x = x * x Funkcja 2-argumentowa etc. trianglearea a h = 0.5 * a * h Uwagi Nazwy wartości i funkcji muszą zaczynać się małą literą Nie ma zmiennych

5 Klauzula where Definiuje wartości i funkcje użyte wewnątrz wyrażenia: volume r = a * pi * cube where a = 4 / 3 cube = r * r * r lub volume r = a * pi * (cube r) where a = 4 / 3 cube x = x * x * x Wyrażenie let... in volume r = let a = 4 / 3 cube = r * r * r in a * pi * cube

6 Lokalność definicji po where (let) a = 1 volume r = a * pi * r * r * r where a = 4 / 3 f x = a * x Main> f 5 5 where i let razem Definicje po let przesłaniają te po where: f x = let y = x + 1 in y where y = x + 2 Main> f 5 6

7 Wyrażenie if... then... else sgn x = if x < 0 then -1 else if x == 0 then 0 else 1 Uwaga Nie ma konstrukcji if... then Strażnicy (guards) sgn x x < 0 = -1 x == 0 = 0 x > 0 = 1 sgn x x < 0 = -1 x == 0 = 0 otherwise = 1 1, x < 0 sgn(x) = 0, x = 0 1, x > 0 1, x < 0 sgn(x) = 0, x = 0 1, wpp

8 Strażnicy c.d. Kolejność strażników ma znaczenie: f a b a >= b = "wieksze lub rowne" a == b = "rowne" otherwise = "niewieksze" a < b = "mniejsze" Main> f 1 1 "wieksze lub rowne" Main> f 1 5 "niewieksze"

9 Dopasowanie wzorca (pattern matching) land a b = if a == True && b == True then True else False lub 1 land True True = True land a b = False 2 land True True = True land = False Kolejność definicji ma znaczenie: land = False land True True = True Main> land True True False

10 Wyrażenie case... of f 1 = 2 f 2 = 3 f _ = -1 równoważne: f x = case x of 1 -> 2 2 -> 3 _ -> -1 Argumentem case może być dowolne wyrażenie: g x = case x < 0 of True -> "ujemna" False -> "dodatnia"

11 Przykład { 1, n = 0 n! = n (n 1)!, n 0 1 fact n = if n == 0 then 1 else n * fact (n - 1) 2 fact n n == 0 = 1 otherwise = n * fact (n - 1) 3 fact 0 = 1 fact n = n * fact (n - 1) 4 fact n = case n of 0 -> 1 _ -> n * fact (n - 1)

12 Operatory infiksowe i prefiksowe Nazwy funkcji infiksowych składają się z symboli (&,!,=,+,*...). Ujęte w ( ) stają się prefiksowe: f x y z = x * y + z f x y z = (+) ((*) x y) z Nazwy funkcji prefiksowych składają się ze znaków alfanumerycznych. Ujęte w stają się infiksowe: land a b a land b Definiowanie operatorów infiksowych x & y = (x + y) / 2 x \/ y = x y x!= y = x /= y

13 Operator (.) Złożenie funkcji: (f. g) x = f (g x) Main> sqrt (fact 4) Main> (sqrt. fact) Main> (sqrt. sqrt. fact)

14 Formatowanie kodu Ogólne zasady 1 Definicje najwyższego poziomu zaczynają się w tej samej kolumnie: abs x = if x < 0 then -x else x a = 5 2 Definicja może być złamana w dowolnym miejscu pod warunkiem, że wcięcia będą większe niż w pierwszej linii: abs x = if a = 5 x < 0 then -x else x

15 3 Jeżeli po where lub let występuje więcej niż jedna definicja lokalna, wszystkie muszą zaczynać się w tej samej kolumnie: f x = a * g x f x = a * g x where where a = 2 a = 2 g x = x * x g x = x * x 4 Wyrażenia po of oraz do muszą zaczynać się w tej samej kolumnie: Uwagi f x = case x of f x = case x of 1 -> 2 1 -> 2 3 -> 4 3 -> 4 Rozmiar znaku tabulatora: 8 Można explicite użyć nawiasów i średników: f x = case x of { 1 -> 2 ; 3 -> 4 }

16 Komentarze {- To jest komentarz blokowy, który może rozciągać się na {- A to jest komentarz zagnieżdżony -} kilka linii. -} -- ten komentarz rozciąga się do końca linii main = putstrln "Hello World" -- wyświetl tekst Programowanie piśmienne (literate programming) Tekst w pliku z rozszerzeniem *.lhs jest domyślnie komentarzem Linie kodu zaczynają się od > lub umieszczone są pomiędzy \begin{code} i \end{code}

17 Plik prog.lhs Ten program pokazuje na ekranie "Hello World" > main = putstrln "Hello World" i nie robi nic poza tym. Plik prog.lhs (styl L A TEX-owy) Ten program pokazuje na ekranie "Hello World" \begin{code} main = putstrln "Hello World" \end{code} i nie robi nic poza tym.

18 \documentclass{article} \usepackage{verbatim} \newenvironment{code}{\verbatim}{\endverbatim} \begin{document} \section{wprowadzenie} Ten program pokazuje na ekranie "Hello World" \begin{code} main = putstrln "Hello World" \end{code} i nie robi nic poza tym. \end{document} 1 Wprowadzenie Ten program pokazuje na ekranie Hello World main = putstrln "Hello World" i nie robi nic poza tym.

19 Typy Podstawowe typy danych i operacje Int (skończonej precyzji) 56 Integer (nieskończonej precyzji) Float/Double Bool False Char a String "Ala" a == b a /= b a && b a b not a mod a b div a b równość nierówność koniunkcja alternatywa negacja reszta z dzielenia część całkowita z dzielenia

20 Typy złożone Krotka (tuple): (Int, Char) (1, a ) (Int, Char, Float) (1, a, 3.4) ((Bool, String), Int) ((True, "Ala"), 2) ([Int], Char) ([-1, 4, 2], c ) Lista: [Int] [1, 2, 3] [Char] [ a, b ] [[Int]] [[1], [1, 4], []] [(String, Bool)] [("Ala", True), ("kot", False)] Funkcja: Int -> Char [Int] -> (Char, Float) -> Bool arg1 -> arg2 ->... -> argn -> wynik

21 Operator (::) Specyfikuje typ: x = 4 x :: Int y = 5 :: Float isb :: Char -> Bool isb c = (c == B ) (c == b ) Uwaga Specyfikowanie typu jest zazwyczaj opcjonalne. Haskell sam wywnioskuje typ danego identyfikatora: Prelude> let isb c = (c == B ) (c == b ) Prelude> :t isb <-- pokaż typ (:type) isb :: Char -> Bool

22 Przykład roots :: (Float, Float, Float) -> (Float, Float) roots (a, b, c) = if d < 0 then error "pierwiastki urojone" else (r1, r2) where r1 = e + sqrt d / (2 * a) r2 = e - sqrt d / (2 * a) d = b * b - 4 * a * c e = -b / (2 * a) lub roots :: Float -> Float -> Float -> (Float, Float) roots a b c =... Uwagi Kolejność obliczeń nie jest określona Obliczenia są leniwe (lazy)

23 Typy polimorficzne Prelude> let fst (x, y) = x Prelude> :t fst fst :: (t, t1) -> t fst (x, y) = x snd (x, y) = y fst :: (a, b) -> a snd :: (a, b) -> b fst3 (x, _, _) = x snd3 (_, y, _) = y thd3 (_, _, z) = z fst3 :: (a, b, c) -> a snd3 :: (a, b, c) -> b thd3 :: (a, b, c) -> c

24 Listy Definiowanie list l1 = [3, -5, 4, 8, -1] l1 :: [Int] l2 = [[2.4, 5.6], [-45.9, 3.5, 0.05], [], [4.7]] l2 :: [[Float]] l3 = [( a, True), ( 1, False), ( d, True)] l3 :: [(Char, Bool)] el = [] <-- lista pusta el :: [a] [1.. 10] => [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10] [1, ] => [1,3,5,7,9] [1, 4..] => [1,4,7,10,... lista nieskończona

25 List comprehensions { x 2 : x {1,..., 9} even(x) } even x = mod x 2 == 0 [x x <- [1.. 9], even x] => [2, 4, 6, 8] [x * x x <- [1.. 9], even x] => [4, 16, 36, 64] [sqrt x x <- [4, 9, 16]] => [2.0, 3.0, 4.0] { (x, y) : x {1, 2, 3} y {8, 9}} [(x, y) x <- [1, 2, 3], y <- [8, 9]] => [(1, 8), (1, 9), (2, 8), (2, 9), (3, 8), (3, 9)] (skrajny prawy generator zmienia się najszybciej)

26 Operator (:) Konstruuje listę z głowy (head) i ogona (tail): 3 : [4, 5] = [3, 4, 5] True : [] = [True] ( a, 1) : [( b, 5)] = [( a, 1), ( b, 5)] [2, 3] : [[1], [5, 6]] = [[2, 3], [1], [5, 6]] [ a, b ] : [] = [[ a, b ]] [ a, b ] : [[]] = [[ a, b ], []] (:) :: a -> [a] -> [a] <-- typ operatora 1:2:3:[] = [1, 2, 3] <-- prawostronna łączność

27 Podstawowe operacje na listach length length [] = 0 length (x:xs) = 1 + length xs lub length (_:xs) = 1 + length xs length [4, 3, 7]? length (4 : [3, 7]) => 1 + length [3, 7] 1 + length (3 : [7]) => length [7] length (7 : []) => length [] => => 3 length [_:xs] = 1 + length xs <-- źle [_:xs] <-- lista zawierająca jedną niepustą listę

28 !! (!!) :: [a] -> Int -> a (x:_)!! 0 = x (_:xs)!! n = xs!! (n - 1) Prelude> [1, 2, 3]!! (++) :: [a] -> [a] -> [a] [] ++ ys = ys (x:xs) ++ ys = x : (xs ++ ys) Prelude> [1, 2] ++ [2, 3] [1, 2, 2, 3]

29 head head :: [a] -> a head (x:_) = x Prelude> head [1, 2, 3] 1 tail tail :: [a] -> [a] tail (_:xs) = xs Prelude> tail [1, 2, 3] [2, 3]

30 Uwaga Prelude> let head (x:_) = x Prelude> head [] *** Exception: Non-exhaustive patterns in function head head (x:_) = x head [] = error "pusta lista nie ma glowy" init init :: [a] -> [a] init [x] = [] init (x:xs) = x : init xs Prelude> init [1, 2, 3] [1, 2]

31 last last :: [a] -> a last [x] = x last (_:xs) = last xs Prelude> last [1, 2, 3] 3 take take :: Int -> [a] -> [a] take 0 _ = [] take _ [] = [] take n (x:xs) = x : take (n - 1) xs Prelude> take 2 [1, 2, 3] [1, 2]

32 drop drop :: Int -> [a] -> [a] drop 0 xs = xs drop _ [] = [] drop n (_:xs) = drop (n - 1) xs Prelude> drop 2 [1, 2, 3] [3] elem elem :: (Eq a) => a -> [a] -> Bool elem x [] = False elem x (y:ys) x == y = True otherwise = elem x ys Prelude> elem 1 [1, 2, 3] True Prelude> elem 0 [1, 2, 3] False

33 sum sum :: (Num a) => [a] -> a sum [] = 0 sum (x:xs) = x + sum xs Prelude> sum [1, 2, 3] 6 reverse reverse :: [a] -> [a] reverse [] = [] reverse (x:xs) = (reverse xs) ++ [x] Prelude> reverse [1, 2, 3] [3, 2, 1]

34 Uwaga maximum maximum :: (Ord a) => [a] -> a maximum [x] = x maximum (x:y:ys) x > y = maximum (x:ys) otherwise = maximum (y:ys) Prelude> maximum [1, 2, 3] 3 f (1:xs) =... <-- OK f (1:1:xs) =... <-- OK f (x:x:xs) =... <-- tak nie wolno

35 concat concat :: [[a]] -> [a] concat [] = [] concat ([]:ys) = concat ys concat ((x:xs):ys) = x : concat (xs:ys) Prelude> concat [[1, 2], [], [3]] [1, 2, 3] zip zip :: [a] -> [b] -> [(a, b)] zip (x:xs) (y:ys) = (x, y) : zip xs ys zip = [] Prelude> zip [1, 2] [1, 2, 3] [(1, 1), (2, 2)]

36 unzip unzip :: [(a, b)] -> ([a], [b]) unzip [] = ([], []) unzip (x, y):ps = (x:xs, y:ys) where (xs, ys) = unzip ps Prelude> unzip [(1, 2), (3, 4)] ([1, 3], [2, 4])

37 Przykład perms [] = [[]] perms xs = [x:p x <- xs, p <- perms (removefirst x xs)] where removefirst x [] = [] removefirst x (y:ys) x == y = ys otherwise = y : removefirst x ys Main> perms [1, 2, 3] [[1,2,3],[1,3,2],[2,1,3],[2,3,1],[3,1,2],[3,2,1]] Napisy String = [Char] "Kot Ali" [ K, o, t,, A, l, i ] K : o : t : : A : l : i :[] K : o : t : :"Ali"

38 Funkcje wyższego rzędu Funkcja wyższego rzędu (higher-order) przyjmuje jako argumenty lub zwraca w wyniku inne funkcje Funkcja mapująca (mapping function) double x = 2 * x doublelist [] = [] doublelist (x:xs) = (double x) : (doublelist xs) Main> doublelist [1, 2, 3] [2, 4, 6] map :: (a -> b) -> [a] -> [b] map f [] = [] map f (x:xs) = (f x) : (map f xs) doublelist xs = map double xs

39 Przykład one _ = 1 length xs = sum (map one xs) Funkcje anonimowe (λ-abstrakcje) double x = 2 * x doublelist xs = map double xs doublelist xs = map (\x -> 2 * x) xs \x -> 2 * x <-- anonimowa funkcja 1-argumentowa \x y -> x + y <-- anonimowa funkcja 2-argumentowa Uwaga inc x = x + 1 skrót od inc = \x -> x + 1 add x y = x + y skrót od add = \x y -> x + y

40 Częściowe aplikowanie (partial application) add x y = x + y add 1 => (\y -> 1 + y) Main> map (add 1) [1, 2, 3] [2, 3, 4] Sekcje (sections) Sekcja to częściowo zaaplikowany operator infiksowy: Prelude> map (1+) [1, 2, 3] [2, 3, 4] Prelude> map (2/) [1, 2, 4] [2.0, 1.0, 0.5] Prelude> map (/2) [1, 2, 4] [0.5, 1.0, 2.0]

41 Uwaga map (-1) [1, 2, 3] <-- nie zadziała (-1) jest interpretowane jako liczba -1 Prelude> map (\x -> x - 1) [1, 2, 3] [0, 1, 2] Funkcje uncurry, curry, flip uncurry uncurry :: (a -> b -> c) -> (a, b) -> c uncurry f (x, y) = f x y Prelude> uncurry (+) (1, 2) 3 Prelude> map (uncurry (*)) [(1, 2), (3, 4)] [2, 12]

42 curry curry :: ((a, b) -> c) -> a -> b -> c curry f x y = f (x, y) f (x, y) = x * y Main> curry f flip flip :: (a -> b -> c) -> b -> a -> c flip f x y = f y x Prelude> flip (-) Prelude> map ((-) 1) [1, 2, 3] [0, -1, -2] Prelude> map (flip (-) 1) [1, 2, 3] [0, 1, 2]

43 Funkcja zipwith zipwith :: (a -> a -> a) -> [a] -> [a] -> [a] zipwith _ [] _ = [] zipwith [] = [] zipwith f (x:xs) (y:ys) = (f x y) : zipwith f xs ys Prelude> zipwith (*) [1, -4, 3] [3, 0, 2] [3, 0, 6]

44 Zwijanie list (list folding) sum [] = 0 sum (x:xs) = x + sum xs product [] = 1 product (x:xs) = x * product xs foldr, b, [e 0, e 1, e 2 ] (e 0 (e 1 (e 2 b))) foldr :: (a -> b -> b) -> b -> [a] -> b foldr f b [] = b foldr f b (x:xs) = f x (foldr f b xs) foldl, b, [e 0, e 1, e 2 ] (((b e 0 ) e 1 ) e 2 ) foldl :: (a -> b -> a) -> a -> [b] -> a foldl f b [] = b foldl f b (x:xs) = foldl f (f b x) xs

45 Przykłady sum xs = foldr (+) 0 xs product xs = foldr (*) 1 xs xs ++ ys = foldr (:) ys xs concat xss = foldr (++) [] xss map f xs = foldr (\x ys -> (f x):ys) [] xs min x y = if x < y then x else y max x y = if x >= y then x else y minimum (x:xs) = foldr min x xs maximum (x:xs) = foldr max x xs sumll xss = foldl (foldl (+)) 0 xss Main> sumll [[1, 3], [], [4]] 8

46 Filtrowanie list filter filter :: (a -> Bool) -> [a] -> [a] filter _ [] = [] filter p (x:xs) p x = x : filter p xs otherwise = filter p xs Prelude> filter even [3, 2, 1, 4] [2, 4] any any :: (a -> Bool) -> [a] -> Bool any _ [] = False any p (x:xs) p x = True otherwise = any p xs elem n xs = any (\x -> x == n) xs

47 takewhile takewhile :: (a -> Bool) -> [a] -> [a] takewhile _ [] = [] takewhile p (x:xs) p x = x : takewhile p xs otherwise = [] Prelude> takewhile (/= l ) "kot Ali" "kot A" dropwhile dropwhile _ [] = [] dropwhile p (x:xs) p x = dropwhile p xs otherwise = (x:xs) Prelude> dropwhile (/= l ) "kot Ali" "li"

48 Przykład [(x 1, y 1 ), (x 2, y 2 ),..., (x n, y n )] n 2F = (x i x i+1 )(y i + y i+1 ), x n+1 = x 1, y n+1 = y 1 i=1 poly (x 1, y 1 ), (x 2, y 2 ), (x 3, y 3 ), (x 4, y 4 ) list1 x 1, x 2, x 3, x 4 map fst poly list2 x 2, x 3, x 4, x 1 tail list1 ++ [head list1] list3 y 1, y 2, y 3, y 4 map snd poly list4 y 2, y 3, y 4, y 1 tail list3 ++ [head list3] parts = zipwith (*) (zipwith (-) list1 list2) (zipwith (+) list3 list4) area = abs ((sum parts) / 2)

49 area :: [(Float,Float)] -> Float area [] = error "to nie jest wielokat" area [x] = error "punkt nie ma pola" area [x,y] = error "linia nie ma pola" area poly = abs ((sum parts) / 2) where parts = zipwith (*) (zipwith (-) list1 list2) (zipwith (+) list3 list4) list1 = map fst poly list2 = tail list1 ++ [head list1] list3 = map snd poly list4 = tail list3 ++ [head list3]

50 Funkcje w strukturach danych double x = 2 * x square x = x * x inc x = x + 1 apply [] x = x apply (f:fs) x = f (apply fs x) apply [double, square, inc] 3 => double (square (inc 3)) => 32 Pytanie Jaki jest typ funkcji apply?

51 Typy definiowane przez użytkownika Synonimy typów Synonimy są skrótami dla już istniejących typów. Definiuje się je słowem kluczowym type: roots :: (Float, Float, Float) -> (Float, Float) type Poly2 = (Float, Float, Float) type Root2 = (Float, Float) roots :: Poly2 -> Root2 type List3D = [(Double, Double, Double)] Uwaga Nazwy typów danych (i synonimów) muszą zaczynać się dużą literą

52 Typy użytkownika Typ użytkownika definiuje się słowem kluczowym data: data Polynom = Poly Float Float Float Polynom <-- nazwa typu Poly <-- nazwa konstruktora (funkcja) Float <-- typ 1go, 2go i 3go argumentu Poly roots :: (Float, Float, Float) -> (Float, Float) roots (a, b, c) =... roots :: Polynom -> (Float, Float) roots (Poly a b c) =... p1 :: Polynom p1 = Poly (-1.0)

53 Uwaga Nazwa konstruktora może być taka sama jak nazwa typu: data Poly = Poly Float Float Float Typy użytkownika a dopasowanie wzorca data PointType = Point Float Float xpoint (Point x _) = x ypoint (Point _ y) = y xpoint (Point 1 2) => 1.0 p = Point 1 2 ypoint p => 2.0 firstquad [] = True firstquad ((Point x y):ps) = (x >= 0) && (y >= 0) && (firstquad ps)

54 Alternatywne konstruktory data PointType = Point Float Float data Shape = Rectangle PointType PointType Circle PointType Float Triangle PointType PointType PointType Element typu Shape jest prostokątem, kołem lub trójkatem. Przykładowe wartości: Rectangle (Point 2 4) (Point 8.5 2) Circle (Point 1 1.5) 5.5 Triangle (Point 0 0) (Point 4.5 6) (Point 9 0)

55 area :: Shape -> Float <-- pole figury area (Rectangle p1 p2) = abs (xpoint p1 - xpoint p2) * abs (ypoint p1 - ypoint p2) area (Cirlce _ r) = pi * r^2 area (Triangle p1 p2 p3) = sqrt (h * (h - a) * (h - b) * (h - c)) where h = (a + b + c) / 2.0 a = dist p1 p2 b = dist p1 p3 c = dist p2 p3 dist (Point x1 y1) (Point x2 y2) = sqrt ((x1 - x2)^2 * (y1 - y2)^2)

56 Konstruktory bezargumentowe data Day = Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun nameofday :: Day -> String nameofday d = case d of Mon -> "Poniedzialek" Tue -> "Wtorek" Wed -> "Sroda" Thu -> "Czwartek" Fri -> "Piatek" Sat -> "Sobota" Sun -> "Niedziela"

57 Typy parametryzowane data PairInt = Pair Int Int data PairType a = Pair a a p :: PairType Int p = Pair 2 5 fstpair :: PairType a -> a fstpair (Pair x _) = x lub data PairType a b = Pair a b p :: PairType Int Char p = Pair 1 a fstpair :: PairType a b -> a fstpair (Pair x _) = x

58 Typy parametryzowane c.d. data Maybe a = Nothing Just a head :: [a] -> Maybe a head [] = Nothing head (x:xs) = Just x head "haskell" => Just h head [] => Nothing data Either a b = Left a Right b foo :: Bool -> Either Char String foo x = case x of True -> Left a _ -> Right "a"

59 Typy rekurencyjne Lista jest pusta, albo składa się z głowy i listy: data List a = Empty Cons a (List a) l = Cons 12 (Cons 8 (Cons 10 Empty)) <-- [12, 8, 10] lengthlist :: List a -> Int lengthlist Empty = 0 lengthlist (Cons _ xs) = 1 + lengthlist xs Drzewo jest wierzchołkiem z listą poddrzew: data Tree a = Node a [Tree a]

60 Przykład - drzewa binarne data BinTree a = Empty Node a (BinTree a) (BinTree a) 5 t = Node 5 (Node 3 (Node 8 Empty Empty) / \ (Node 1 Empty Empty)) 3 4 (Node 4 Empty / \ \ (Node 6 Empty Empty)) depth :: BinTree a -> Int <-- głębokość drzewa depth Empty = 0 depth (Node _ l r) = 1 + max (depth l) (depth r) tsum :: BinTree Int -> Int <-- suma elementów tsum Empty = 0 tsum (Node a l r) = a + (tsum l) + (tsum r)

61 Sposoby przechodzenia drzewa: preorder wierzchołek zostaje odwiedzony zanim odwiedzone zostaną jego poddrzewa inorder wierzchołek zostaje odwiedzony po odwiedzeniu lewego i przed odwiedzeniem jego prawego poddrzewa postorder wierzchołek zostaje odwiedzony po odwiedzeniu jego lewego i prawego poddrzewa 5 preorder t = [5, 3, 8, 1, 4, 6] / \ 3 4 inorder t = [8, 3, 1, 5, 4, 6] / \ \ postorder t = [8, 1, 3, 6, 4, 5]

62 data BinTree a = Empty Node a (BinTree a) (BinTree a) preorder :: BinTree a -> [a] preorder Empty = [] preorder (Node a l r) = [a] ++ preorder l ++ preorder r inorder :: BinTree a -> [a] inorder Empty = [] inorder (Node a l r) = inorder l ++ [a] ++ inorder r postorder :: BinTree a -> [a] postorder Empty = [] postorder (Node a l r) = postorder l ++ postorder r ++ [a]

63 Jeszcze o konstruktorach data PairType a b = Pair a b Main> :t Pair Pair :: a -> b -> PairType a b Main> :t Pair a Pair a :: b -> PairType Char b Main> :t Pair a "hello" Pair a "hello" :: PairType Char [Char] Wyświetlanie wartości typu użytkownika data PairType a b = Pair a b Main> head [Pair 1 2, Pair 5 4] No instance for (Show (PairType t t1)) data PairType a b = Pair a b deriving Show Main> head [Pair 1 2, Pair 5 4] Pair 1 2

64 Tablice Tworzenie tablic import Array array <-- wymagane na początku programu a1 = array (1,3) [(2, a ), (1, b ), (3, c )] a2 = array (0,2) [(i, 2*i) i <- [0..2]] Main> a1 array (1,3) [(1, b ),(2, a ),(3, c )] Main> a2 array (0,2) [(0,0),(1,2),(2,4)]

65 listarray a3 = listarray (1,3) [5, 3, 8] a4 = listarray (1,3) "abc" Main> a3 array (1,3) [(1,5),(2,3),(3,8)] Main> a4 array (1,3) [(1, a ),(2, b ),(3, c )] accumarray a5 = accumarray (+) 5 (1,3) [(1,0), (3,1), (3,3), (1,3)] Main> a5 array (1,3) [(1,8),(2,5),(3,9)]

66 Korzystanie z tablic a = array (1,3) [(1, 4), (2, 6), (3, 7)]! Main> a! 2 6 // Uwagi Main> a // [(2, 5)] array (1,3) [(1,4),(2,5),(3,7)] Main> a // [(1, 0), (3, 8)] array (1,3) [(1,0),(2,6),(3,8)] 1 Dostęp do elementu tablicy O(1). 2 Modyfikacja tablicy powoduje utworzenie nowej i przekopiowanie elementów O(n).

67 Korzystanie z tablic c.d. a = array (1,3) [(1, 4), (2, 6), (3, 7)] bounds Main> bounds a (1,3) indices Main> indices a [1,2,3] elems Main> elems a [4,6,7] assocs Main> assocs a [(1,4),(2,6),(3,7)]

68 Moduły plik: Tree.hs module Tree where data Tree a = Empty Node a (Tree a) (Tree a) depth :: Tree a -> Int depth Empty = 0 depth (Node _ l r) = 1 + max (depth l) (depth r) plik: Main.hs module Main where import Tree main = putstrln (show (depth (Node 1 Empty Empty))) Uwaga Każdy moduł zaczyna się domyślnie od import Prelude

69 Eksportowanie wybranych nazw module Tree (Tree(Empty, Node), depth) where data Tree a = Empty Node a (Tree a) (Tree a) depth ::... lub module Tree (Tree(...), depth) where Importowanie nazw import Tree a = depth... lub Tree.depth... import qualified Tree a = Tree.depth... <-- jedyna możliwość import qualified Tree as T a = Tree.depth... lub T.depth...

70 Importowanie wybranych nazw module Tree (Tree(Empty, Node), depth) where data Tree a = Empty Node a (Tree a) (Tree a) depth ::... import Tree (depth) <-- tylko depth import Tree hiding (depth) <-- wszystko oprócz depth

71 Klasy typów i instancje Rodzaje polimorfizmu Polimorfizm parametryczny elem x [] = False elem x (y:ys) x == y = True otherwise = elem x ys elem :: a -> [a] -> Bool Przeładowanie (overloading) (==) :: a -> a -> Bool Integer: x == y = integereq x y Float: x == y = floateq x y lista: x == y = listeq x y

72 Klasy typów class Eq a where (==) :: a -> a -> Bool ozn. "typ a jest instancją klasy Eq jeżeli istnieje dla niego (przeładowana) operacja ==" Prelude> :t (==) (==) :: (Eq a) => a -> a -> Bool ozn. "dla każdego typu a, który jest instancją Eq, (==) ma typ a -> a -> Bool" elem :: (Eq a) => a -> [a] -> Bool (Eq a) <-- kontekst

73 Instancje typów instance Eq Integer where x == y = integereq x y ozn. Integer jest instancją Eq i definicja operacji (==) jest następująca (metoda) data Tree a = Empty Node a (Tree a) (Tree a) instance (Eq a) => Eq (Tree a) where Empty == Empty = True (Node a1 l1 r1) == (Node a2 l2 r2) = (a1 == a2) && (l1 == l2) && (r1 == r2) _ == _ = False Main> elem Empty [(Node 1 Empty Empty), Empty] True

74 Metody domyślne class Eq a where (==), (/=) :: a -> a -> Bool x /= y = not (x == y) <-- metoda domyślna Dziedziczenie (inheritance) class (Eq a) => Ord a where (<), (<=), (>=), (>) :: a -> a -> Bool max, min :: a -> a -> a x < y = x <=y && x/= y ozn. Ord jest podklasą Eq (każdy typ klasy Ord musi być też typu Eq) (Eq a, Ord a) => to samo co (Ord a) => class (Eq a, Show a) => C a where <-- wielokrotne

75 Jeszcze o kontekście qsort :: [a] -> [a] <-- źle qsort [] = [] qsort (x:xs) = qsort (filter (< x) xs) ++ [x] ++ qsort (filter (>= x) xs) Prelude> :l qsort.hs No instance for (Ord a) arising from use of >= Possible fix: add (Ord a) to the type signature(s) for qsort qsort :: (Ord a) => [a] -> [a] <-- dobrze data (Eq a) => Point a = Pt a a <-- kontekst dla typu użytkownika

76 Klasa Num class (Eq a, Show a) => Num a where (+), (-), (*) :: a -> a -> a negate :: a -> a abs, signum :: a -> a frominteger :: Integer -> a x - y = x + negate y negate x = 0 - x Klasa Show class Show a where show :: a -> String x = 5 y = 3 main = putstrln ("Wynik:" ++ show x ++ "+" ++ show y ++ "=" ++ show (x + y))

77 Klasa Read read :: (Read a) => String -> a Prelude> read "123" Ambiguous type variable a Prelude> (read "123") :: Float Prelude> read "123" Prelude> read "hello" + 7 *** Exception: Prelude.read: no parse

78 deriving data Tree a = Empty Node a (Tree a) (Tree a) deriving (Eq, Show) Automatycznie utworzy instacje: instance (Eq a) => Eq (Tree a) where... instance (Show a) => Show (Tree a) where... Main> (Node 1 Empty Empty) == Empty False Main> show (Node 1 Empty Empty) "Node 1 Empty Empty" Uwaga Klauzula deriving może być użyta do tworzenia instancji klas: Eq, Ord, Show, Read, Enum, Bounded.

79 Klasa Enum class Enum a where succ, pred :: a -> a toenum :: Int -> a fromenum :: a -> Int data Day = Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun deriving (Show, Enum) Main> succ Mon Tue Main> pred Mon *** Exception: tried to take pred of first tag in enumeration Main> (toenum 5) :: Day Sat Main> fromenum Mon 0

80 Przykład (baza danych) type ID = Int type Attrib = (String, String) data Object = Obj ID [Attrib] deriving Show object :: ID -> [Attrib] -> Object object i as = Obj i as getid :: Object -> ID getid (Obj i as) = i getatts :: Object -> [Attrib] getatts (Obj i as) = as getname :: Object -> String getname o = snd (head (filter ((== "name").fst) (getatts o)))

81 class Databases d where empty :: d getlastid :: d -> ID getobjects :: d -> [Object] setlastid :: ID -> d -> d setobjects :: [Object] -> d -> d insert :: [Attrib] -> d -> d insert as db = setlastid i db where db = setobjects os db os = o : os os = getobjects db o = object i as i = 1 + getlastid db select :: ID -> d -> Object select i db = head (filter ((== i).getid) (getobjects db)) selectby :: (Object -> Bool) -> d -> [Object] selectby f db = filter f (getobjects db)

82 data DBS = DB ID [Object] deriving Show instance Databases DBS where empty = DB 0 [] getlastid (DB i os) = i setlastid i (DB j os) = DB i os getobjects (DB i os) = os setobjects os (DB i ps) = DB i os d0, d1, d2 :: DBS d0 = empty d1 = insert [("name", "john"),("age", "30")] d0 d2 = insert [("name", "mary"),("age", "20")] d1 Main> select 1 d1 Obj 1 [("name","john"),("age","30")] Main> selectby ((== "mary").getname) d2 [Obj 2 [("name","mary"),("age","20")]]

83 Wejście/Wyjście Uwagi Funkcje wejścia/wyjścia (IO) są przykładem akcji Typem wyniku akcji IO jest IO typ import IO <-- biblioteka IO getline :: IO String <-- akcja getline po wykonaniu zwraca wartość typu String putstrln :: String -> IO () Typ jednostkowy data () = ()

84 Słowo kluczowe do Definiuje sekwencję wyrażeń wykonywanych kolejno. Wyrażeniem może być: akcja przypisanie wyniku akcji do zmiennej (<-) definicja lokalna (let) main :: IO () main = do putstrln "Podaj swoje imie:" name <- getline putstrln ("Czesc " ++ name)

85 Słowo kluczowe do c.d. main = do putstrln "Podaj liczbe:" n <- getline let x = read n y = x^2 putstrln (n ++ " do kwadratu: " ++ show y) Przykład module Main where import IO import Random main = do n <- randomrio (1::Int, 100) putstrln "Zgadnij o jakiej liczbie mysle (1..100):" doguessing n

86 Przykład c.d. doguessing n = do putstrln "Wpisz liczbe:" w <- getline let x = read w if x < n then do putstrln "Za malo!" doguessing n else if x > n then do putstrln "Za duzo!" doguessing n else putstrln "Brawo!"

87 Zwracanie wartości Wartością sekwencji do jest wartość ostatniego wyrażenia: end :: IO Bool end = do putstrln "Koniec? (tak/nie)" c <- getline return (c == "tak") return :: a -> IO a <-- zamienia wartość typu a na IO a Uwaga Funkcja return nie robi nic poza zamianą typu wartości. Nie przerywa sekwencji do.

88 Przykład getwords = do putstrln "Wpisz slowo:" w <- getline if w == "" then return [] else do ws <- getwords return (w:ws) Main> :t getwords getwords :: IO [String] Main> getwords Wpisz slowo: Ala Wpisz slowo: kot Wpisz slowo: ["Ala","kot"] Main>

89 Biblioteka IO data IOMode = ReadMode WriteMode AppendMode ReadWriteMode type FilePath = String openfile :: FilePath -> IOMode -> IO Handle hclose :: Handle -> IO () hiseof :: Handle -> IO Bool hgetchar :: Handle -> IO Char hgetline :: Handle -> IO String hgetcontents :: Handle -> IO String getchar :: IO Char <-- hgetchar stdin getline :: IO String

90 Biblioteka IO c.d. hputchar :: Handle -> Char -> IO () hputstr :: Handle -> String -> IO () hputstrln :: Handle -> String -> IO () putchar :: Char -> IO () <-- hputchar stdout putstr :: String -> IO () putstrln :: String -> IO () readfile :: FilePath -> IO String writefile :: FilePath -> String -> IO () appendfile :: FilePath -> String -> IO ()

91 Przykład module Main where import IO main = doloop doloop = do putstrln "Wybierz polecenie cnazwapliku, znazwapliku lub w (wyjscie):" cmd <- getline case cmd of w :_ -> return () c :fname -> do putstrln ("Odczyt " ++ fname) doread fname doloop z :fname -> do putstrln ("Zapis " ++ fname) dowrite fname doloop _ -> doloop

92 Przykład c.d. doread fname = do handle <- openfile fname ReadMode contents <- hgetcontents handle putstrln "Pierwsze 100 znakow:" putstrln (take 100 contents) hclose handle dowrite fname = do putstrln "Wpisz tekst:" contents <- getline handle <- openfile fname WriteMode hputstrln handle contents hclose handle

93 Rodzaje błędów IO data IOError =... <-- typ błędu isdoesnotexisterror :: IOError -> Bool isalreadyinuseerror :: IOError -> Bool ispermissionerror :: IOError -> Bool iseoferror :: IOError -> Bool Obsługa wyjątków Funkcja catch definiuje obsługę wyjątków, które może zgłosić akcja lub zbiór akcji: catch :: IO a -> (IOError -> IO a) -> IO a readline :: Handle -> IO String readline h = catch (hgetline h) (\e -> return "")

94 Obsługa wyjątków c.d. readline :: Handle -> IO String readline h = catch (hgetline h) errorhandler where errorhandler e = if iseoferror e then return "" else ioerror e ioerror :: IOError -> IO a <-- przekazuje wyjątek dalej

95 Przykład doread :: String -> IO () doread fname = catch (do handle <- openfile fname ReadMode contents <- hgetcontents handle putstrln "Pierwsze 100 znakow:" putstrln (take 100 contents) hclose handle ) errorhandler where errorhandler e = if isdoesnotexisterror e then putstrln ("Nie istnieje " ++ fname) else return () <-- inne ignoruj

96 Uwagi końcowe Sposoby wartościowania wyrażeń add x y = x + y double x = add x x 1 Ścisłe (strict) double (5*4) => double 20 => add => => 40 2 Nieścisłe (non-strict) double (5*4) => add (5*4) (5*4) => (5*4) + (5*4) => 20 + (5*4) => => 40

97 3 Leniwe (lazy) double (5*4) => add (5*4) (5*4) => (5*4) + (5*4) => => 40 double $! (5*4) <-- wymuszenie ścisłego wartościowania Przykład a = error "Hello world" f x = 1 <-- równość wyrażeń Main> f a 1 Main> f $! a *** Exception: Hello world

98 Podsumowanie cech Haskella Czysto funkcyjny Leniwe obliczanie Funkcje wyższego rzędu Polimorfizm Klasy typów Monady