Technische Aspekte

Besondere Eigenschaften funktionaler Sprachen am Beispiel von Haskell

• sehr maschinenfern
• gewöhnungsbedürftige Notation
• Selbst bei optimaler Abbildung eines Problems sind Geschwindigkeitseinbußen gegenüber in prozedural geschriebenen Programmen in relevanten Grössenordnungen zu erwarten.
• Fehlende Unterstützung durch mächtige integrierte Entwicklungswerkzeuge, die die Sprache in benutzerinteraktive Umgebungen einbetten.
• Zur Zeit wenig deutschsprachige Literatur verfügbar

Möglichkeiten der Programmaufteilung am Beispiel von Haskell und Pascal

PROGRAM Testprogramm;
USES Unitname;
...

Die erste Form des "Verklebens" - Das "Verkleben" von Funktionen

Es sei folgende allgemeine Listendefinition gegeben:
listof X ::= nil | cons X (listof) X

Die Summe aller Elemente der Liste sei folgendermaßen definiert:
sum nil = 0
sum (cons num list) = num + sum list

Aus der rekursiven Definition der Summenbildung lässt sich ableiten das es sich hierbei zum einen um einen generellen rekursiv arbeiten Algorithmus der alle Elemente einer Liste bearbeitet und eine Funktion zur Ermittlung einer Summe handelt. Aus dieser Erkenntnis heraus lässt sich das Problem weiter modularisieren.

Der rekursive Teil wird in diesem Fall konventionell als "reduce" bezeichnet
sum = reduce add 0

Wobei Add die Funktion zur Summenbildung darstellt:
add x y = x + y

Die Definition von reduce sieht folgendermaßen aus:
(reduce f x) nil = x
(reduce f x) (cons a l) = f a ((reduce f x) l)

Auf Basis des rekursiven Algorithmus lassen sich nun auch ohne weitere Programmierung andere Operationen auf Listen durchführen:

• product = reduce multiply 1
• anytrue = reduce or false
• alltrue = reduce and true
• ...

Ein Beispiel:

Wenn g und f Programme sind, dann ist (g . f) ein Programm bei dem f die Eingabedaten für g generiert.
    g (f input)

Hierbei spielt ein Mechanismus eine wichtige Rolle der als "strikte Synchronisation" bezeichnet wird. Bei der "strikten Synchronisation" muß sich der Programmierer nicht darum kümmern wie die Daten die die Funktion f produziert zwischengespeichert werden müssen um von g ausgewertet werden zu können. Funktion f stellt stets nur soviele Daten zur Verfügung wie g anfordert. Die beiden Programme laufen somit in "strikter Synchronisation". f kann zudem auch ein Programm sein das eine unendliche Menge an Daten produziert. Sobald g beendet wird, wird auch f beendet. Diese Art der Auswertung sorgt also dafür das das Programm f nur so lange läuft wie unbedingt erforderlich. Sie wird auch als "Lazy Evaluation" bezeichnet und stellt einen sehr wichtigen Baustein für die Modularisierung von Programmen innerhalb der funktionalen Programmierung dar.

Bedingte Auswertung am Beispiel eines einfachen Spielbaumes

    gametree p = reptree moves p
Desweiteren wird ein Funktion benötigt die in der Lage ist zu Ermitteln ob eine bestimmte Folgeposition für den Spieler der an der Reihe ist vorteilhaft ist oder nicht.
Gehen wir davon aus das eine solche Funktion mit dem Namen static gegeben sei und folgendermaßen definiert ist:

    static: position -> number
Für unseren einfachen Fall könnte diese Funktion eine 1 für eine Position zurückliefern bei denen der Computer bereits gewonnen, eine -1 für das Verlieren und andernfalls eine 0. Nachdem ein Spielzugbaum generiert worden ist, kann dieser mit Hilfe der Funktion maptree staticin einen Baum von Zahlen umgewandelt werden, über den sich dann der nächste vorteilhafte Spielzug ermitteln lässt. Maptree sei eine als gegeben angenommene Funktion die die einzelnen Elemente eines Baumes durchläuft und auf sie eine übergebene Funktion wie zum Beispiel static anwendet. Die grundsätzliche Tatsache das Spielbäume auch von unendlicher Länge sein können wird noch im Folgenden betrachtet. Bei einem Spiel wie Tic Tac Toe sind die Spielzugbäume endlich, jedoch bei Spielen wie zum Beispiel Schach sind unendliche Spielpartien prinzipiell möglich.

Um nun einen passenden Spielzug auswählen zu können werden noch Funktionen benötigt die Ermitteln welcher nächster Spielzug denn nun tatsächlich der Beste ist. Ausgehend von den möglichen Werten -1 (Computer verloren) , 0 , +1 (Computer gewonnen) wird für die Spielzugwahl des Computers eine Funktion benötigt die
die größte Zahl aus einer Liste von Spielzugbewertungen heraussucht. Der Gegenspieler würde eine Funktion einsetzen die das Minimum ermittelt.
Es wird also der Spielverlauf gesucht der zu einem Sieg führt hierbei werden alle möglichen Unterpositionen der aktuellen Spielposition untersucht.
Führt eine Position zu einem Sieg des Computers (maximise), dann wird diese als nächster Spielzug ausgewählt.

Diese minimise und maximise Funktionen seien folgendermaßen definiert:

    maximise (node n nil) = n
    maximise (node n sub) = max (map minimize sub)
    minimize (node n nil) = n
    minimize (node n sub) = min (map maximize sub)

Zum jetzigen Zeitpunkt wäre es bereits möglich eine Funktion zu definieren die einen passenden Spielzug auswählt. Sie könnte folgendes Aussehen haben:

    evaluate =  maximise . maptree static . gametree
Es gibt letzendlich noch ein Problem in bezug auf sehr umfangreiche oder sogar unendliche Baumstrukturen. Die vorstehende Definition würde dann entweder erst nach sehr langer Zeit oder gar nicht zu einem Ergebnis kommen. Daher kommt eine weitere Funktion zum Einsatz die es ermöglicht nach einer bestimmten Tiefe die Rekursion abzubrechen. Dies ist nur aufgrund des Lazy Evaluation Mechanismus so einfach möglich wie es in Folge beschrieben ist.
Die erforderliche Funktion sei prune(engl. kürzen, abschneiden).

    prune 0 (node a x) = node a nil
    prune n (node a x) = node a (map (prune (n-1)) x)
Die verbesserte Auswertungsfunktion wird nun folgendemaßen geschrieben:

    evaluate = maximise . maptree static . prune 5 . gametree
Sie betrachtet maximal noch 5 weitere Spielzüge, bevor sie ein Ergebnis liefert.
 

Das beschriebene Beispiel verdeutlicht die Leistungsfähigkeit der Lazy Evaluation und den Einsatz vonFunktionen Höherer Ordnung als Hilfmittel der Modularisierung und Optimierung von Programmen.

Die Integration fremsprachiger Bibliotheken in Haskell

Das Paket besteht derzeit aus folgenden Komponenten:

• HaskellObject
• Eine Bibliothek mit der es möglich ist in Haskell COM-Komponenten zu erstellen die sich Beispielsweise in Visual Basic oder Java verwenden lassen.
• HaskellDirect
• Ein vollwertiger IDL (Interface Definition Language) compiler für Haskell. Er dient der automatischen Erstellung von Haskell Schnittstellen für COM Komponenten.
• HaskellDB
• Eine in Haskell geschriebene Bibliothek um Abfragen auf relationalen Datenbanken auszuführen.Haskell Skript wird verwendet um die Verbindung zu Standard ODBC Datenbanken herzustellen.
• HaskellAgent
• Eine in Haskell geschriebene Bibliothek die HaskellScript benutzt um Animationen und Demos auf Basis der Microsoft Agent Technologie zu realisieren..