Haskell 可变映射/树

Question

我正在 Haskell 中寻找可变（平衡）树/映射/哈希表或如何在函数内模拟它的方法。即，当我多次调用同一函数时，结构会被保留。到目前为止，我已经尝试过 Data.HashTable（还可以，但有点慢）并尝试过 Data.Array.Judy，但我无法使其与 GHC 6.10.4 一起使用。还有其他选择吗？

Answer 1

如果你想要可变状态，你可以拥有它。只需继续传递更新后的地图，或将其保留在状态单子中（结果是相同的事情）。

import qualified Data.Map as Map
import Control.Monad.ST
import Data.STRef
memoize :: Ord k => (k -> ST s a) -> ST s (k -> ST s a)
memoize f = do
    mc <- newSTRef Map.empty
    return $ \k -> do
        c <- readSTRef mc
        case Map.lookup k c of
            Just a -> return a
            Nothing -> do a <- f k
                          writeSTRef mc (Map.insert k a c) >> return a

你可以像这样使用它。 （实际上，您可能还想添加一种从缓存中清除项目的方法。）

import Control.Monad
main :: IO ()
main = do
    fib <- stToIO $ fixST $ \fib -> memoize $ \n ->
        if n < 2 then return n else liftM2 (+) (fib (n-1)) (fib (n-2))
    mapM_ (print <=< stToIO . fib) [1..10000]

您可以不安全摆脱线程状态的要求，需要您自担风险通过一切需要它的事情。

import System.IO.Unsafe
unsafeMemoize :: Ord k => (k -> a) -> k -> a
unsafeMemoize f = unsafePerformIO $ do
    f' <- stToIO $ memoize $ return . f
    return $ unsafePerformIO . stToIO . f'

fib :: Integer -> Integer
fib = unsafeMemoize $ \n -> if n < 2 then n else fib (n-1) + fib (n-2)

main :: IO ()
main = mapM_ (print . fib) [1..1000]

Answer 2

基于@Ramsey 的答案，我还建议您重新构思您的函数来获取地图并返回修改后的地图。然后使用良好的数据进行编码.Map，修改起来非常高效。这是一个模式：

import qualified Data.Map as Map

-- | takes input and a map, and returns a result and a modified map
myFunc :: a -> Map.Map k v -> (r, Map.Map k v)
myFunc a m = … -- put your function here

-- | run myFunc over a list of inputs, gathering the outputs
mapFuncWithMap :: [a] -> Map.Map k v -> ([r], Map.Map k v)
mapFuncWithMap as m0 = foldr step ([], m0) as
    where step a (rs, m) = let (r, m') = myFunc a m in (r:rs, m')
    -- this starts with an initial map, uses successive versions of the map
    -- on each iteration, and returns a tuple of the results, and the final map

-- | run myFunc over a list of inputs, gathering the outputs
mapFunc :: [a] -> [r]
mapFunc as = fst $ mapFuncWithMap as Map.empty
    -- same as above, but starts with an empty map, and ignores the final map

很容易抽象这个模式并使 mapFuncWithMap 对以这种方式使用映射的函数具有通用性。

Answer 3

尽管您要求可变类型，但我建议您使用不可变数据结构，并将连续版本作为参数传递给函数。

关于使用哪种数据结构，

• 有一个 肯特郡红黑树的实现

• 如果你有整数键，Data.IntMap 效率极高。

• 如果您有字符串键，则 bytestring-trie 包来自Hackage 看起来非常好。

问题是我无法使用（或者我不知道如何）使用非可变类型。

如果幸运的话，您可以将表数据结构作为额外参数传递给每个需要它的函数。但是，如果您的表需要广泛分布，您可能希望使用 state monad 其中状态是表的内容。

如果你想记忆，你可以尝试 Conal Elliott 博客中的一些惰性记忆技巧，但是一旦你超越了整数参数，惰性记忆就变得非常模糊——我不建议你作为初学者尝试。也许您可以发布有关您试图解决的更广泛问题的问题？通常，对于 Haskell 和可变性，问题是如何将突变或更新包含在某种范围内。

在没有任何全局可变变量的情况下学习编程并不是那么容易。

Answer 4

如果我正确地阅读了您的评论，那么您将拥有一个可能需要计算约 500k 总值的结构。计算成本很高，因此您希望它们只完成一次，并且在后续访问中，您只需要值而不需要重新计算。

在这种情况下，请利用 Haskell 的惰性来发挥你的优势！ ~500k 并不是那么大：只需构建所有答案的地图，然后根据需要获取即可。第一次获取将强制计算，后续获取相同答案将重用相同结果，如果您从未获取特定计算 - 它永远不会发生！

您可以在文件 PointCloud.hs。该文件使用 Debug.Trace 来记录计算实际完成的时间：

> ghc --make PointCloud.hs 
[1 of 1] Compiling Main             ( PointCloud.hs, PointCloud.o )
Linking PointCloud ...

> ./PointCloud 
(1,2)
(<calc (1,2)>)
Just 1.0
(1,2)
Just 1.0
(1,5)
(<calc (1,5)>)
Just 1.0
(1,2)
Just 1.0

Answer 5

还有其他选择吗？

对纯函数字典（例如 Data.Map）的可变引用。