Haskell状态单子

Question

State Monad的put函数是否会更新实际状态，还是只返回一个带有新值的新状态？我的问题是，State Monad是否可以在命令式设置中像“全局变量”一样使用？put是否修改了“全局变量”？

我的理解是，它不会修改初始状态，但是使用Monad接口，我们可以在计算之间传递新状态，保留初始状态。这个理解正确吗？如果不是，请纠正我。

- user3169543

Answer 1

state 并没有什么神奇的地方。你可以像这样实现它：

newtype State s a = State {runState :: s -> (a, s)}

也就是说，一个 State s a（我们认为它是使用类型为 s 的状态来产生类型为 a 的结果的计算）只是一个接受状态并返回结果和新状态的函数。您应该尝试编写此定义的 Monad 实例以及 get 和 put 的定义。实际定义更加通用：

type State s = StateT s Identity
newtype Identity a = Identity a
newtype StateT s m a = StateT {runStateT :: s -> m (a, s)}

这允许向其他单子运算中添加状态。也可以将状态转换器定义为“操作单子”。 Apfelmus 在某处有关于这些的教程。

- dfeuer

Answer 2

答案在类型中。

newtype State s a = State {runState :: s -> (a, s)}

因此，状态实质上是一个函数，它接受一个参数's'（我们称之为状态），并返回一个元组（值，状态）。该单子可以如下实现。

instance Monad (State s) where
  return a = State $ \s -> (a,s)
  (State f) >>= h = State $ \s -> let (a,s') =  f s
                                  in (runState h a) s'

因此，您有一个作用于初始状态并输出值-状态元组的函数，以供合成中的下一个函数处理。

现在，put是以下函数。

put newState = State $ \s -> ((),newState)

这实际上设置了状态，将传递给组合中的下一个函数，下游函数将看到修改后的状态。事实上，State monad是完全纯净的（也就是说，没有任何东西被设置）；只有向下游传递的内容发生了变化。换句话说，在像Haskell这样的纯语言中，State monad可以帮助你省去显式携带状态的麻烦。换句话说，State monad只提供了一个接口，隐藏了状态线程的细节（这是在WikiBooks和Learn you a Haskell中所称的）。下面的内容展示了它的作用。您可以使用get来设置value字段与state字段相同的值（请注意，我所说的“设置”是指输出而不是变量）。put通过传递给它的值获取状态，将其增加并使用此新值设置状态。

-- execState :: State s a -> s -> s
let x =  get >>= \x -> put (x+10)
execState x 10

上面的输出结果为20。

现在，让我们做以下操作。

execState (x >> x) 10

这将会输出30。第一个x通过put方法将状态设置为20。第二个x现在使用这个状态。此时的get将状态传递到值字段，现在它的值为20。现在，我们的put方法将获取这个值，增加10并将其设置为新状态。

因此，在纯净的上下文中，您拥有状态。希望这可以帮助您。

- Akaberto

Answer 3

首先，状态并不是"全局"的；你可以有几个不同的状态单子在运行，每个都有自己独立的状态，它们不会相互干扰。(事实上，这可能是整个意图。) 如果你想让状态在整个程序中都是全局的，你必须把整个程序放入一个单一的状态单子中。

其次，调用put会改变随后对get的调用返回的结果。就是这样。它不会"改变"实际值本身。比如，如果你调用get 并把结果放到某个变量中，然后调用put，你的变量不会改变。即使状态是一个字典或其他东西，如果你要添加一个新键并put它，任何仍在查看旧字典副本的人仍将看到旧字典。这不是状态单子特有的；这只是Haskell的工作原理。

- MathematicalOrchid