関数プログラミングのクロージャー(1) - エレファント・ビジュアライザー調査記録

プログラミング言語に関する質問をChatGPTに入力してみる「関数型言語の拡張」の続きです。変数を変更することができない純粋関数型言語では状態を変化させながら無限に動作することはできないが、変数を変更することができる場合はできる、ということはたぶん正しいです。「関数型言語の拡張」でも最初はクロージャーのことを質問していたのですが、変数を変更することができるクロージャーならできるが、変数を変更することができないクロージャーならできないと思われます。そこでここでは、変数を変更することができるクロージャーを変数を変更することができないクロージャーに変換できるような機能を、変数を変更することができない純粋関数型言語に追加することを考えます。これが簡単にできるならこのブログを書く意味がなくなるのですが、今のところ簡単にできそうにはありません。

以下のように入力しました。

関数型プログラミング言語で、外部の変数を変更するクロージャーがあるとき、そのクロージャーを外部の変数を変更しないように書き直す方法を教えてください

この答えはちょっと違います。以下は引用です。

関数型プログラミング言語では、外部の変数を変更しないようにクロージャーを書き直すための方法がいくつかあります。主な方法は以下の通りです：

再帰を使用する: クロージャー内で再帰関数を使用して、ループの代わりに状態を更新します。

イミュータブルなデータ構造を使用する: 外部の変数の代わりに、新しいデータ構造を返すことで状態を更新します。

モナドやその他のモナド類似のアプローチ: 状態を変更せずに状態を伝播させるための特別なデータ構造を使用します。

関数合成を使用する: 変更を加えたくない変数に影響を与えないように、関数合成を使用してクロージャーを再構成します。

これらの方法の選択は、具体的な状況やプログラムの構造に応じて異なります。以下に、いくつかの具体例を示します。
再帰を使用する
def counter(n):
    def _counter(current):
        if current > n:
            return
        print(current)
        _counter(current + 1)
    return _counter

c = counter(5)
c(1)  # 出力: 1 2 3 4 5
イミュータブルなデータ構造を使用する
def counter(n):
    def _counter(current):
        if current > n:
            return []
        else:
            return [current] + _counter(current + 1)
    return _counter

c = counter(5)
print(c(1))  # 出力: [1, 2, 3, 4, 5]
モナドやその他のモナド類似のアプローチ

モナドを使う具体的な例はプログラミング言語やライブラリに依存しますが、状態を更新しながらクロージャーを操作することが可能です。
関数合成を使用する
def add(x):
    return lambda y: x + y

def double(x):
    return x * 2

def counter(n):
    if n > 0:
        return add(n)(counter(n - 1))
    else:
        return double(n)

c = counter(5)
print(c(1))  # 出力: 5
これらの方法は、関数型プログラミング言語において、外部の変数を変更しないようにクロージャーを書き直すための一般的な手法です。

もともと外部の変数を書き換えるクロージャーがあって、それを変更すると言っているのですが伝わっていないようです。

次の問題も聞いてみました。

クロージャーとブロックの違いは何ですか

クロージャー（Closure）とブロックは、両方ともプログラミング言語において関数を値として扱うことができる概念ですが、いくつかの重要な違いがあります。

変数のキャプチャ:

クロージャーは、定義された時のスコープ内の変数をキャプチャすることができます。そのため、クロージャーが定義されたスコープ内の変数にアクセスすることができます。

ブロックは、通常、その周囲のスコープの変数を参照することができますが、ブロック自体が変数をキャプチャすることはできません。

外部の変数へのアクセス:

クロージャーは、定義された時のスコープ内の変数にアクセスできます。そのため、そのクロージャーが呼び出されるときには、定義された時の状態を保持します。

ブロックは、通常、外部の変数への読み取りアクセスを許可しますが、書き込みアクセスは特別な手段が必要な場合があります。

ライフタイム:

クロージャーは、それが定義されたスコープが終了した後も、その状態を保持して呼び出されることができます。そのため、クロージャーは動的な状態を持つことができます。

ブロックは通常、その周囲のスコープが終了すると、そのライフタイムも終了します。ブロックは一般的に即時に実行されるため、一度だけ実行された後に破棄されることが一般的です。

使用用途:

クロージャーは、状態を保持し、その状態に基づいて動作する場合や、関数を返す場合など、動的な状態を必要とする場合に使用されます。

ブロックは、特定の処理をグループ化したり、遅延評価を実現したり、コールバックを実装したりする場合によく使用されます。

これらの違いにより、クロージャーとブロックはそれぞれ異なる使用ケースや振る舞いを持ちます。どちらを使うかは、そのプログラミング言語や、解決すべき問題によって異なります。

次の問題も聞いてみました。

プログラミング言語の機能「名前呼び(call by name)」とクロージャーの違いは何ですか

名前呼び（call by name）とクロージャーは、プログラミング言語における異なる概念ですが、一部の文脈では類似点があります。
名前呼び（call by name）は、引数の評価戦略の一つであり、関数や手続きの呼び出し時に、引数をそのまま関数本体に渡す方法です。具体的には、関数の呼び出し時に引数が使用されるたびに評価されます。これにより、引数の評価が遅延されるため、適切なタイミングで値が計算されます。
一方、クロージャーは、関数内で定義された関数であり、その関数は外部のスコープにアクセスすることができます。クロージャーは、他の関数内で返され、その関数を呼び出すときに外部の変数や状態をキャプチャすることができます。これにより、クロージャーはスコープ外の変数にアクセスできることが特徴です。
名前呼びとクロージャーの主な違いは次のとおりです：

評価のタイミング: 名前呼びは引数の評価戦略であり、関数の呼び出し時に引数が評価されます。一方、クロージャーは関数の概念であり、外部のスコープから変数をキャプチャする関数です。

スコープの違い: 名前呼びは関数の呼び出し時の引数の評価方法に関連していますが、クロージャーは関数の内部スコープと外部スコープの関係に焦点を当てています。クロージャーは外部スコープの変数にアクセスできる点が特徴です。

機能の目的: 名前呼びは関数呼び出しの評価戦略を指定するための機能です。一方、クロージャーは外部スコープの変数をキャプチャし、関数を返すための機能です。

要するに、名前呼びは引数の評価方法に関連する概念であり、クロージャーは関数の内部と外部スコープの関係に関連する概念です。名前呼びとクロージャーは、異なる側面で機能し、異なる目的を持っていますが、一部の文脈では類似点もあります。