Язык F# для чайников. Урок 5. Теория функционального программирования.

Это последний урок из серии "Язык F# для чайников", публикуемый в бесплатном разделе. Начиная со следующего, публикация уроков будет продолжена в платном разделе. В бесплатном же разделе возможно иногда будут публиковать некоторые статьи, посвященные методике программирования на F#.

И так, мы четыре урока посвятили некоторой практике работы с F#. Теперь углубимся в теорию - настала пора узнать, для чего все таки нам нужно функциональное программирование. И так, F# - это функциональный язык программирования, поддерживающий так же императивное программирование и ООП. Функциональное программирование объединяет разные подходы к определению процессов вычисления на основе достаточно строгих абстрактных понятий и методов символьной обработки данных. Вообще, функциональное программирование - это совсем другая парадигма программирования, основанная исключительно на функциях. В нем нет переменных, не может возникнуть побочных эффектов. В функциональном программировании можно писать более короткие программы, так как данный подход позволяет выражать свои мысли короче.

В императивном программировании мы можем записать вот такую конструкцию:

X=X+1

С точки зрения императивного программирования тут все верно - мы увеличиваем значение переменной X на единицу. А вот любой математик скажет нам, что так быть не может. И будет прав, с точки зрения математики действительно X не может быть равно числу X, увеличенному на единицу. Суть функционального программирования как раз и заключатся в том, что бы писать программу не с точки зрения кодирования алгоритма, а именно с точки зрения математики. Чем этот подход лучше императивного принципа программирования? При традиционном подходе разработка программы делается в три шага:

Постановка задачи, разработка математической модели.
Разработка алгоритма
Кодирование алгоритма на языке программирования.

При функциональном программировании мы можем математическую модель сразу же кодировать на языке программирования, опустив при этом такой трудоемкий шаг, как разработка алгоритма.

На урок 2 мы уже познакомились с понятием функций и функциональным программированием. Сегодня мы узнаем еще об одном понятии функционального программирования - лямбда выражении. Лямбда выражение - это константа функционального типа. Вот пример использования лямбда выражений:

let y=fun (x) -> x*x+1

System.Console.WriteLine(y(3));

System.Console.ReadLine();

Данная программа выдаст результат: 10.

А теперь, для демонстрации образа функционального мышления, рассмотрим решение квадратного уравнения в общем виде средствами языка F#:

//функция ввода числа с клавиатуры

let rec readFloat() =

match System.Double.TryParse(System.Console.ReadLine()) with

| false, _ -> printfn "?"; readFloat()

| _, x -> x

//ввод с клавиатуры коэффициентов уравнения

let a = readFloat();

let b = readFloat();

let c = readFloat();

//зададим тип - результат решения квадратного уравнения

type ResultOfSolve=

None

|Linear of float

|Quadratic of float*float

//зададим формулу решения квадратого уравнения в общем виде

let solve = fun (a,b,c) ->

let D = b*b-4.0*a*c

if a=0.0 then

if b=0.0 then None else Linear(-c/b)

else

if D<0.0 then None else Quadratic(((-b+sqrt(D))/(2.0*a),(-b-sqrt(D))/(2.0*a)))

//решим квадратное уравнение

let res = solve(a,b,c);

//выведем результат

match res with

None -> printf "Нет решений"

|Linear(x) -> printf "Линейное уравнение, корень %f" x

|Quadratic(x1,x2) -> printf "Квадратное уравнение, корни %f %f " x1 x2

System.Console.Read();

По сути, если перевести эту программу на русский язык, то мы получим примерно следующее рассуждение:

1. Зададим функцию ввода числа с клавиатуры: Вводим данные с клавиатуры, при вводе числа запоминаем, если это не число, то вводим число с клавиатуры (обратите внимание на рекурсию).

2. Используя функцию ввода числа с клавиатуры, вводим поочередно a, b и c.

3. Задами функцию решения уравнения: "Дискриминант вычисляется по формуле, D=b^2-4fc. Если a=0 то это линейное уравнение и оно имеет один корень -c/b, иначе если D<0 решений нет, иначе это квадратное уравнения с двумя корнями -b+sqrt(D))/(2a) и -b-sqrt(D))/(2*a)"

4. Решим уравнения используя заданную формулу.

5. Выведем результат: если решений нет то сообщить "Решений нет", если это линейное уравнение то вывести одно число, иначе выводим оба числа.