liftA2是否保留关联性?

给出(??)这样的操作

(a ?? b) ?? c = a ?? (b ?? c)

(也就是说(??)是关联的)

必须如此

liftA2 (??) (liftA2 (??) a b) c = liftA2 (??) a (liftA2 (??) b c)

(也就是说liftA2 (??)是关联的)

如果我们愿意,可以将其重写为:

fmap (??) (fmap (??) a <*> b) <*> c = fmap (??) a <*> (fmap (??) b <*> c)

我花了一些时间盯着适用法律,但我无法拿出证据证明确实如此。因此,我开始提出反对。我尝试过的所有开箱即用的应用程序(Maybe[]Either等)都遵循法律,因此我想自己创建一个。

我最好的主意是使空虚的应用程序带有附加的信息。

data Vacuous a = Vac Alg

Alg是我以后会在方便时定义的代数,以使该属性失效,但适用法律成功。

现在我们这样定义实例:

instance Functor Vacuous where
  fmap f = id

instance Applicative Vacuous where
  pure x = Vac i
  liftA2 f (Vac a) (Vac b) = Vac (comb a b)
  (Vac a) <*> (Vac b) = Vac (comb a b)

i是要确定的Alg的某个元素,而comb是要确定的Alg的二进制组合器。确实没有其他方法可以定义这个。

如果我们想遵守 Identiy 法,这将迫使i成为comb的同等身份。然后,我们免费获得同构交换。但是现在组成迫使combAlg

建立联系
((pure (.) <*> Vac u) <*> Vac v) <*> Vac w = Vac u <*> (Vac v <*> Vac w)
   ((Vac i <*> Vac u) <*> Vac v) <*> Vac w = Vac u <*> (Vac v <*> Vac w)
               (Vac u <*> Vac v) <*> Vac w = Vac u <*> (Vac v <*> Vac w)
                (Vac (comb u v)) <*> Vac w = Vac u <*> (Vac (comb v w))
                   Vac (comb (comb u v) w) = Vac (comb u (comb v w))
                         comb (comb u v) w = comb u (comb v w)

强迫我们满足该属性。

有反例吗?如果没有,我们如何证明这一性质?

iCMS 回答:liftA2是否保留关联性?

我们首先使用适用的法律重写左侧。回想一下<$><*>都是左关联的,因此我们有x <*> y <*> z = (x <*> y) <*> zx <$> y <*> z = (x <$> y) <*> z

(??) <$> ((??) <$> a <*> b) <*> c
= fmap/pure law
pure (??) <*> (pure (??) <*> a <*> b) <*> c
= composition law
pure (.) <*> pure (??) <*> (pure (??) <*> a) <*> b <*> c
= homomorphism law
pure ((.) (??)) <*> (pure (??) <*> a) <*> b <*> c
= composition law
pure (.) <*> pure ((.) (??)) <*> pure (??) <*> a <*> b <*> c
= homomorphism law
pure ((.) ((.) (??)) (??)) <*> a <*> b <*> c
= definition (.)
pure (\x -> (.) (??) ((??) x)) <*> a <*> b <*> c
= definition (.),eta expansion
pure (\x y z -> (??) ((??) x y) z) <*> a <*> b <*> c
= associativity (??)
pure (\x y z -> x ?? y ?? z) <*> a <*> b <*> c

最后一种形式表明,从本质上讲,原始表达式将按顺序“运行”动作abc,并以这种方式对其效果进行排序,然后使用(??)来纯粹合并这三个结果。

然后我们可以证明右手边等于上述形式。

(??) <$> a <*> ((??) <$> b <*> c)
= fmap/pure law
pure (??) <*> a <*> (pure (??) <*> b <*> c)
= composition law
pure (.) <*> (pure (??) <*> a) <*> (pure (??) <*> b) <*> c
= composition law
pure (.) <*> pure (.) <*> pure (??) <*> a <*> (pure (??) <*> b) <*> c
= homomorphism law
pure ((.) (.) (??)) <*> a <*> (pure (??) <*> b) <*> c
= composition law
pure (.) <*> (pure ((.) (.) (??)) <*> a) <*> pure (??) <*> b <*> c
= composition law
pure (.) <*> pure (.) <*> pure ((.) (.) (??)) <*> a <*> pure (??) <*> b <*> c
= homomorphism law
pure ((.) (.) ((.) (.) (??))) <*> a <*> pure (??) <*> b <*> c
= interchange law
pure ($ (??)) <*> (pure ((.) (.) ((.) (.) (??))) <*> a) <*> b <*> c
= composition law
pure (.) <*> pure ($ (??)) <*> pure ((.) (.) ((.) (.) (??))) <*> a <*> b <*> c
= homomorphism law
pure ((.) ($ (??)) ((.) (.) ((.) (.) (??)))) <*> a <*> b <*> c

现在,我们只需要以更易读的有点形式重写无点术语((.) ($ (??)) ((.) (.) ((.) (.) (??)))),这样就可以使其等于证明前半部分中得到的术语。这只是根据需要应用(.)($)的问题。

((.) ($ (??)) ((.) (.) ((.) (.) (??))))
= \x -> (.) ($ (??)) ((.) (.) ((.) (.) (??))) x
= \x -> ($ (??)) ((.) (.) ((.) (.) (??)) x)
= \x -> (.) (.) ((.) (.) (??)) x (??)
= \x y -> (.) ((.) (.) (??) x) (??) y
= \x y -> (.) (.) (??) x ((??) y)
= \x y z -> (.) ((??) x) ((??) y) z
= \x y z -> (??) x ((??) y z)
= \x y z -> x ?? y ?? z

在最后一步中,我们利用了(??)的关联性。

(哇)

,

它不仅保留了关联性,而且我想说这也许首先是适用法律背后的主要思想!

回想一下该类的数学样式形式:

class Functor f => Monoidal f where
  funit ::    ()     -> f  ()
  fzip :: (f a,f b) -> f (a,b)

有法律

zAssc:  fzip (fzip (x,y),z) ≅ fzip (x,fzip (y,z))  -- modulo tuple re-bracketing
fComm:  fzip (fmap fx x,fmap fy y) ≡ fmap (fx***fy) (fzip (x,y))
fIdnt:  fmap id ≡ id                    -- ─╮
fCmpo:  fmap f . fmap g ≡ fmap (f . g)  -- ─┴ functor laws

在这种方法中,liftA2会在已经准备好压缩的对上映射元组值函数:

liftZ2 :: ((a,b)->c) -> (f a,f b) -> f c
liftZ2 f = fmap f . fzip

liftZ2 f (a,b) = f <$> fzip (a,b)

现在说我们给了

g :: (G,G) -> G
gAssc:  g (g (α,β),γ) ≡ g (α,g (β,γ))

或无点(再次忽略元组-括号互换)

gAssc:  g . (g***id) ≅ g . (id***g)

如果我们用这种风格编写所有内容,那么很容易看到关联性保留基本上只是zAssc,而有关g的一切都在单独的fmap步骤中发生:

liftZ2 g (liftZ2 g (a,b),c)
    {-liftA2'-} ≡ g <$> fzip (g <$> fzip (a,c)
{-fIdnt,fComm-} ≡ g . (g***id) <$> fzip (fzip (a,c)
{-gAssc,zAssc-} ≡ g . (id***g) <$> fzip (a,fzip (b,c))
{-fComm,fIdnt-} ≡ g <$> fzip (a,g <$> fzip (b,c))
    {-liftA2'-} ≡ liftZ2 g (a,liftZ2 g (b,c))
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