Tại sao danh sách khuyết điểm liên quan đến lập trình chức năng?

Tôi đã nhận thấy rằng hầu hết các ngôn ngữ chức năng sử dụng danh sách liên kết đơn (danh sách "khuyết điểm") làm loại danh sách cơ bản nhất của chúng. Ví dụ bao gồm Lisp chung, Haskell và F #. Điều này khác với các ngôn ngữ chính, trong đó các loại danh sách gốc là mảng.

Tại sao vậy?

Đối với Common Lisp (được gõ động) tôi có ý tưởng rằng khuyết điểm đủ chung để cũng là cơ sở của danh sách, cây, v.v ... Đây có thể là một lý do nhỏ.

Tuy nhiên, đối với các ngôn ngữ được nhập tĩnh, tôi không thể tìm thấy lý do chính đáng, thậm chí tôi có thể tìm thấy các đối số phản biện:

• Kiểu chức năng khuyến khích tính không thay đổi, do đó, việc dễ dàng chèn danh sách được liên kết ít có lợi thế hơn,
• Phong cách chức năng khuyến khích sự bất biến, cũng chia sẻ dữ liệu; một mảng dễ chia sẻ "một phần" hơn danh sách được liên kết,
• Bạn cũng có thể thực hiện khớp mẫu trên một mảng thông thường, và thậm chí tốt hơn (ví dụ bạn có thể dễ dàng gấp từ phải sang trái),
• Trên hết, bạn có thể truy cập ngẫu nhiên miễn phí,
• Và (một lợi thế thực tế) nếu ngôn ngữ được nhập tĩnh, bạn có thể sử dụng bố cục bộ nhớ thông thường và tăng tốc độ từ bộ đệm.

Vậy tại sao thích danh sách liên kết?

Yếu tố quan trọng nhất là bạn có thể thêm vào danh sách liên kết đơn bất biến trong thời gian O (1), cho phép bạn xây dựng đệ quy danh sách các yếu tố n trong thời gian O (n) như sau:

// Build a list containing the numbers 1 to n:
foo(0) = []
foo(n) = cons(n, foo(n-1))

Nếu bạn đã làm điều này bằng cách sử dụng các mảng không thay đổi, thời gian chạy sẽ là bậc hai bởi vì mỗi consthao tác sẽ cần sao chép toàn bộ mảng, dẫn đến thời gian chạy bậc hai.

Phong cách chức năng khuyến khích sự bất biến, cũng chia sẻ dữ liệu; một mảng dễ chia sẻ "một phần" hơn danh sách được liên kết

Tôi giả sử bằng cách chia sẻ "một phần", bạn có nghĩa là bạn có thể lấy một phân đoạn từ một mảng trong thời gian O (1), trong khi với các danh sách được liên kết, bạn chỉ có thể lấy đuôi trong thời gian O (1) và mọi thứ khác cần O (n). Điều đó đúng.

Tuy nhiên, lấy đuôi là đủ trong nhiều trường hợp. Và bạn phải tính đến việc có thể tạo ra các phân đoạn giá rẻ không giúp ích gì cho bạn nếu bạn không có cách nào tạo ra các mảng rẻ tiền. Và (không có tối ưu hóa trình biên dịch thông minh), không có cách nào để xây dựng một mảng giá rẻ từng bước một.

Tôi nghĩ rằng nó đi xuống danh sách được thực hiện dễ dàng trong mã chức năng.

Kế hoạch:

(define (cons x y)(lambda (m) (m x y)))

Haskell:

data  [a]  =  [] | a : [a]

Mảng khó hơn và gần như không đẹp để thực hiện. Nếu bạn muốn chúng cực kỳ nhanh thì chúng sẽ phải được viết ở cấp độ thấp.

Ngoài ra, đệ quy hoạt động tốt hơn nhiều trong danh sách so với mảng. Xem xét số lần bạn đã tiêu thụ đệ quy / tạo danh sách so với chỉ mục một mảng.

Một danh sách liên kết đơn là cấu trúc dữ liệu liên tục đơn giản nhất .

Các cấu trúc dữ liệu liên tục là rất cần thiết để thực hiện, lập trình chức năng thuần túy.

Bạn chỉ có thể sử dụng các nút Cons một cách dễ dàng nếu bạn có ngôn ngữ được thu gom rác.

Nhược điểm phù hợp rất nhiều với phong cách lập trình chức năng của các cuộc gọi đệ quy và các giá trị bất biến. Vì vậy, nó phù hợp với mô hình lập trình tinh thần.

Và đừng quên lý do lịch sử. Tại sao họ vẫn được gọi là Cons Nodes và tệ hơn là vẫn sử dụng xe hơi và cdr làm phụ kiện? Mọi người học nó từ sách giáo khoa và các khóa học và sau đó sử dụng nó.

Bạn đã đúng, trong các mảng trong thế giới thực dễ sử dụng hơn nhiều, chỉ tiêu thụ một nửa dung lượng bộ nhớ và có hiệu suất cao hơn vì bỏ lỡ mức bộ nhớ cache. Không có lý do để sử dụng chúng với các ngôn ngữ bắt buộc.

Danh sách liên kết rất quan trọng vì lý do sau:

Khi bạn lấy một số như 3 và chuyển đổi nó thành chuỗi kế tiếp như succ(succ(succ(zero)))sau đó sử dụng thay thế cho nó bằng {succ=List node with some memory space}, và {zero = end of list}, bạn sẽ kết thúc với một danh sách được liên kết (có độ dài 3).

Phần quan trọng thực tế là số, thay thế, và không gian bộ nhớ và số không.