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penguin-wwy committed Mar 13, 2022
1 parent e8147f9 commit f57f9df
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12 changes: 6 additions & 6 deletions README.md
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Expand Up @@ -104,7 +104,7 @@ Markdown(doc/PiSigma.md) |
> 较难 |
Markdown(doc/DBI.md) |
De Bruijn 索引(De Bruijn index)
[Java 基础,ADT,λ 演算]
[Python 基础,ADT,λ 演算]

偏易 |
[Markdown](doc/EvalStrategy.md) |
Expand All @@ -121,8 +121,8 @@ Markdown(doc/ScottE.md) |
斯科特编码(Scott Encoding)
[构造演算, ADT , μ]

> 中等 |
Markdown(doc/YCombinator.md) |
中等 |
[Markdown](doc/YCombinator.md) |
Y 组合子(Y Combinator)
[Python 基础,λ 演算,λ 演算编码]

Expand Down Expand Up @@ -150,8 +150,8 @@ Markdown(doc/LeiEq.md) |

## 编程范式

> 简单 |
Markdown(doc/TableDriven.md) |
简单 |
[Markdown](doc/TableDriven.md) |
表驱动编程(Table-Driven Programming)
[简单 Python 基础]

Expand All @@ -168,7 +168,7 @@ Markdown(doc/Algeff.md) |
> 中等 |
Markdown(doc/DepsInj.md) |
依赖注入(Dependency Injection)
[Java 基础, Monad ,代数作用]
[Python 基础, Monad ,代数作用]

> 中等 |
Markdown(doc/Lifting.md) |
Expand Down
182 changes: 182 additions & 0 deletions doc/TableDriven.md
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@@ -0,0 +1,182 @@
# 十分钟魔法练习:表驱动编程

### By 「玩火」改写 「penguin」

> 前置技能: 简单Python基础
## Intro

表驱动编程被称为是普通程序员和高级程序员的分水岭,而它本身并没有那么难,甚至很多时候不知道的人也能常常重新发明它。而它本身在我看来是锻炼抽象思维的最佳途径,几乎所有复杂的系统都能利用表驱动法来进行进一步抽象优化,而这也非常考验程序员的水平。

## 数据表

学编程最开始总会遇到这样的经典习题:

> 输入成绩,返回等第, 90 以上 A , 80 以上 B , 70 以上 C , 60 以上 D ,否则为 E
作为一道考察 `if` 语句的习题初学者总是会写出这样的代码:

```python
def get_level(s: int) -> str:
if s >= 90:
return 'A'
if s >= 80:
return 'B'
if s >= 70:
return 'C'
if s >= 60:
return 'D'
return 'E'
```

等学了 `match` 语句以后有些聪明的人会把它改成 `match case` 的写法。

```python
def get_level_with_match(s: int) -> str:
assert s in range(0, 101)
match s:
case num if num >= 90: return 'A'
case num if num >= 80: return 'B'
case num if num >= 70: return 'C'
case num if num >= 60: return 'D'
case _: return 'E'

```

但是这两种写法都有个同样的问题:如果需要不断添加等第个数那最终 `get_level` 函数就会变得很长很长,最终变得不可维护。

学会循环和数组后会有聪明人回头再看这个程序,会发现这个程序由反复的

```python
if s >= _:
return _
```

构成,可以改成循环结构,把对应的数据塞进数组:

```python
SCORE = [90, 80, 70, 60]
LEVEL = ['A', 'B', 'C', 'D', 'E']


def get_level_with_loop(s: int) -> str:
pos = 0
while pos < len(SCORE) and s < SCORE[pos]:
pos += 1
return LEVEL[pos]
```

这样的好处是只需要在两个数组中添加一个值就能加一组等第而不需要碰 `get_level` 的逻辑代码。

而且进一步讲, `score``level` 数组可以被存在外部文件中作为配置文件,与源代码分离,这样不用重新编译就能轻松添加一组等第。

这就是表驱动编程最初阶的形式,通过抽取相似的逻辑并把不同的数据放入表中来避免逻辑重复,提高可读性和可维护性。

再举个带修改的例子,写一个有特定商品的购物车:

```python
class Item:

def __init__(self, name: str, price: int):
self.name = name
self.price = price
self.count: int = 0


class ShopList:

ITEMS = [
Item("water", 1),
Item("cola", 2),
Item("choco", 5),
]

def buy(self, name: str) -> 'ShopList':
for x in filter(lambda i: i.name == name, ShopList.ITEMS):
x.count += 1
return self

```

## 逻辑表

初学者在写习题的时候还会碰到另一种没啥规律的东西,比如:

> 用户输入 0 时购买 water ,输入 1 时购买 cola ,输入 2 时打印购买的情况,输入 3 退出系统。
看似没有可以抽取数据的相似逻辑。但是细想一下,真的没有公共逻辑吗?实际上公共的逻辑在于这些都是在同一个用户输入情况下触发的事件,区别就在于不同输入触发的逻辑不一样,那么其实可以就把逻辑制成表:

```python
class SimpleUI:

shop = ShopList()

events = [
lambda: SimpleUI.shop.buy("water"),
lambda: SimpleUI.shop.buy("cola"),
lambda: print(SimpleUI.shop),
lambda: exit(0),
]

def run_event(self, e: int):
self.events[e]()
```

这样如果需要添加一个用户输入指令只需要在 `event` 表添加对应逻辑,修改用户的指令对应的逻辑也变得非常方便,甚至可以把用户指令存在配置文件里提供自定义修改。这样用户输入和时间触发两个逻辑就不会串在一起,维护起来更加方便。

## 自动机

如果再加个逻辑表能修改的跳转状态就构成了自动机(Automaton)。这里举个例子,利用自动机实现了一个复杂的 UI ,在 `menu` 界面可以选择开始玩或者退出,在 `move` 界面可以选择移动或者打印位置或者返回 `menu` 界面:

```python
class ComplexUI:

x: int = 0
y: int = 0

def w(self):
self.y += 1

def s(self):
self.y -= 1

def a(self):
self.x -= 1

def d(self):
self.x += 1

MOVE_EVENTS = {
'w': lambda s: s.w(),
'a': lambda s: s.a(),
's': lambda s: s.s(),
'd': lambda s: s.d(),
'e': lambda s: print(s),
'q': lambda s: s.draw_menu()
}

def move(self, c: str):
assert c in ComplexUI.MOVE_EVENTS
ComplexUI.MOVE_EVENTS[c](self)

def draw_move(self):
""" draw move """

MENU_EVENTS = {
'p': lambda s: s.draw_move(),
'q': lambda s: s.exit(),
}

def menu(self, c: str):
assert c in ComplexUI.MENU_EVENTS
ComplexUI.MENU_EVENTS[c](self)

def draw_menu(self):
""" draw menu """

def exit(self):
""" exit """

```

实际上更标准的写法应该把状态设定成枚举,这里为了演示的简单期间并没有那样写。
90 changes: 90 additions & 0 deletions doc/YCombinator.md
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@@ -0,0 +1,90 @@
# 十分钟魔法练习:Y 组合子

### By 「玩火」改写 「penguin」

> 前置技能:Python 基础,λ 演算,λ 演算编码
## 递归

在 Python 里面实现递归非常简单,只需要在函数内调用函数本身就好了,比如下面的求和程序:

```python
def sum_fun(n: int) -> int:
assert n >= 0
return n + sum_fun(n - 1) if n != 0 else 0
```

这时候就会注意到看起来递归必须要函数有名字,不然怎么调用时表示自己呢?实际上有个很显然的例子:

```
(λ x. x x) (λ x. x x)
```

这个表达式无论怎么求值都会得到它自身,实际上这就是个无限递归的例子。而在它的基础上稍加修改就可以得到 Y 组合子(Y Combinator):

```
Y = λ f. (λ x. f (x x)) (λ x. f (x x))
```

而往 Y 组合子上应用一个函数就会得到:

```
Y g = (λ x. g (x x)) (λ x. g (x x))
= g ((λ x. g (x x)) (λ x. g (x x)))
= g (Y g)
```

这样 `g` 就拿到了 `Y g` 也就是它自己的函数作为参数,那么就可以递归了,比如上面的 `sum` 就可以写成:

```
sum' = λ self. λ n.
isZero n
n
(+ n (self (prev n)))
sum = Y sum'
```

`n` 是个丘奇数, `isZero` 判断数字是不是 0 并得到一个 λ 演算编码的布尔值, `+` 函数把两个丘奇数相加, `prev` 函数得到比 `n` 小一的数。 `sum` 在递归到 `n` 为 0 时停止递归。

## 求值策略

很显然如果直接使用严格求值会无限展开 Y 算子而得不到结果,如果使用惰性求值会得不到易于阅读的结果。这时候就要用一种介于两者之间的求值策略:

```python
class Fun(Expr):
...

def full_reduce(self) -> Expr:
return Fun(self.x, self.e.full_reduce())

class App(Expr):
...

def full_reduce(self) -> Expr:
fr = self.f.reduce()
if isinstance(fr, Fun):
return fr.e.apply(fr.x, self.x).full_reduce()
return App(fr.full_reduce(), self.x.full_reduce())
```

它只有在尝试应用函数失败的时候才会进行完全展开,这样每次只展开一点就可以避免陷入无限递归。

## 循环

在编码那期中介绍了如何在 λ 演算中构造分支结构,而循环循环可以用递归来表示,每个循环都可以写成循环变量作为参数的尾递归函数,实际上如下的循环:

```python
state = State()
while need_loop(state):
doSomething()
state = update(state)
```

都可以写成如下的递归函数:

```python
def while_func(state: State) -> State:
return while_func(update(state)) if need_loop(state) else state
```

这样就可以把任意的循环改写成 λ 演算的形式了。
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