コードの見方を変える6つのプログラミングパラダイム

時々、非常に独創的なプログラミング言語に出くわし、コード全体に対する私の理解を変えてしまいます。 この記事では、私のお気に入りの発見のいくつかを共有したいと思います。



ここでは、「関数型プログラミングは世界を救う！」という時代遅れのメッセージは見当たりません。 私のリストは、あまり人気のないアイテムで構成されています。 読者の多くは議論される言語やパラダイムのほとんどを聞いたことがないので、私と同じようにそれらに対処することに興味を持っていただければ幸いです。



注：これらの言語のほとんどについては経験が非常に限られていることに注意してください。これらの言語の基になっているアイデアは注目に値するようですが、専門家とは言えません。 したがって、エラーを指摘し、修正を提案してください。 そして、私が見逃した他のアイデアやパラダイムを見つけたら、それを共有してください！

デフォルトの競争

言語の例 ： ANI 、 格子縞



真に衝撃的なものから始めましょう。デフォルトで競争が想定される言語があります。 つまり、すべてのコード行が互いに並行して実行されます！



たとえば、A、B、Cの3行のコードを書いたとします。

A; B; C;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ほとんどの言語では、A、B、Cの順に実行されますが、 ANIなどでは、A、B、Cが同時に実行されます。



ANIでは 、フローの制御と特定の順序でのコード行の配置は、異なる行間の依存関係の副作用にすぎません。 たとえば、BにAで定義されている変数への参照が含まれている場合、AとCは同時に実行され、Bは後でAが終了するときに実行されます。



ANIから例を見てみましょう。 チュートリアルが言うように、ANIで書かれたプログラムは、データの流れを制御するパイプとラッチで構成されています。 この珍しい構文はそれほど簡単に理解できず、言語自体は死んでいるように見えますが、非常に興味深い概念を提供します。



ANIでの「Hello、world！」の実装例を次に示します。

 "Hello, World!" ->std.out
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ANIで採用されている用語を使用して、オブジェクト "Hello、world！"（テキスト）をstd.outストリームに送信します。 しかし、std.outにさらにテキストを送信するとどうなりますか？

 "Hello, World!" ->std.out "Goodbye, World!" ->std.out
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

これらの行は両方とも並行して実行されるため、テキストはコンソールにランダムな順序で表示されます。 ここで、ある行に変数を含め、別の行でそれを参照するとどうなるかを見てみましょう。

 s = [string\]; "Hello, World!" ->s; \s ->std.out;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

最初の行は、テキストを含むsというバルブ（変数のようなもの）を宣言しています。 2行目は、テキスト「Hello、world！」をsに送信します。 3番目-ゲートバルブをsに「開き」、内容をstd.outに送信します。 ここで、ANIの順序が暗黙的に行われている様子を確認できます。各行は前の行に依存しているため、コードの行は記述された順序で実行されます。



作成者によると、 Plaid言語もデフォルトで競争力を維持していますが、許可モデル（ この記事で詳しく説明します）を使用してフロー制御を構成します。 Plaid は 、状態の変化が前面に出てくる状態指向型プログラミングなど、他の興味深い概念も実験しています。オブジェクトはクラスとしてではなく、コンパイラーが追跡できる一連の状態と遷移として定義されます。 このアプローチは私には面白いようです-その時間は一流の言語構造として定義されています。 リッチヒッキーはこれについて彼の記事「 Are we there yet 。」



マルチコアは増加の一途をたどっており、競争を達成することは私たちが望むよりもさらに困難です。 ANIとPlaidは、問題に対する非自明なアプローチを提供します。これにより、生産性が向上する場合があります。 唯一の問題は、「デフォルトの並列処理」の原則が競争管理を容易にするかどうかです。

依存型

言語の例 ： Idris 、 Agda 、 Coq



おそらく、コンパイラーが変数のタイプ（整数、リスト、またはテキスト）を判別できるCやJavaなどの言語で提示されたシステムに慣れているでしょう。 しかし、変数を「正の整数」、「2項目リスト」、または「回文であるテキスト」として定義できたらどうでしょうか。



依存型をサポートする言語は、この考えに基づいています。コンパイル段階で変数の値をチェックする型を指定できます。 Scalaの実験としての形のないライブラリは 、Scalaの依存型の部分的な（つまり、まだ完全には開発されていない）サポートを追加し、例に慣れる簡単な方法を提供します。



次に、形状のないライブラリで値1、2、3を含むベクターを宣言する方法を示します。

 val l1 = 1 :#: 2 :#: 3 :#: VNil
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

したがって、変数11が作成され、そのシグネチャは、Intsを含むVectorであるだけでなく、vectorの長さが3であることを示します。コンパイラはこの情報を使用してエラーをキャッチできます。 vAddメソッドをベクトルに適用して、2つのベクトルのペアごとの加算を生成しましょう。

 val l1 = 1 :#: 2 :#: 3 :#: VNil val l2 = 1 :#: 2 :#: 3 :#: VNil val l3 = l1 vAdd l2 // Result: l3 = 2 :#: 4 :#: 6 :#: VNil
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

上記の例では、システムが認識しているため、すべてが正常に機能します。両方のベクトルの長さは3です。ただし、異なる長さのベクトルにvAddを適用しようとすると、実行前でもコンパイル段階でエラーが発生します！

 val l1 = 1 :#: 2 :#: 3 :#: VNil val l2 = 1 :#: 2 :#: VNil val l3 = l1 vAdd l2 // Result: a *compile* error because you can't pairwise add vectors // of different lengths!
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

Shapelessは優れたライブラリですが、私が知る限り、それはまだ少し気味が悪いです：依存型の小さなセットのみをサポートし、重いコードと署名を提供します。 Idrisは、型をプログラミング言語の最初のクラスのオブジェクトにします。その結果、依存型のシステムがより正確で強力になります。 詳細な比較については、 ScalaとIdris：現在および将来の依存型を参照してください 。



正式な検証方法は長い間存在していましたが、多くの場合、一般的なプログラマーにとって有用であると判断するには面倒すぎることが判明しました。 Idrisなどの言語の依存型、および将来的にはScalaが、システムのエラー検出機能を大幅に拡張する、よりコンパクトで実用的な代替手段を提供する可能性があります。 もちろん、停止問題によって課せられた制限のために発生するすべてのエラーをキャッチできる依存型のシステムはありません。 ただし、賢明に使用すると、依存型は静的型システムの大きな前進になります。

連結プログラミング

言語の例 ： Forth 、 cat 、 joy



変数なしで関数を使用してコードを記述することがどのようになるか疑問に思ったことはありませんか？ 私も。 しかし、明らかに、一部の人はそれについて考え、結果として連結プログラミングを発明しました。 この考え方は、言語がスタックにデータを追加したり、スタックからデータをプッシュしたりする関数で構成されるということです。 プログラムは、機能的構成の助けを借りてほぼ独占的に構築されます（ 連結は構成です ）。



ちょっと霧がかかっているように聞こえるので、 猫の簡単な例を見てみましょう。

 2 3 +
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ここで、2つの数値をスタックに追加してから、+関数を呼び出します。この関数は、スタックから両方をスローし、合計をそこに追加します。 このコードの出力は5です。次に、もう少し興味深い例を見てみましょう。

 def foo { 10 < [ 0 ] [ 42 ] if } 20 foo
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

各行を解析しましょう：

1. まず、関数fooを宣言します。 catでは、関数の入力のパラメーターが指定されていないことに注意してください。すべてのパラメーターはスタックから読み取られます。
2. fooは、関数<を呼び出します。この関数は、スタックに最初の数値を追加し、10と比較して、値TrueまたはFalseを追加します。
3. 次に、値0と42をスタックに追加し、テストにパスせずに追加されるように、括弧で囲みます。 その理由は、次の行で「if」関数が呼び出されたときに、thenブランチとelseブランチとしてそれぞれ使用されるためです。
4. if関数は、スタックから論理条件、thenブランチ、elseブランチの3つのことをスローします。
5. 最後に、スタックに数値20を追加し、foo関数を呼び出します。
6. 最終的に、42が取得されます。

より詳細な紹介については、連結言語の喜びを参照できます。



このプログラミングスタイルには、いくつかの興味深い特性があります。プログラムを無数の方法で分割および結合して、新しいプログラムを作成できます。 また、簡潔な構文（LISPの構文よりもさらに簡潔）に注目する価値があります。これにより、プログラムはメタプログラミングを非常に簡潔かつ強力にサポートします。 私の意見では、連結プログラミングは多くの思考の糧を提供しますが、その実用性は疑わしいです。 このアプローチでは、コード内の変数の名前から復元するのではなく、スタックの現在の状態を常に記憶または想像する必要があり、意思決定が難しくなっているようです

宣言型プログラミング

言語の例 ： Prolog 、 SQL



宣言型プログラミングは何年も前に登場しましたが、この概念はまだほとんどのプログラマーには馴染みがありません。 一番下の行は次のとおりです。ほとんどの一般的な言語では、問題を解決する方法を説明します。 宣言型言語では、達成したい結果を単に指定するだけで、言語自体が何を行う必要があるかを決定します。



たとえば、Cでゼロから並べ替えアルゴリズムを作成する場合、マージによる並べ替えの手順を規定する必要があります。これにより、すべてのデータを再帰的に2つの部分に分割し、適切な並べ替え順序で結合する方法を段階的に示します。 ここに例があります 。 Prologのような宣言型言語で数値を並べ替える場合、これの代わりに、「同じコンポーネントのリストを取得したいが、位置iの数は位置i + 1の数以下でなければならない」という結果を書きます。 上記のCソリューションとPrologのこのコードを比較してください。

 sort_list(Input, Output) :- permutation(Input, Output), check_order(Output). check_order([]). check_order([Head]). check_order([First, Second | Tail]) :- First =< Second, check_order([Second | Tail]).
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

SQLを使用したことがある場合は、それについて知らなかったとしても、宣言型プログラミングの経験があります。 タイプYからXを選択してタイプZのリクエストを送信する場合、受信するデータのタイプを記述します。 このクエリの実行方法は、データベースエンジン自体によって決定されます。 ほとんどのデータベースでは、explainコマンドを使用してフローチャートを確認し、すべてが舞台裏でどのようになったかを把握できます。



宣言型言語の美しさは、より高いレベルの抽象化で作業できることです。 あなたのビジネスは、望ましい結論のために仕様を処方することです。 たとえば、Prologの単純な数独ゲームのコードは、解決されたパズルの水平、垂直、および斜めの行がどのように見えるべきかを単に示しています。

 sudoku(Puzzle, Solution) :- Solution = Puzzle, Puzzle = [S11, S12, S13, S14, S21, S22, S23, S24, S31, S32, S33, S34, S41, S42, S43, S44], fd_domain(Solution, 1, 4), Row1 = [S11, S12, S13, S14], Row2 = [S21, S22, S23, S24], Row3 = [S31, S32, S33, S34], Row4 = [S41, S42, S43, S44], Col1 = [S11, S21, S31, S41], Col2 = [S12, S22, S32, S42], Col3 = [S13, S23, S33, S43], Col4 = [S14, S24, S34, S44], Square1 = [S11, S12, S21, S22], Square2 = [S13, S14, S23, S24], Square3 = [S31, S32, S41, S42], Square4 = [S33, S34, S43, S44], valid([Row1, Row2, Row3, Row4, Col1, Col2, Col3, Col4, Square1, Square2, Square3, Square4]). valid([]). valid([Head | Tail]) :- fd_all_different(Head), valid(Tail).
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

上記のゲームを起動する方法は次のとおりです。

 | ?- sudoku([_, _, 2, 3, _, _, _, _, _, _, _, _, 3, 4, _, _], Solution). S = [4,1,2,3,2,3,4,1,1,2,3,4,3,4,1,2]
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

残念ながら、この方法には欠点があります。宣言型言語では、しばしばパフォーマンスの問題が発生します。 上で引用した単純なソートアルゴリズムは、O（n！）を生成する可能性があります。 数独ゲームでは、検索は強制的に実行されます。ほとんどの開発者は、SQLクエリを実行するときにコストと効率の悪い計画を回避するために、サブシステムに追加のヒントとインデックスを含める必要があります。

記号プログラミング

言語の例 ： オーロラ



オーロラは、 シンボリックプログラミングの例です。 プレーンテキストに加えて、その上に記述するコードには、画像、数式、グラフなどが含まれる場合があります。 これにより、すべてをテキストに変換する代わりに、さまざまなデータを元の形式で記述して操作することができます。 さらに、Auroraは非常にインタラクティブな言語であり、ステロイドのREPLのように、コードの各行の直後に結果を表示します。



Auroraは、 Light Table IDEを所有しているChris Grangerによって作成されました。 彼は、彼の記事「Toward a better programming」でオーロラを発明した動機について話しています 。 彼は、プログラミングをより視覚的で直接的なものにし、ランダムな複雑さを最小限に抑えるなどの目標を追求しました。 詳細を知りたい場合は、 Bret Victor - Inventing on Principle 、 Unthinkink and Learnable Programming を考えるためのメディアの資料を必ずチェックしてください。

知識ベースのプログラミング

言語の例 ： Wolfram



前述のオーロラと同様に、 Wolframもシンボリックプログラミングの原理に基づいています。 しかし、シンボリックレイヤーは、コアを構成するもの（つまり、知識ベースのプログラミング、広範なライブラリ、アルゴリズム、および言語に組み込まれたデータ）の安定したインターフェイスを提供する方法にすぎません。 このアプローチのおかげで、Facebookアカウントの統計に基づいてグラフを作成したり、写真を編集したり、天気を監視したり、自然言語でクエリを処理したり、地図にルートをプロットしたり、方程式を解いたりするなど、簡単かつ簡単に何でもできます。



既存のすべての言語の中で、Wolframには最も広範な「標準ライブラリ」とデータセットがあると思います。 また、インターネットコミュニティとの接続がコード作成プロセスの不可欠な部分になりつつあるというアイデアに非常に刺激を受けています。これは、オートコンプリート機能がGoogleを検索するIDEに似ています。 シンボリックプログラミングモデルがWolframが主張するほど柔軟であるかどうか、およびこのデータのすべてを適切に使用できるかどうかを確認することは興味深いでしょう。