Church Numerals

Nagging

南大的 SICP 实际上是 Berkeley CS61A 的 clone ,所以我有幸做到了这个 Homework02。

此外要感谢选课系统,让我一个工科学生也能有幸享受世界一流大学的 CS 课程。

今天是 SICP 的 Lecture 5 ,这些 higher-order function 的内容完全是我的知识盲区。可见我觉得自己稍微有点的那些水平充其量也就是百川灌河罢了。

南大给的讲义上说:

This section is out of scope for our course, so the problems below is optional.

That is, the problems in this section don't count for your final score and don't have any deadline.

Do it at any time if you want an extra challenge or some practice with high order function and abstraction!

既然都不计成绩,我觉得代码应该是能放到网上的。因此有了这篇文章。

P.s. 问过助教老师了,是可以发上网的

Homework

The logician Alonzo Church invented a system of representing non-negative integers entirely using

functions. The purpose was to show that functions are sufficient to describe all of number theory:

if we have functions, we do not need to assume that numbers exist, but instead we can invent

them.

Your goal in this problem is to rediscover this representation known as Church numerals. Here are

the definitions of zero , as well as a function that returns one more than its argument:

def zero(f):
return lambda x: x
def successor(n):
return lambda f: lambda x: f(n(f)(x))

First, define functions one and two such that they have the same behavior as successor(zero)

and successor(successor(zero)) respectively, but do not call successor in your

implementation.

Next, implement a function church_to_int that converts a church numeral argument to a

regular Python integer.

Finally, implement functions add_church , mul_church , and pow_church that perform addition,

multiplication, and exponentiation on church numerals.

##########################
# Just for fun Questions #
##########################
HW_SOURCE_FILE = 'lab02.py' from operator import add, mul, sub square = lambda x: x * x identity = lambda x: x triple = lambda x: 3 * x increment = lambda x: x + 1 def zero(f):
return lambda x: x def successor(n):
return lambda f: lambda x: f(n(f)(x)) def one(f):
"""Church numeral 1: same as successor(zero)"""
"*** YOUR CODE HERE ***" def two(f):
"""Church numeral 2: same as successor(successor(zero))"""
"*** YOUR CODE HERE ***" three = successor(two) def church_to_int(n):
"""Convert the Church numeral n to a Python integer. >>> church_to_int(zero)
0
>>> church_to_int(one)
1
>>> church_to_int(two)
2
>>> church_to_int(three)
3
"""
"*** YOUR CODE HERE ***" def add_church(m, n):
"""Return the Church numeral for m + n, for Church numerals m and n. >>> church_to_int(add_church(two, three))
5
"""
"*** YOUR CODE HERE ***" def mul_church(m, n):
"""Return the Church numeral for m * n, for Church numerals m and n. >>> four = successor(three)
>>> church_to_int(mul_church(two, three))
6
>>> church_to_int(mul_church(three, four))
12
"""
"*** YOUR CODE HERE ***" def pow_church(m, n):
"""Return the Church numeral m ** n, for Church numerals m and n. >>> church_to_int(pow_church(two, three))
8
>>> church_to_int(pow_church(three, two))
9
"""
"*** YOUR CODE HERE ***"

Solution

很厉害的题目。我是第一次以这种角度思考问题,这种体验令人很兴奋。

首先考虑补完 onetwo 两个函数。

按照 zerosuccessor 的定义,我们很容易就能不动脑子地写出代码。当然,题目原本应该并非这个意思。

考虑稍微画两下,容易得到这样的代码:

def one(f):
return lambda x: f(x) def two(f):
return lambda x: f(f(x))

successor 的定义,发现数字 \(N\) 对应的函数 \(F_N(f)\) 的定义应当为:

\[F_N(f) = f(F_{N-1}(f)) = \dots = \underbrace{f(f(f(\dots(f}_{N个}))))
\]

也就是说,这里的数字 \(N\) 实际上表示嵌套的 \(f\) 个数。很容易用归纳法证明。

接下来考虑 church_to_int 的实现。

容易发现 church_to_int 本质上就是计数嵌套的 \(f\) 有多少个。要数数,当然就是要逐层把函数嵌套走一遍了,每走一层就给计数变量加一。那么考虑将 \(f\) 设置为自增函数 increment 。这样,传入的参数值就是计数变量的初值,函数的返回值就是终值了。

def church_to_int(n):
return n(increment)(0)

然后是 add_church 。要实现这个函数当然可以一个循环跑下来。但是,那不够美。

这三个单行函数写下来,你还好意思用长篇大论去实现某个小功能吗?显然否。

考虑计算 \(m + n\) ,也就是把 \(m + n\) 个 \(f\) 套在一起。而我们知道 \(F_m\) 可以实现 \(m\) 次嵌套, \(F_n\) 可以实现 \(n\) 次嵌套,我们在 \(F_n\) 外面套一个 \(F_m\) 即可,那么就有:

def add_church(m, n):
return lambda f: lambda x: m(f)( n(f)(x) )

接下来考虑实现 mul_church ,计算 \(n \times m\) 也就是 \(m\) 个 \(n\) 相加,

换言之,要把 \(F_n\) 自己套自己套上 \(m\) 次,代码非常简单:

def mul_church(m, n):
return lambda f: m(n(f))

最后考虑 pow_church ,这其实是最富技巧性的一个,或许也是最简单的一个。

\(F_m(f)\) 的功用是将 \(m\) 个 \(f\) 嵌套起来,那么 \(F_n(F_m(f))\) 的功用也就是将 \(n\) 个 \(F_m\) 嵌套起来,即

\[\begin{align*}
F_n(F_m(f)) &= \underbrace{F_m(F_m(F_m(\dots(F_m}_{n个})))) \\
&= \overbrace{\underbrace{f(f(f(\dots(f(\underbrace{f(f(f(\dots(f(\dots \underbrace{f(f(f(\dots \dots \dots(f}_{m个})))))}_{m个})))))}_{m个}}^{n个}))))
\end{align*}
\]

这正是乘方的定义。

def pow_church(m, n):
return n(m)

至此做完了。

其实写博客的时候就会发现许多事情想明白了却说不明白,这个或许还是要自己悟了。

CS61A Homework: Church Numerals的更多相关文章

  1. Church encoding

    In mathematics, Church encoding is a means of representing data and operators in the lambda calculus ...

  2. 箭头函数 Arrow Functions/////////////////////zzz

    箭头符号在JavaScript诞生时就已经存在,当初第一个JavaScript教程曾建议在HTML注释内包裹行内脚本,这样可以避免不支持JS的浏览器误将JS代码显示为文本.你会写这样的代码: < ...

  3. Swift 高阶函数

    map.flatMap.filter和reduce,几乎实现lambda表达式的语言里都会在集合里增加这些方法, 见swift 学习(一)基础知识 (基本数据类型,操作符,流控制,集合)中的集合 ht ...

  4. 最新的JavaScript核心语言标准——ES6,彻底改变你编写JS代码的方式!【转载+整理】

    原文地址 本文内容 ECMAScript 发生了什么变化? 新标准 版本号6 兑现承诺 迭代器和for-of循环 生成器 Generators 模板字符串 不定参数和默认参数 解构 Destructu ...

  5. 深入浅出ES6(七):箭头函数 Arrow Functions

    作者 Jason Orendorff  github主页  https://github.com/jorendorff 箭头符号在JavaScript诞生时就已经存在,当初第一个JavaScript教 ...

  6. 最新的JavaScript核心语言标准——ES6,彻底改变你编写JS代码的方式!

    原文地址 迁移到:http://www.bdata-cap.com/newsinfo/1741515.html 本文内容 ECMAScript 发生了什么变化? 新标准 版本号6 兑现承诺 迭代器和f ...

  7. [CS61A] Lecture 5&6&7. Environments & Design & Functions Examples & Homework 2: Higher Order Functions

    [CS61A] Lecture 5&6&7. Environments & Design & Functions Examples & Homework 2: ...

  8. [CS61A] Lecture 1&2&3. Introduction&Functions&Control

    [CS61A] Lecture 1&2&3. Introduction&Functions&Control 前言 CS61A是加州大学伯克利分校一门计算机专业课程,用于 ...

  9. bzoj 4320: ShangHai2006 Homework

    4320: ShangHai2006 Homework Time Limit: 10 Sec Memory Limit: 128 MB Description 1:在人物集合 S 中加入一个新的程序员 ...

随机推荐

  1. Visual Studio Code 下载安装

    1.官网下载:https://code.visualstudio.com/ 2.下载完成后,点开如果是黑屏的话,右键勾上.

  2. vueJs 安装

    1.下载nodeJs 可前往 https://www.cnblogs.com/takeyblogs/p/13600124.html 这里下载 2.由于 npm 安装速度慢,本教程使用了淘宝的镜像及其命 ...

  3. 【Flutter 实战】菜单(Menu)功能

    老孟导读:今天介绍下Flutter中的菜单功能. PopupMenuButton 使用PopupMenuButton,点击时弹出菜单,用法如下: PopupMenuButton<String&g ...

  4. 安装模块中出现的问题:不是内部或外部命令、pip 命令不存在、Unknown or unsupported command 'install'

    #cmd下python.pip不是内部或外部命令——表示环境变量没有加# path中新增1.python的安装目录# 2.python下scripts的目录 #提示 pip 命令不存在——表示环境变量 ...

  5. %s 表示格式化一个对象为字符

    比如: name=“good” print('%s'%name)会打印出good print('%3s'%name)  会打印出good,当%和s之间的数字,小于字符串长度时,实际打印出字符串的长度 ...

  6. 自定义 NSLog以便发版和调试

    问题 开发中用了大量的 NSLog,但是发布时想取消这些 NSLog 开发中是否经常用过 NSLog(@"%s", __FUNCTION__); 解决问题 新建 ExtendNSL ...

  7. ARL(资产侦察灯塔系统)-源码搭建

    freebuf能力中心开源了一套资产扫描系统(https://github.com/TophantTechnology/ARL),提供docker版,但并无源码搭建的文档(无完整文档).于是在星光哥及 ...

  8. 学习 | 基于require.js的三级联动菜单【入门】

    主要目的是学习如何使用require.js AMD就是通过延迟和按需加载来解决各个模块的依赖关系,其中require就是AMD的框架之一 它的优点是可以解决以下问题: JS文件的依赖关系. 通过异步加 ...

  9. 关于MongoDB

    启动: 启动MongoDB的方式有两种: 1.直接启动,配置参数写在命令中: mongod --dbpath=data/db --logpath=log/log.txt --fork 2.以配置文件启 ...

  10. 垃圾回收器(GC)

    分类 针对hotSpot VM的实现,它里面的GC按照回收区域又分为两大种类型:一种是部分收集(Partial GC),一种是整堆收集(Full GC) 部分收集:不是完整收集整个Java堆的垃圾收集 ...