add #funct-declarations
[lambda.git] / index.mdwn
1 # Seminar in Semantics / Philosophy of Language #
2
3 or: **What Philosophers and Linguists Can Learn From Theoretical Computer Science But Didn't Know To Ask**
4
5 This course is co-taught by [Chris Barker](http://homepages.nyu.edu/~cb125/) and [Jim Pryor](http://www.jimpryor.net/). Linguistics calls it "LING-GA 3340" and Philosophy calls it "PHIL-GA 2296".
6 The seminar meets in spring 2015 on Thursdays from 4 until a bit before 7 (with a short break in the middle), in
7 the Linguistics building at 10 Washington Place, in room 103 (front of the first floor).
8
9 One student session to discuss homeworks will be held every Wednesday from 5-6, in Linguistics room 104 (back of the first floor).
10
11 ## [[Index of Main Content|content]] (lecture notes and more) ##
12
13 ## [[Offsite Readings|readings]] ##
14
15 ## Announcements ##
16
17 *   This wiki will be undergoing lots of changes throughout the semester, and particularly in these first few days as we get it set up, migrate over some of the content from the previous time
18 we taught this course, and iron out various technical wrinkles. Please be patient. When you sit down to read the wiki, it's a good idea to always hit "Refresh" in your browser to make sure you're reading the latest additions and refinements of the website. (Sometimes these will be tweaks, other times very substantial. Updates will happen at miscellaneous hours, sometimes many times in a given day.)
19
20     If you've eager to learn, though, you don't have to wait on us to be ready to serve you. You can go look at the [archived first version](http://lambda1.jimpryor.net) of this course. Just keep in mind that
21 the text and links there haven't been updated. And/or you can get started on installing the software and ordering some of the books.
22
23 *   As we mentioned in class, if you're following the course and would like to be emailed occasionally, send an email to <mailto:jim.pryor@nyu.edu>, saying "lambda" in the subject line. Most often, we will just post announcements to this website, rather than emailing you. But occasionally an email might be more appropriate.
24
25 <!--
26 *   As we mentioned in class, we're also going to schedule a session to discuss the weekly homeworks. If you'd like to participate in this, please complete [this Doodle poll](http://doodle.com/7xrf4w8xq4i9e5za). It asks when you are available on Tuesdays and Wednesdays.
27 -->
28
29 *   The student session has been scheduled for Wednesdays from 5-6, in Linguistics room 104 (back of the first floor).
30
31     Those of you interested in additional Q&amp;A but who can't make that time, let us know.
32
33     You should see these student sessions as opportunities to clear up lingering
34 issues from material we've discussed, and help get a better footing for what
35 we'll be doing the next week. It's expected you'll have made at least a serious start on that
36 week's homework (due the following day) before the session.
37
38 *   Here is information about [[How to get the programming languages running on your computer|installing]]. If those instructions seem overwhelming, note that it should be possible to do a lot of this course using only demonstration versions of these languages [[that run in your web browser|browser]].
39
40 *   Henceforth, unless we say otherwise, every homework will be "due" by
41 Wednesday morning after the Thursday seminar in which we refer to it.
42 (Usually we'll post the assignment shortly before the seminar, but don't
43 rely on this.) However, for every assignment there will be a "grace
44 period" of one further week for you to continue working on it if you
45 have trouble and aren't able to complete the assignment to your
46 satisfaction by the due date. You shouldn't hesitate to talk to us---or
47 each other!---about the assignments when you do have trouble. We don't
48 mind so much if you come across answers to the assignment when browsing
49 the web, or the Little Schemer book, or anywhere. So long as you can
50 reason yourself through the solutions and experience for yourself the
51 insights they embody.
52
53     We reserve the privilege to ruthlessly require you to
54 explain your solutions in conversations at any point, in section or in
55 class.
56
57     You should always *aim* to complete the assignments by the "due" date,
58 as this will fit best with the progress of the seminar.
59
60     The assignments will tend to be quite challenging. Again, you should by
61 all means talk amongst yourselves, and to us, about strategies and
62 questions that come up when working through them.
63
64     We will not always be able to predict accurately which problems are
65 easy and which are hard.  If we misjudge, and choose a problem that is
66 too hard for you to complete to your own satisfaction, it is still
67 very much worthwhile (and very much appreciated) if you would explain
68 what is difficult, what you tried, why what you tried didn't work, and
69 what you think you need in order to solve the problem.
70
71
72
73
74 (**Week 1**) Thursday 29 Jan 2015
75
76 > Topics:
77 [[Order in programming languages and natural language|topics/week1 order]];
78 [[Introduction to functional programming|topics/week1]];
79 [[Homework|exercises/assignment1]];
80 [[Advanced notes|topics/week1 advanced notes]]
81
82 (**Intermezzo**)
83 > Help on [[learning Scheme]], [[OCaml|learning OCaml]], and [[Haskell|learning Haskell]];
84 The [[differences between our made-up language and Scheme, OCaml, and Haskell|rosetta1]] (in progress);
85 [[What do words like "interpreter" and "compiler" mean?|ecosystem]] (in progress)
86
87 <!--
88 [[Lambda Evaluator]]: Usable in your browser. It can help you check whether your answer to some of the homework questions works correctly. There is also now a [library](/lambda_library) of lambda-calculus arithmetical and list operations, some relatively advanced.
89
90 We've added a [[Monad Library]] for OCaml.
91 We've posted a [[State Monad Tutorial]].
92 -->
93
94
95 ## Course Overview ##
96
97 The overarching goal of this seminar is to introduce concepts and techniques from
98 theoretical computer science and show how they can provide insight
99 into established philosophical and linguistic problems.
100
101 This is not a seminar about any particular technology or software.
102 Rather, it's about a variety of conceptual/logical ideas that have been
103 developed in computer science and that linguists and philosophers ought to
104 know, or may already be unknowingly trying to reinvent.
105
106 Philosphers and linguists tend to reuse the same familiar tools in
107 ever more (sometime spectacularly) creative ways.  But when your only
108 hammer is classical logic, every problem looks like modus ponens.  In
109 contrast, computer scientists have invested considerable ingenuity in
110 studying the design of their conceptual tools (among other things), and they've made much progress that we can benefit from.
111
112 "Why shouldn't I reinvent some idea X for myself? It's intellectually
113 rewarding!" Yes it is, but it also takes time you might have better
114 spent elsewhere. After all, you can get anywhere you want to go by walking, but you can
115 accomplish more with a combination of walking and strategic subway
116 rides.
117
118 More importantly, the idiosyncrasies of your particular
119 implementation may obscure what's fundamental to the idea you're
120 working with. Your implementation may be buggy in corner cases you
121 didn't think of; it may be incomplete and not trivial to generalize; its
122 connection to existing literature and neighboring issues may go
123 unnoticed. For all these reasons you're better off understanding the
124 state of the art.
125
126 The theoretical tools we'll be introducing aren't part of the diet of most
127 everyday programmers, but they are prominent in academic computer science,
128 especially in the fields of functional programming and type theory.
129
130 Of necessity, this course will lay a lot of logical groundwork. But throughout
131 we'll be aiming to mix that groundwork with real cases
132 in our home subjects where these tools can (or already do, covertly) play central roles.
133
134 Our aim for the
135 course is to enable you to make these tools your own; to have enough
136 understanding of them to recognize them in use, use them yourself at least
137 in simple ways, and to be able to read more about them when appropriate.
138
139 "Computer Science is no more about computers than astronomy is about telescopes." -- [E. W. Dijkstra](https://en.wikipedia.org/wiki/Edsger_W._Dijkstra) <small>(or Hal Abelson, or Michael Fellows; the quote's <a href="https://en.wikiquote.org/wiki/Computer_science">origins are murky</a>)</small>
140
141
142 [[More about the topics and larger themes of the course|overview]]
143
144
145 ## Who Can Participate? ##
146
147 The course will not presume previous experience with programming.  We
148 will, however, discuss concepts embodied in specific programming
149 languages, and we will encourage experimentation with running,
150 modifying, and writing computer programs.
151
152 The course will not presume lots of mathematical or logical background, either.
153 However, it will demand a certain amount of comfort working with such material; as a result,
154 it will not be especially well-suited to be a first graduate-level course
155 in formal semantics or philosophy of language. If you have concerns about your
156 background, come discuss them with us.
157
158 If you hope to have the class satisfy the logic requirement for Philosophy PhD students, this needs to be discussed with us and approved in advance. If this would be
159 your first or only serious
160 engagement with graduate-level formal work you should consider
161 carefully, and must discuss with us, (1) whether you'll be adequately
162 prepared for this course, and (2) whether you'd be better served by
163 taking a logic course
164 with a more canonical syllabus.
165 This term you could take PHIL-GA 1003, [Logic for Philosophers](http://jdh.hamkins.org), offered by Joel Hamkins on Wednesdays 12-2.
166
167 Faculty and students from outside of NYU Linguistics and Philosophy are welcome
168 to audit, to the extent that this coheres well with the needs of our local
169 students.
170
171
172 ## Recommended Software ##
173
174 During the course, we'll be encouraging you to try out various things in Scheme
175 and OCaml. Occasionally we will also make remarks about Haskell. All three of these
176 are prominent *functional programming languages*. The term "functional" here means they have
177 a special concern with functions, not just that they aren't broken. But what precisely is
178 meant by "functional" is somewhat fuzzy and even its various precisifications take some
179 time to explain. We'll get clearer on this during the course. Another term used roughly the same as "functional"
180 is "declarative." At a first pass, "functional" or "declarative" programming is primarily focused on complex
181 expressions that get computationally evaluated to some (usually simpler) result. In class I gave the examples
182 of `1+2` (which gets evaluated in arithmetic to `3`), `1+2 < 5` (which gets evaluated in arithmetic to a truth-value), and `1`
183 (which gets evaluated in arithmetic to `1`). Also Google search strings, which get evaluated by Google servers to a
184 list of links.
185
186 The dominant contrasting class of programming languages (the great majority of what's used
187 in industry) are called "imperatival" languages, meaning they have more to do with following a sequence of commands (generating what we
188 called in class "side-effects", though sometimes what they're *alongside* is not that interesting, and all the focus is instead
189 on the effects). Programming languages like C and Python and JavaScript and so on are predominantly of this sort.
190
191 In truth, nothing that gets marketed as a "programming language" is really completely 100% functional/declarative, and even the
192 languages I called "imperatival" will have some "functional" *fragments* (they evaluate `1+2` to `3`, also). So these labels aren't
193 strictly exclusive. The labels are better thought of as concerning different
194 *styles* or *idioms* of programming. Languages like Scheme and OCaml and especially Haskell get called "functional languages" because
195 of the extent to which they emphasize, and are designed around those idioms. Languages like Python and JavaScript are sometimes themselves
196 described as "more functional" than other languages, like C.
197
198 In any case, here is
199 <a name=installing></a>
200 [[How to get the programming languages running on your computer|installing]].
201 And here is some more context for the three languages we will be focusing on:
202
203 *   **Scheme** is one of two or three major dialects of *Lisp*, which is a large family
204 of programming languages. Scheme
205 is the more clean and minimalist dialect of Lisp, and is what's mostly used in
206 academic circles.
207 Scheme itself has umpteen different "implementations", which share most of
208 their fundamentals, but have slightly different extensions and interact with
209 the operating system differently. One major implementation is called Racket,
210 and that is what we recommend you use. If you're already using or comfortable with
211 another Scheme implementation, though, there's no compelling reason to switch.
212
213     Another good Scheme implementation is Chicken. For our purposes, this is in some
214 respects superior to Racket, and in other respects inferior. <!--
215 Racket doesn't have R7RS-small, and won't anytime soon. :-(
216 Also Chicken's library collection seems stronger, or at least better organized and maintained.
217 Other R7RS-friendly: [Gauche](http://practical-scheme.net/gauche), [Chibi](https://code.google.com/p/chibi-scheme).
218 -->
219
220     Racket and Chicken stand to Scheme in something like the relation Firefox stands to HTML.
221
222     (Wikipedia on
223 [Lisp](http://en.wikipedia.org/wiki/Lisp_%28programming_language%29),
224 [Scheme](http://en.wikipedia.org/wiki/Scheme_%28programming_language%29),
225 [Racket](http://en.wikipedia.org/wiki/Racket_%28programming_language%29), and
226 [Chicken](http://en.wikipedia.org/wiki/CHICKEN_%28Scheme_implementation%29).)  
227     (Help on [[Learning Scheme]])
228
229 *   **Caml** is one of two major dialects of *ML*, which is another large
230 family of programming languages. Caml has only one active "implementation",
231 OCaml, developed by the INRIA academic group in France. Sometimes we may refer to Caml or ML
232 more generally; but you can assume that what we're talking about always works more
233 specifically in OCaml.
234
235     (Wikipedia on
236 [ML](http://en.wikipedia.org/wiki/ML_%28programming_language%29),
237 [Caml](http://en.wikipedia.org/wiki/Caml), and
238 [OCaml](http://en.wikipedia.org/wiki/OCaml).)  
239     (Help on [[Learning OCaml]])
240
241
242 *   **Haskell** is also used a
243 lot in the academic contexts we'll be working through. Its surface syntax
244 differs from Caml, and there are various important things one can do in
245 each of Haskell and Caml that one can't (or can't as easily) do in the
246 other. But these languages also have *a lot* in common, and if you're
247 familiar with one of them, it's generally not hard to move between it and the
248 other.
249
250     Like Scheme, Haskell has a couple of different implementations. The
251 dominant one, and the one we recommend you install, is called GHC, short
252 for "Glasgow Haskell Compiler".
253
254     (Wikipedia on
255 [Haskell](http://en.wikipedia.org/wiki/Haskell_%28programming_language%29) and
256 [GHC](https://en.wikipedia.org/wiki/Glasgow_Haskell_Compiler).)  
257     (Help on [[Learning Haskell]])
258
259 <!--
260 [Helium](https://www.haskell.org/pipermail/haskell/2003-January/011071.html) is a simplified Haskell for teaching (no typeclasses)
261 -->
262
263
264
265 ## Recommended Books ##
266
267 It's not *mandatory* to purchase these for the class. But they are good ways to get a more thorough and solid understanding of some of the more basic conceptual tools we'll be using. We especially recommend the first three of them.
268
269 *   *An Introduction to Lambda Calculi for Computer Scientists*, by Chris
270 Hankin, currently $18 paperback on
271 [Amazon](http://www.amazon.com/dp/0954300653).
272
273 *   *The Little Schemer, Fourth Edition*, by Daniel P. Friedman and Matthias
274 Felleisen, currently $29 paperback on [Amazon](http://www.amazon.com/exec/obidos/ASIN/0262560992).
275 This is a classic text introducing the gentle art of programming, using the
276 functional programming language Scheme. Many people love this book, but it has
277 an unusual dialog format that is not to everybody's taste. **Of particular
278 interest for this course** is the explanation of the Y combinator, available as
279 a free sample chapter [at the MIT Press web page for the
280 book](http://www.ccs.neu.edu/home/matthias/BTLS/).
281
282 *   *The Seasoned Schemer*, also by Daniel P. Friedman and Matthias Felleisen, currently $29 paperback
283 on [Amazon](http://www.amazon.com/Seasoned-Schemer-Daniel-P-Friedman/dp/026256100X). This is a sequel to The Little Schemer, and it focuses on mutation and continuations in Scheme. We will be covering those topics in the second half of the course.
284
285 *   *The Little MLer*, by Matthias Felleisen and Daniel P. Friedman, currently $31 paperback / $29 kindle
286 on [Amazon](http://www.amazon.com/Little-MLer-Matthias-Felleisen/dp/026256114X).
287 This covers much of the same introductory ground as The Little Schemer, but
288 this time in a dialect of ML. It doesn't use OCaml, the dialect we'll be working with, but instead another dialect of ML called SML. The syntactic differences between these languages is slight.
289 ([Here's a translation manual between them](http://www.mpi-sws.org/~rossberg/sml-vs-ocaml.html).)
290 Still, that does add an extra layer of interpretation, and you might as well
291 just use The Little Schemer instead. Those of you who are already more
292 comfortable with OCaml (or with Haskell) than with Scheme might consider
293 working through this book instead of The Little Schemer. For the rest of you,
294 or those of you who *want* practice with Scheme, go with The Little Schemer.
295
296 *   *The Haskell Road to Logic, Math and Programming*, by Kees Doets and Jan van Eijck, currently $22 on [Amazon](http://www.amazon.com/dp/0954300696) is a textbook teaching the parts of math and logic we cover in the first few weeks of Logic for Philosophers. (Notions like validity, proof theory for predicate logic, sets, sequences, relations, functions, inductive proofs and recursive definitions, and so on.) The math here should be accessible and familiar to all of you. What is novel about this book is that it integrates the exposition of these notions with a training in (part of) Haskell. It only covers the rudiments of Haskell's type system, and doesn't cover monads; but if you wanted to review this material and become comfortable with core pieces of Haskell in the process, this could be a good read.
297 (The book also seems to be available online [here](http://fldit-www.cs.uni-dortmund.de/~peter/PS07/HR.pdf).)
298
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300 The rest of these are a bit more advanced, and are also looser suggestions:
301
302 *   *Computational Semantics with Functional Programming*, by Jan van Eijck and Christina Unger, currently $42 on [Amazon](http://www.amazon.com/dp/0521757606). We own this but haven't read it yet. It *looks* like it's doing the same kind of thing this seminar aims to do: exploring how natural language meanings can be understood to be "computed". The text uses Haskell, and is aimed at linguists and philosophers as well as computer scientists. Definitely worth a look.
303 <!--
304 It deals with both denotational meaning (where meaning
305 comes from knowing the conditions of truth in situations), and
306 operational meaning (where meaning is an instruction for performing
307 cognitive action).
308 -->
309
310 *   Another good book covering the same ground as the Hankin book, but
311 more thoroughly, and in a more mathematical style, is *Lambda-Calculus and Combinators:
312 an Introduction*, by J. Roger Hindley and Jonathan P. Seldin, currently $74 hardback / $65 kindle on [Amazon](http://www.amazon.com/dp/0521898854).
313 This book is substantial; and although it doesn't presuppose any specific
314 mathematical background knowledge, it will be a good choice only if you're
315 already comfortable reading advanced math textbooks.
316 If you choose to read both the Hankin book and this book, you'll notice the authors made some different
317 terminological/notational choices. At first, this makes comprehension slightly slower,
318 but in the long run it's helpful because it makes the arbitrariness of those choices more salient.
319
320
321 *   Another good book, covering a bit of the same ground as the Hankin and the Hindley &amp; Seldin, but focusing especially on typed lambda calculi, is *Types and Programming Languages*, by Benjamin Pierce, currently $77 hardback / $68 kindle on [Amazon](http://www.amazon.com/dp/0262162091). This book has many examples in OCaml. It seems to be the standard textbook for CS students learning type theory.
322
323 *   The next two books focus on the formal semantics of typed programming languages, both in the "denotational" form that most closely corresponds to what we mean by semantics, and in the "operational" form very often used in CS. These are: *The Formal Semantics of Programming Languages*, by Glynn Winskel, currently $38 on [Amazon](http://www.amazon.com/dp/0262731037), and *Semantics of Programming Languages*, by Carl Gunter, currently $41 on [Amazon](http://www.amazon.com/dp/0262071436).
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