Сажусь за книгу по ФП
С нескрываемым восторгом сообщаю, что наконец-то я нашёл в себе силы сесть за написание книги по функциональному программированию, благо поле сие необхватно, а в России и на русском языке книг практически нет (то, что я описывал давеча — не книга, а какое-то безобразие). Итак, для обсуждения добрыми читателями, выношу на свет план-проспект своей будущей книги, техническое название которой пока звучит как «Функциональное программирование на языке Хаскелл».


Эта книга является первым в России полноценным учебным и справочным изданием по функциональному программированию на примере языка Хаскелл (Haskell). Книга представляет собой введение в парадигму функционального программирования, где простым и понятным языком приводятся решения типичных задач, которые встают перед исследователями и учёными в области искусственного интеллекта. Основополагающие принципы функционального программирования излагаются на примере языка Хаскелл и интерпретатора этого языка HUGS 98.

Книга рассчитана на всех, кто интересуется современными тенденциями развития компьютерной науки и технологии (computer science), а также искусственным интеллектом (artificial intelligence). Может служить дополнительным пособием для студентов и аспирантов, обучающихся по специальности «прикладная математика» и специализации «искусственный интеллект». Также книга будет полезна в качестве справочного пособия по языку Хаскелл всем тем, кто использует этот функциональный язык в своей работе и исследованиях.

Книга содержит введение, семь глав с пятью разделами в каждой, заключение и три приложения, в которых приводится справочный материал по языку Хаскелл и интегрированной среды разработки HUGS 98.

Содержание

Введение

Глава 1. Основы функционального программирования

Раздел 1.1. История функционального программирования

Краткая история развития теории функционального программирования в мире и в России. Разработка функциональных языков для подтверждения теоретических выкладок. Проблемы, с которыми столкнулись исследователи при разработке функциональных языков программирования. Современное состояние теории функционального программирования. Стандарт Haskell 98, как результат унификации и стандартизации процессов развития функционального программирования.

Описание основных свойств функциональных языков программирования. Краткость и простота, строгая типизация, модульность, функциональные значения и объекты, чистота и отложенные вычисления. Понимание свойств функциональных языков на примере языка Хаскелл.

Краткое описание семи типичных задач, которые решаются методами функционального программирования.

Описание метода конструирования функций, предложенного Хоаром (синтаксически-ориентированное конструирование). Метаязык для конструирования функций. Примеры определения типов и функций для обработки этих типов.

Задача доказательства свойств функций. Описание процесса доказательства свойств функций в зависимости от типа области определения функций. Примеры доказательства свойств функций.

Понятие списка в функциональном программировании. Списки, как основная структура для работы с функциональными языками. Базисные операции для работы со списками. Списки и списочные структуры. Программная реализация списков в функциональных языках. Списки в языке Хаскелл. Генераторы списков и математические последовательности. Бесконечные списки.

Функция — основной объект изучения функционального программирования. Соглашения по именованию объектов в языке Хаскелл. Описание и определение функций на языке Хаскелл. Образцы и клозы. Передача параметров и возвращение значений функциями. Инфиксный способ записи функций. Функция, как объект для передачи в другие функции. Программа на языке Хаскелл — функция, описывающая процесс вычисления.

Структуры и типы данных. Типы функций. Каррированные и некаррированные функции. Язык Хаскелл и его механизмы для организации каррированных и некаррированных функций. Описание типов функций на язяке Хаскелл. Частичное применение. Ленивые (отложенные) вычисления на языке Хаскелл.

Охраняющие выражения и конструкции. Локальные переменные для оптимизации кода на функциональном языке и на языке Хаскелл. Использование накапливающего параметра (аккумулятора) для оптимизации процесса вычислений. Принципы построения определений функций с накапливающим параметром. Головная и хвостовая рекурсия.

Модули, как способы структуризации и организации программ на языке Хаскелл. Импорт и экспорт данных при помощи модулей. Сокрытие данных. Абстрактные типы данных и интерфейсы. Иные аспекты использования модулей.

Понятие класса и его реализации в языке Хаскелл. Чистый (параметрический) полиморфизм на языке Хаскелл. Примеры параметрического полиморфизма в императивных и функциональных языках, а также в языке Хаскелл.

Расширенное описание понятия класса в языке Хаскелл. Класс, как высшая абстракция данных и методов для их обработки. Методы класса — шаблоны функций для реализации обработки данных. Минимальное описание методов класса и связь методов.

Наследование классов и наследование методов. Экземпляры классов — реализация интерфейсов, предоставляемых реализуемым классом. Реализация методов для обработки данных. Класс — шаблон типа, реализация класса — тип данных.

Краткое описание всех стандартных классов, разработанных для облегчения программирования на языке Хаскелл. Дерево наследования стандартных классов. Типичные способы использования стандартных классов языка Хаскелл. Реализация стандартных классов — типы в языке Хаскелл.

Более или менее полное сравнение понятий «класс» и «реализация класса» в языке Хаскелл с объектно-ориентированными языками программирования (на примере языков C++ и Java). Глобальные отличия понятия «класс» в функциональных и объектно-ориентированных языках.

Описание монады, как типа-контейнера. Использование монад в функциональных языках. Свойства монадических типов. Операции связывани с передачей и без передачи результата выполнения операции на предыдущем шаге. Список, как монада. Взгляд на генераторы списков, как на последовательное выполнение операций связывания.

Действие — элемент функциональной парадигмы. Императивный код внутри функционального. Выполнение действий и возвращение результата. Поддержка императивности на уровне синтаксиса в языке Хаскелл. Сокращённый способ записи последовательности действий. Списки действий. Программирование при помощи действий.

Более или менее полное описание базовых операций ввода/вывода в языке Хаскелл. Монада IO. Обработка исключений. Использование файлов, каналов и обработчиков. Нарушение теоретических принципов функционального программирования в монаде IO.

Подробное описание монадических типов в стандартной библиотеке языка Хаскелл. Назначение и применимость монадических типов. Примеры использования стандартных монадических типов (кроме списков и монады IO).

Пример и принципы разработки монад на языке Хаскелл. Критерии возможности и необходимости разработки собственного монадического типа. Использование наследования методов стандартных монад языка Хаскелл для расширения их функциональности.

Введение в комбинаторную логику. Поверхностоное описание принципов комбинаторной логики. Комбинаторы и вычисления при помощи комбинаторов. Базисы в комбинаторной логике. Использование базисных комбинаторов для выражения любых вычислительных процессов. Числа и иные математические объекты в виде комбинаторов.

Функция — объект математического исследования. Вычислительный процесс — функция. Описание функций, как λ-выражений. Свободные и связанные идентификаторы. Применение (аппликация) значений к λ-выражениям. Непрерывная точка функций и теорема о непрерывной точке.

Предположение о том, что любая функция представима в виде λ-выражения. Интенсионал и экстенсионал функций. Формальная система. Построение формальной системы для обоснования теории функционального программирования. Правила вывода. Соответствия между вычислениями функциональных программ и редукцией λ-выражений.

Механизм описания λ-выражений на языке Хаскелл. Анонимные функции. Представление определений функций в виде λ-выражений. Базисные операции языка Хаскелл в виде λ-выражений.

Понятие редукции. Частичные вычисления с точки зрения редукции λ-выражений. Различные редукционные стратегии и их свойства.

Краткое введение в математическую лингвистику. Обзор методов и принципов математической лингвистики. Классификация языков и грамматик. Конечные автоматы и контекстно-свободные языки. Грамматики типа LLK. Контекстно-зависимые грамматики.

Трансляторы: определения, типы и классификация, применимость для тех или иных типов языков и грамматик. Интерпретаторы и компиляторы. Компиляторы компиляторов. Методы построения трансляторов. Автоматическое построение транслятора по грамматике языка (для ограниченного множества языков).

Функциональные языки, как естественный инструмент реализации трансляторов. Парсеры. Методы написания трансляторов на языке Хаскелл. Простейшие парсеры. Примеры парсеров для различных форматов данных. Пример вычисления арифметических выражений, записанных в различной нотации.

Задача трансформации программ. Понятие трансформационной грамматики. Реализация трансформационных грамматик для ограниченного класса языков на языке Хаскелл. Виды преобразования программ, классификация.

Частичные вычисления, как инструмент для трансформации программ. Частичный вычислитель — инструмент для получения остаточного кода заданной функциональной программы. Интерпретатор, компилятор и суперкомпилятор, их связь. Проекции Футаморы-Турчина.

Историческая справка о развитии искусственного интеллекта, как области научного исследования. Введение в базовые понятия искусственного интеллекта. Место функционального программирования в искусственном интеллекте. Функциональное и логическое программирование. Задачи искусственного интеллекта, которые могут быть решены при помощи методов и средств функционального программирования.

Небольшой экскурс в нечёткую математику. Функции принадлежности и лингвистические переменные. Базовые операции над функциями принадлежности. Кусочно-линейные функции принадлежности. Операции сравнения, арифметические и логические опрерации над кусочно-линейными функциями принадлежности. Использование языка Хаскелл для реализации методов обработки кусочно-линейных функций принадлежности.

Знания и данные. Модели представления знаний. Понятие логического вывода на знаниях. Стратегии вывода на знаниях. Машины вывода. Эволюция машинного вывода на знаниях. Интерпретаторы функциональных языков как естественные машины вывода. Язык Хаскелл и его возможности в логическом выводе на знаниях. Универсальный вывод на продукционной модели знания.

Принципы общения с компьютерными системами на естественном языке. Ограниченный естественный язык, деловая проза. Трансляция фраз на естественном языке во внутренний язык представления смысла. Понимание текстов на естественном языке. Использование методов функционального программирования.

Описание видения будущего функционального программирования, функциональных языков и языка Хаскелл. Значение функциональной парадигмы для технологии программирования вообще.

Список литературы, который может быть как общим, так и по главам. В принципе, список литературы может и отсутствовать.

Список наиболее известных и широко используемых функциональных языков программирования с краткой аннотацией. Возможно сравнение с языков Хаскелл, перечисление достоинств и недостатков каждого конкретного языка. Список интернет-ресурсов, посвящённых функциональному программированию как в русском сегменте интернета, так и во всём остальном мире.

Описание типичной настройки интегрированной среды разработки и компилятора HUGS 98 для полноценной работы и выполнения различных задач на языке Хаскелл. Список команд, ключей командной строки и внутренних директив интерпретатора HUGS 98.

Список классов, объектов, типов и функций из стандартного модуля языка Хаскелл Prelude.hs с более или менее подробным описанием. Возможно, будут приведены типичные способы использования каждого конкретного объявления из файла Prelude.hs.