课程概述

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课程目标

考核评价

讲师介绍

乔海燕

详细介绍

       本课程用函数式程序设计语言Haskell讲解现代函数式程序设计的基本思想方法。   

       高级程序设计语言大致可分为命令式和声明式。命令式语言如C、Java和Python等，这种语言的程序用一个语句序列描述如何一步步完成一个计算，特点是有副作用。例如，计算1至n的和，命令式语言通常形如：  

s = 0; for (int i=1; i<=n; i++)     s = s + i; print(s);这种程序通过不断修改变量s的值最后得到计算结果。重点描述如何计算。

        Haskell函数式语言属于声明式语言，这种语言的程序通过计算逻辑表达计算，不需要描述计算次序，特点是无副作用。对于同样的问题，在Haskell语言中可以定义数学函数sum：

sum 0 = 0 sum n = n + sum (n-1)

在这里，计算1至n的和的Haskell函数程序是表达式sum n，sum是一个纯数学函数，n是数学意义上的变量，没有副作用。函数式程序重点描述计算什么。

        函数式程序设计语言是建立在计算模型λ演算上的通用高级程序设计语言。由于它具有更高的抽象层次，更接近于人类的习惯数学思维，因此，更便于初学者理解掌握。

        函数式程序具有下列特点：

• 简洁优美，容易理解。

        了解命令式程序设计的程序员明白，用命令式语言实现快速排序并不简单。然而，下面几行简短的Haskell代码用列表概括表达了快速排序的计算逻辑：

qsort []   = [] qsort (x:xs) = qsort [y|y <- xs, y < x] ++ [x] ++ qsort [y|y <- xs, y >= x]

这里[ ]表示空列表（或序列），(x:xs)表示非空列表，x是第一个元素，xs是尾列表，[y|y <- xs, y < x]表示xs 中小于x元素构成的列表，[y|y <- xs, y >= x]表示xs中大于等于x元素构成的列表，++表示将两个列表串接成一个列表的运算。

• 无副作用，更少的程序错误。

        命令式程序中的函数多为有副作用的“过程”。一个纯函数的计算结果只与函数的输入有关，与计算次序无关，由此避免了命令式程序中由副作用引起的一类错误。

• 高阶函数支持更高抽象性，支持模块化。

        在Haskell语言中，函数是“一等公民”，函数可以是其他函数的输入和输出，由此为代码重用性和模块化提供了方便。

• 惰性计算为无穷数据结构提供支持。

        Haskell是一种惰性语言，这表明它只有在需要计算的时候才进行计算，或者只做必要的计算。这种惰性计算允许表达无穷数据结构，由此也为模块化提供了一种途径。

• 易于推理，便于保证程序正确性。

        Haskell函数没有副作用，因此，可以像对待数学表达式那样对程序进行推理，便于确保程序的正确性。

        本课程是函数式程序设计的入门课程，也是一般程序设计的入门课程。本课程通过函数程序设计语言Haskell介绍函数程序的基本思想和方法，以及现代程序设计的基本思想，如函数抽象、多态、重载和高阶函数等。

        课程共11讲。前3讲构成程序设计的最基本内容，学完前三讲后学生便可以编写简单的函数程序。第4-6讲构成程序设计的进阶内容，学完第6讲以后学生可以编写较复杂的程序，并学会使用测试工具测试程序的性质。第7讲学习多态和重载的概念，如何编写多态和重载函数程序。第8讲学习函数式程序的重要特性高阶函数。第9讲学习如何自定义代数类型准确刻画数据。第10讲学习用Haskell如何编写有副作用的程序，包括交互式小游戏和模拟计算。第11讲学习Haskell的惰性计算策略，如何基于惰性计算使用无穷数据结构处理数据。

        对于初学程序设计的学生，本课程将为学生提供一个更简单的计算模型，专注于数学或者抽象层面的程序设计思想和方法，完成课程后将能使用Haskell函数语言解决一些实际问题。

        对于已经掌握一门程序设计语言的学生，修读该课程后将可以用函数式程序设计的思想理念设计更清晰、易读和易维护的程序，成为更好的程序员。

       事实上，程序设计语言存在几百种（据统计有超过700种），一名优秀的程序员不是掌握了很多种语言，而是应该掌握几百种语言背后的少数几种编程范式（programming paradigm），或者程序设计概念模型，包括命令式程序设计、函数式程序设计、面向对象的程序设计、逻辑程序设计和数据流程序设计等。