diff --git a/zh-cn/lambda-calculus-cn.html.markdown b/zh-cn/lambda-calculus-cn.html.markdown new file mode 100644 index 00000000..7719ee71 --- /dev/null +++ b/zh-cn/lambda-calculus-cn.html.markdown @@ -0,0 +1,223 @@ +--- +category: Algorithms & Data Structures +name: Lambda Calculus +lang: zh-cn +contributors: + - ["Max Sun", "http://github.com/maxsun"] + - ["Yan Hui Hang", "http://github.com/yanhh0"] +translators: + - ["Maoyin Sun", "https://github.com/simonmysun"] +--- + +# Lambda 演算 + +Lambda 演算(lambda calculus, λ-calculus), +最初由[阿隆佐·邱奇][]([Alonzo Church][])提出, +是世界上最小的编程语言. +尽管没有数字, 字符串, 布尔或者任何非函数的数据类型, +lambda 演算仍可以表示任何图灵机. + +[阿隆佐·邱奇]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%98%BF%E9%9A%86%E4%BD%90%C2%B7%E9%82%B1%E5%A5%87 +[Alonzo Church]: https://en.wikipedia.org/wiki/Alonzo_Church + +Lambda 演算由三种元素组成: **变量**(variables)、**函数**(functions)和**应用**(applications)。 + +| 名称 | 语法 | 示例 | 解释 | +|------|----------------------|-----------|--------------------------------------------------| +| 变量 | `<变量名>` | `x` | 一个名为"x"的变量 | +| 函数 | `λ<参数>.<函数体>` | `λx.x` | 一个以"x"(前者)为参数、以"x"(后者)为函数体的函数 | +| 应用 | `<函数><变量或函数>` | `(λx.x)a` | 以"a"为参数调用函数"λx.x" | + +最基本的函数为恒等函数: `λx.x`, 它等价于`f(x) = x`. +第一个"x"为函数的参数, 第二个为函数体. + +## 自由变量和约束变量: + +- 在函数`λx.x`中, "x"被称作约束变量因为它同时出现在函数体和函数参数中. +- 在`λx.y`中, "y"被称作自由变量因为它没有被预先声明. + +## 求值: + +求值操作是通过[β-归约][]([β-Reduction][])完成的, +它本质上是词法层面上的替换. + +[β-归约]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%CE%9B%E6%BC%94%E7%AE%97#'%22%60UNIQ--postMath-0000006F-QINU%60%22'-%E6%AD%B8%E7%B4%84 +[β-Reduction]: https://en.wikipedia.org/wiki/Lambda_calculus#Beta_reduction + +当对表达式`(λx.x)a`求值时, 我们将函数体中所有出现的"x"替换为"a". + +- `(λx.x)a`计算结果为: `a` +- `(λx.y)a`计算结果为: `y` + +你甚至可以创建高阶函数: + +- `(λx.(λy.x))a`计算结果为: `λy.a` + +尽管 lambda 演算传统上仅支持单个参数的函数, +但我们可以通过一种叫作[柯里化][]([Currying][])的技巧创建多个参数的函数. + +[柯里化]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9F%AF%E9%87%8C%E5%8C%96 +[Currying]: https://en.wikipedia.org/wiki/Currying + +- `(λx.λy.λz.xyz)`等价于`f(x, y, z) = ((x y) z)` + +有时`λxy.
`与`λx.λy.`可以互换使用. + +---- + +认识到传统的 **lambda 演算没有数字, 字符或者任何非函数的数据类型**很重要. + +## 布尔逻辑: + +在 lambda 演算中没有"真"或"假". 甚至没有 1 或 0. + +作为替换: + +`T`表示为: `λx.λy.x` + +`F`表示为: `λx.λy.y` + +首先, 我们可以定义一个"if"函数`λbtf`, 它当`b`为真时返回`t`, +`b`为假时返回`f` + +`IF`等价于: `λb.λt.λf.b t f` + +通过`IF`, 我们可以定义基本的布尔逻辑运算符: + +`a AND b`等价于: `λab.IF a b F` + +`a OR b`等价于: `λab.IF a T b` + +`NOT a`等价于: `λa.IF a F T` + +*注意: `IF a b c`本质上指: `IF((a b) c)`* + +## 数字: + +尽管 lambda 演算中没有数字, +我们还可以用[邱奇编码][]([Church numerals][])将数字嵌入到 lambda 演算中. + +[邱奇编码]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%82%B1%E5%A5%87%E7%BC%96%E7%A0%81 +[Church numerals]: https://en.wikipedia.org/wiki/Church_encoding + +对于任意数字 n:n = λf.fn
所以:
+
+`0 = λf.λx.x`
+
+`1 = λf.λx.f x`
+
+`2 = λf.λx.f(f x)`
+
+`3 = λf.λx.f(f(f x))`
+
+要增加一个邱奇数, 我们使用后继函数`S(n) = n + 1`:
+
+`S = λn.λf.λx.f((n f) x)`
+
+使用后继函数, 我们可以定义加法:
+
+`ADD = λab.(a S)b`
+
+**挑战**: 试定义乘法函数!
+
+## 变得更小: SKI, SK 和 Iota
+
+### SKI 组合子演算
+
+令 S, K, I 为下列函数:
+
+`I x = x`
+
+`K x y = x`
+
+`S x y z = x z (y z)`
+
+我们可以将 lambda 演算中的表达式转换为 SKI 组合子演算中的表达式:
+
+1. `λx.x = I`
+2. `λx.c = Kc`
+3. `λx.(y z) = S (λx.y) (λx.z)`
+
+以邱奇数 2 为例:
+
+`2 = λf.λx.f(f x)`
+
+对于里面的部分 `λx.f(f x)`:
+
+```
+ λx.f(f x)
+= S (λx.f) (λx.(f x)) (case 3)
+= S (K f) (S (λx.f) (λx.x)) (case 2, 3)
+= S (K f) (S (K f) I) (case 2, 1)
+```
+
+所以:
+
+```
+ 2
+= λf.λx.f(f x)
+= λf.(S (K f) (S (K f) I))
+= λf.((S (K f)) (S (K f) I))
+= S (λf.(S (K f))) (λf.(S (K f) I)) (case 3)
+```
+
+对于第一个参数`λf.(S (K f))`有:
+
+```
+ λf.(S (K f))
+= S (λf.S) (λf.(K f)) (case 3)
+= S (K S) (S (λf.K) (λf.f)) (case 2, 3)
+= S (K S) (S (K K) I) (case 2, 3)
+```
+
+对于第二个参数`λf.(S (K f) I)`有:
+
+```
+ λf.(S (K f) I)
+= λf.((S (K f)) I)
+= S (λf.(S (K f))) (λf.I) (case 3)
+= S (S (λf.S) (λf.(K f))) (K I) (case 2, 3)
+= S (S (K S) (S (λf.K) (λf.f))) (K I) (case 1, 3)
+= S (S (K S) (S (K K) I)) (K I) (case 1, 2)
+```
+
+综上:
+
+```
+ 2
+= S (λf.(S (K f))) (λf.(S (K f) I))
+= S (S (K S) (S (K K) I)) (S (S (K S) (S (K K) I)) (K I))
+```
+
+如果展开这个表达式, 我们最终又会得到邱奇数 2 的相同的表达式.
+
+### SK 组合子演算
+
+SKI 组合子演算还可以进一步简化. 我们可以通过`I = SKK`移除 I 组合子.
+我们可以将所有的 `I` 替换为 `SKK`.
+
+### ι 组合子
+
+SK 组合子仍不是最简的. 定义:
+
+```
+ι = λf.((f S) K)
+```
+
+我们有:
+
+```
+I = ιι
+K = ι(ιI) = ι(ι(ιι))
+S = ι(K) = ι(ι(ι(ιι)))
+```
+
+## 更多阅读:
+
+1. [A Tutorial Introduction to the Lambda Calculus](http://www.inf.fu-berlin.de/lehre/WS03/alpi/lambda.pdf)(英文)
+2. [Cornell CS 312 Recitation 26: The Lambda Calculus](https://courses.cs.cornell.edu/cs312/2008sp/recitations/rec26.html)(英文)
+3. [Wikipedia - Lambda Calculus](https://en.wikipedia.org/wiki/Lambda_calculus)(英文)
+4. [Wikipedia - SKI combinator calculus](https://en.wikipedia.org/wiki/SKI_combinator_calculus)(英文)
+5. [Wikipedia - Iota and Jot](https://en.wikipedia.org/wiki/Iota_and_Jot)(英文)
+6. [λ演算 - 维基百科,自由的百科全书](https://zh.wikipedia.org/wiki/SKI%E7%BB%84%E5%90%88%E5%AD%90%E6%BC%94%E7%AE%97)
+7. [SKI组合子演算 - 维基百科,自由的百科全书](https://zh.wikipedia.org/wiki/SKI%E7%BB%84%E5%90%88%E5%AD%90%E6%BC%94%E7%AE%97)