moved applications to separate page
[lambda.git] / week1.mdwn
1 Here's what we did in seminar on Monday 9/13,
2
3 Sometimes these notes will expand on things mentioned only briefly in class, or discuss useful tangents that didn't even make it into class. This present page expands on *a lot*, and some of this material will be reviewed next week.
4
5 [Linguistic and Philosophical Applications of the Tools We'll be Studying](/applications)
6 ==========================================================================
7
8 [Explanation of the "Damn" example shown in class](/damn)
9
10 Basics of Lambda Calculus
11 =========================
12
13 See also:
14
15 *       [Chris Barker's Lambda Tutorial](http://homepages.nyu.edu/~cb125/Lambda)
16 *       [Lambda Animator](http://thyer.name/lambda-animator/)
17
18
19 The lambda calculus we'll be focusing on for the first part of the course has no types. (Some prefer to say it instead has a single type---but if you say that, you have to say that functions from this type to this type also belong to this type. Which is weird.)
20
21 Here is its syntax:
22
23 <blockquote>
24 <strong>Variables</strong>: <code>x</code>, <code>y</code>, <code>z</code>...
25 </blockquote>
26
27 Each variable is an expression. For any expressions M and N and variable a, the following are also expressions:
28
29 <blockquote>
30 <strong>Abstract</strong>: <code>(&lambda;a M)</code>
31 </blockquote>
32
33 We'll tend to write <code>(&lambda;a M)</code> as just `(\a M)`, so we don't have to write out the markup code for the <code>&lambda;</code>. You can yourself write <code>(&lambda;a M)</code> or `(\a M)` or `(lambda a M)`.
34
35 <blockquote>
36 <strong>Application</strong>: <code>(M N)</code>
37 </blockquote>
38
39 Some authors reserve the term "term" for just variables and abstracts. We'll probably just say "term" and "expression" indiscriminately for expressions of any of these three forms.
40
41 Examples of expressions:
42
43         x
44         (y x)
45         (x x)
46         (\x y)
47         (\x x)
48         (\x (\y x))
49         (x (\x x))
50         ((\x (x x)) (\x (x x)))
51
52 The lambda calculus has an associated proof theory. For now, we can regard the
53 proof theory as having just one rule, called the rule of **beta-reduction** or
54 "beta-contraction". Suppose you have some expression of the form:
55
56         ((\a M) N)
57
58 that is, an application of an abstract to some other expression. This compound form is called a **redex**, meaning it's a "beta-reducible expression." `(\a M)` is called the **head** of the redex; `N` is called the **argument**, and `M` is called the **body**.
59
60 The rule of beta-reduction permits a transition from that expression to the following:
61
62         M [a:=N]
63
64 What this means is just `M`, with any *free occurrences* inside `M` of the variable `a` replaced with the term `N`.
65
66 What is a free occurrence?
67
68 >       An occurrence of a variable `a` is **bound** in T if T has the form `(\a N)`.
69
70 >       If T has the form `(M N)`, any occurrences of `a` that are bound in `M` are also bound in T, and so too any occurrences of `a` that are bound in `N`.
71
72 >       An occurrence of a variable is **free** if it's not bound.
73
74 For instance:
75
76
77 >       T is defined to be `(x (\x (\y (x (y z)))))`
78
79 The first occurrence of `x` in T is free.  The `\x` we won't regard as being an occurrence of `x`. The next occurrence of `x` occurs within a form that begins with `\x`, so it is bound as well. The occurrence of `y` is bound; and the occurrence of `z` is free.
80
81 Here's an example of beta-reduction:
82
83         ((\x (y x)) z)
84
85 beta-reduces to:
86
87         (y z)
88
89 We'll write that like this:
90
91         ((\x (y x)) z) ~~> (y z)
92
93 Different authors use different notations. Some authors use the term "contraction" for a single reduction step, and reserve the term "reduction" for the reflexive transitive closure of that, that is, for zero or more reduction steps. Informally, it seems easiest to us to say "reduction" for one or more reduction steps. So when we write:
94
95         M ~~> N
96
97 We'll mean that you can get from M to N by one or more reduction steps. Hankin uses the symbol <code><big><big>&rarr;</big></big></code> for one-step contraction, and the symbol <code><big><big>&#8608;</big></big></code> for zero-or-more step reduction. Hindley and Seldin use <code><big><big><big>&#8883;</big></big></big><sub>1</sub></code> and <code><big><big><big>&#8883;</big></big></big></code>.
98
99 When M and N are such that there's some P that M reduces to by zero or more steps, and that N also reduces to by zero or more steps, then we say that M and N are **beta-convertible**. We'll write that like this:
100
101         M <~~> N
102
103 This is what plays the role of equality in the lambda calculus. Hankin uses the symbol `=` for this. So too do Hindley and Seldin. Personally, I keep confusing that with the relation to be described next, so let's use this notation instead. Note that `M <~~> N` doesn't mean that each of `M` and `N` are reducible to each other; that only holds when `M` and `N` are the same expression. (Or, with our convention of only saying "reducible" for one or more reduction steps, it never holds.)
104
105 In the metatheory, it's also sometimes useful to talk about formulas that are syntactically equivalent *before any reductions take place*. Hankin uses the symbol <code>&equiv;</code> for this. So too do Hindley and Seldin. We'll use that too, and will avoid using `=` when discussing metatheory for the lambda calculus. Instead we'll use `<~~>` as we said above. When we want to introduce a stipulative definition, we'll write it out longhand, as in:
106
107 >       T is defined to be `(M N)`.
108
109 We'll regard the following two expressions:
110
111         (\x (x y))
112
113         (\z (z y))
114
115 as syntactically equivalent, since they only involve a typographic change of a bound variable. Read Hankin section 2.3 for discussion of different attitudes one can take about this.
116
117 Note that neither of those expressions are identical to:
118
119         (\x (x w))
120
121 because here it's a free variable that's been changed. Nor are they identical to:
122
123         (\y (y y))
124
125 because here the second occurrence of `y` is no longer free.
126
127 There is plenty of discussion of this, and the fine points of how substitution works, in Hankin and in various of the tutorials we've linked to about the lambda calculus. We expect you have a good intuitive understanding of what to do already, though, even if you're not able to articulate it rigorously.
128
129
130 Shorthand
131 ---------
132
133 The grammar we gave for the lambda calculus leads to some verbosity. There are several informal conventions in widespread use, which enable the language to be written more compactly. (If you like, you could instead articulate a formal grammar which incorporates these additional conventions. Instead of showing it to you, we'll leave it as an exercise for those so inclined.)
134
135
136 **Parentheses** Outermost parentheses around applications can be dropped. Moreover, applications will associate to the left, so `M N P` will be understood as `((M N) P)`. Finally, you can drop parentheses around abstracts, but not when they're part of an application. So you can abbreviate:
137
138         (\x (x y))
139
140 as:
141
142         \x (x y)
143
144 but you should include the parentheses in:
145
146         (\x (x y)) z
147
148 and:
149
150         z (\x (x y))
151
152
153 **Dot notation** Dot means "put a left paren here, and put the right
154 paren as far the right as possible without creating unbalanced
155 parentheses". So:
156
157         \x (\y (x y))
158
159 can be abbreviated as:
160
161         \x (\y. x y)
162
163 and that as:
164
165         \x. \y. x y
166
167 This:
168
169         \x. \y. (x y) x
170
171 abbreviates:
172
173         \x (\y ((x y) x))
174
175 This on the other hand:
176
177         (\x. \y. (x y)) x
178
179 abbreviates:
180
181         ((\x (\y (x y))) x)
182
183
184 **Merging lambdas** An expression of the form `(\x (\y M))`, or equivalently, `(\x. \y. M)`, can be abbreviated as:
185
186         (\x y. M)
187
188 Similarly, `(\x (\y (\z M)))` can be abbreviated as:
189
190         (\x y z. M)
191
192
193 Lambda terms represent functions
194 --------------------------------
195
196 All (recursively computable) functions can be represented by lambda
197 terms (the untyped lambda calculus is Turing complete). For some lambda terms, it is easy to see what function they represent:
198
199 >       `(\x x)` represents the identity function: given any argument `M`, this function
200 simply returns `M`: `((\x x) M) ~~> M`.
201
202 >       `(\x (x x))` duplicates its argument:
203 `((\x (x x)) M) ~~> (M M)`
204
205 >       `(\x (\y x))` throws away its second argument:
206 `(((\x (\y x)) M) N) ~~> M`
207
208 and so on.
209
210 It is easy to see that distinct lambda expressions can represent the same
211 function, considered as a mapping from input to outputs. Obviously:
212
213         (\x x)
214
215 and:
216
217         (\z z)
218
219 both represent the same function, the identity function. However, we said above that we would be regarding these expressions as synactically equivalent, so they aren't yet really examples of *distinct* lambda expressions representing a single function. However, all three of these are distinct lambda expressions:
220
221         (\y x. y x) (\z z)
222
223         (\x. (\z z) x)
224
225         (\z z)
226
227 yet when applied to any argument M, all of these will always return M. So they have the same extension. It's also true, though you may not yet be in a position to see, that no other function can differentiate between them when they're supplied as an argument to it. However, these expressions are all syntactically distinct.
228
229 The first two expressions are *convertible*: in particular the first reduces to the second. So they can be regarded as proof-theoretically equivalent even though they're not syntactically identical. However, the proof theory we've given so far doesn't permit you to reduce the second expression to the third. So these lambda expressions are non-equivalent.
230
231 There's an extension of the proof-theory we've presented so far which does permit this further move. And in that extended proof theory, all computable functions with the same extension do turn out to be equivalent (convertible). However, at that point, we still won't be working with the traditional mathematical notion of a function as a set of ordered pairs. One reason is that the latter but not the former permits uncomputable functions. A second reason is that the latter but not the former prohibits functions from applying to themselves. We discussed this some at the end of Monday's meeting (and further discussion is best pursued in person).
232
233
234
235 Booleans and pairs
236 ==================
237
238 Our definition of these is reviewed in [[Assignment1]].
239
240
241 It's possible to do the assignment without using a Scheme interpreter, however
242 you should take this opportunity to [get Scheme installed on your
243 computer](/how_to_get_the_programming_languages_running_on_your_computer), and
244 [get started learning Scheme](/learning_scheme). It will help you test out
245 proposed answers to the assignment.
246
247
248 There's also a (slow, bare-bones, but perfectly adequate) version of Scheme available for online use at <http://tryscheme.sourceforge.net/>.
249
250
251
252 Declarative/functional vs Imperatival/dynamic models of computation
253 ===================================================================
254
255 Many of you, like us, will have grown up thinking the paradigm of computation is a sequence of changes. Let go of that. It will take some care to separate the operative notion of "sequencing" here from other notions close to it, but once that's done, you'll see that languages that have no significant notions of sequencing or changes are Turing complete: they can perform any computation we know how to describe. In itself, that only puts them on equal footing with more mainstream, imperatival programming languages like C and Java and Python, which are also Turing complete. But further, the languages we want you to become familiar with can reasonably be understood to be more fundamental. They embody the elemental building blocks that computer scientists use when reasoning about and designing other languages.
256
257 Jim offered the metaphor: think of imperatival languages, which include "mutation" and "side-effects" (we'll flesh out these keywords as we proceeed), as the p&acirc;t&eacute; of computation. We want to teach you about the meat and potatoes, where as it turns out there is no sequencing and no changes. There's just the evaluation or simplification of complex expressions.
258
259 Now, when you ask the Scheme interpreter to simplify an expression for you, that's a kind of dynamic interaction between you and the interpreter. You may wonder then why these languages should not also be understood imperatively. The difference is that in a purely declarative or functional language, there are no dynamic effects in the language itself. It's just a static semantic fact about the language that one expression reduces to another. You may have verified that fact through your dynamic interactions with the Scheme interpreter, but that's different from saying that there are dynamic effects in the language itself.
260
261 What the latter would amount to will become clearer as we build our way up to languages which are genuinely imperatival or dynamic.
262
263 Many of the slogans and keywords we'll encounter in discussions of these issues call for careful interpretation. They mean various different things.
264
265 For example, you'll encounter the claim that declarative languages are distinguished by their **referential transparency.** What's meant by this is not always exactly the same, and as a cluster, it's related to but not the same as this means for philosophers and linguists.
266
267 The notion of **function** that we'll be working with will be one that, by default, sometimes counts as non-identical functions that map all their inputs to the very same outputs. For example, two functions from jumbled decks of cards to sorted decks of cards may use different algorithms and hence be different functions.
268
269 It's possible to enhance the lambda calculus so that functions do get identified when they map all the same inputs to the same outputs. This is called making the calculus **extensional**. Church called languages which didn't do this **intensional**. If you try to understand that kind of "intensionality" in terms of functions from worlds to extensions (an idea also associated with Church), you may hurt yourself. So too if you try to understand it in terms of mental stereotypes, another notion sometimes designated by "intension."
270
271 It's often said that dynamic systems are distinguished because they are the ones in which **order matters**. However, there are many ways in which order can matter. If we have a trivalent boolean system, for example---easily had in a purely functional calculus---we might choose to give a truth-table like this for "and":
272
273         true and true   = true
274         true and *      = *
275         true and false  = false
276         * and true      = *
277         * and *         = *
278         * and false     = *
279         false and true  = false
280         false and *     = false
281         false and false = false
282
283 And then we'd notice that `* and false` has a different intepretation than `false and *`. (The same phenomenon is already present with the material conditional in bivalent logics; but seeing that a non-symmetric semantics for `and` is available even for functional languages is instructive.)
284
285 Another way in which order can matter that's present even in functional languages is that the interpretation of some complex expressions can depend on the order in which sub-expressions are evaluated. Evaluated in one order, the computations might never terminate (and so semantically we interpret them as having "the bottom value"---we'll discuss this). Evaluated in another order, they might have a perfectly mundane value. Here's an example, though we'll reserve discussion of it until later:
286
287         (\x. y) ((\x. x x) (\x. x x))
288
289 Again, these facts are all part of the metatheory of purely functional languages. But *there is* a different sense of "order matters" such that it's only in imperatival languages that order so matters.
290
291         x := 2
292         x := x + 1
293         x == 3
294
295 Here the comparison in the last line will evaluate to true.
296
297         x := x + 1
298         x := 2
299         x == 3
300
301 Here the comparison in the last line will evaluate to false.
302
303 One of our goals for this course is to get you to understand *what is* that new
304 sense such that only so matters in imperatival languages.
305
306 Finally, you'll see the term **dynamic** used in a variety of ways in the literature for this course:
307
308 *       dynamic versus static typing
309
310 *       dynamic versus lexical scoping
311
312 *       dynamic versus static control operators
313
314 *       finally, we're used ourselves to talking about dynamic versus static semantics
315
316 For the most part, these uses are only loosely connected to each other. We'll tend to use "imperatival" to describe the kinds of semantic properties made available in dynamic semantics, languages which have robust notions of sequencing changes, and so on.
317
318 Map
319 ===
320
321 <table>
322 <tr>
323 <td width=30%>Scheme (functional part)</td>
324 <td width=30%>OCaml (functional part)</td>
325 <td width=30%>C, Java, Pasval<br>
326 Scheme (imperative part)<br>
327 OCaml (imperative part)</td>
328 <tr>
329 <td width=30%>lambda calculus<br>
330 combinatorial logic</td>
331 <tr>
332 <td colspan=3 align=center>--------------------------------------------------- Turing complete ---------------------------------------------------</td>
333 <tr>
334 <td width=30%>&nbsp;
335 <td width=30%>more advanced type systems, such as polymorphic types
336 <td width=30%>&nbsp;
337 <tr>
338 <td width=30%>&nbsp;
339 <td width=30%>simply-typed lambda calculus (what linguists mostly use)
340 <td width=30%>&nbsp;
341 </table>
342
343
344 Rosetta Stone
345 =============
346
347 Here's how it looks to say the same thing in various of these languages.
348
349 The following site may be useful; it lets you run a Scheme interpreter inside your web browser:
350
351 *       [Try Scheme in your web browser](http://tryscheme.sourceforge.net/)
352
353
354 1.      Binding suitable values to the variables `three` and `two`, and adding them.
355
356         In Scheme:
357
358                 (let* ((three 3))
359                           (let ((two 2))
360                                    (+ three two)))
361
362         In OCaml:
363
364                 let three = 3 in
365                         let two = 2 in
366                                 three + two
367
368         Notice OCaml lets you write the `+` in between the `three` and `two`, as you're accustomed to. However most functions need to come leftmost, even if they're binary. And you can do this with `+` too, if you enclose it in parentheses so that the OCaml parser doesn't get confused by your syntax:
369
370                 let three = 3 in
371                         let two = 2 in
372                                 ( + ) three two
373
374         In the lambda calculus: here we're on our own, we don't have predefined constants like `+` and `3` and `2` to work with. We've got to build up everything from scratch. We'll be seeing how to do that over the next weeks.
375
376         But supposing you had constructed appropriate values for `+` and `3` and `2`, you'd place them in the ellided positions in:
377
378                 (((\three (\two ((... three) two))) ...) ...)
379         
380         In an ordinary imperatival language like C:
381
382                 int three = 3;
383                 int two = 2;
384                 three + two;
385
386 2.      Mutation
387
388         In C this looks almost the same as what we had before:
389
390                 int x = 3;
391                 x = 2;
392
393         Here we first initialize `x` to hold the value 3; then we mutate `x` to hold a new value.
394
395         In (the imperatival part of) Scheme, this could be done as:
396
397                 (let ((x (box 3)))
398                          (set-box! x 2))
399
400         In general, mutating operations in Scheme are named with a trailing `!`. There are other imperatival constructions, though, like `(print ...)`, that don't follow that convention.
401
402         In (the imperatival part of) OCaml, this could be done as:
403
404                 let x = ref 3 in
405                         x := 2
406
407         Of course you don't need to remember any of this syntax. We're just illustrating it so that you see that in Scheme and OCaml it looks somewhat different than we had above. The difference is much more obvious than it is in C.
408
409         In the lambda calculus: sorry, you can't do mutation. At least, not natively. Later in the term we'll be learning how in fact, really, you can embed mutation inside the lambda calculus even though the lambda calculus has no primitive facilities for mutation.
410
411
412
413
414
415 3.      Anonymous functions
416
417         Functions are "first-class values" in the lambda calculus, in Scheme, and in OCaml. What that means is that they can be arguments to other functions. They can be the results of the application of other functions to some arguments. They can be stored in data structures. And so on.
418
419         First, we'll show what "anonymous" functions look like. These are functions that have not been bound as values to any variables. That is, there are no variables whose value they are.
420
421         In the lambda calculus:
422
423                 (\x M)
424
425         is always anonymous! Here `M` stands for any expression of the language, simple or complex. It's only when you do
426
427                 ((\y N) (\x M))
428
429         that `(\x M)` has a "name" (it's named `y` during the evaluation of `N`).
430
431         In Scheme, the same thing is written:
432
433                 (lambda (x) M)
434
435         Not very different, right? For example, if `M` stands for `(+ 3 x)`, then this is an anonymous function that adds 3 to whatever argument it's given:
436
437                 (lambda (x) (+ 3 x))
438
439         Scheme uses a lot of parentheses, and they are always significant, never optional. In `(+ 3 x)` the parentheses mean "apply the function `+` to the arguments `3` and `x`. In `(lambda (x) ...)` the parentheses have a different meaning: they mark where the anonymous function you're defining begins and ends, and so on. As you'll see, parentheses have yet further roles in Scheme. I know it's confusing.
440
441         In OCaml, we write our anonymous function like this:
442
443                 fun x -> (3 + x)
444
445         or:
446
447                 fun x -> (( + ) 3 x)
448
449         In OCaml, parentheses only serve a grouping function and they often can be omitted. Or more could be added. For instance, we could equally well say:
450
451                 fun x -> ( + ) 3 x
452
453         or:
454
455                 (fun x -> (( + ) (3) (x)))
456
457         As we saw above, parentheses can often be omitted in the lambda calculus too. But not in Scheme. Every parentheses has a specific role.
458
459 4.      Supplying an argument to an anonymous function
460
461         Just because the functions we built aren't named doesn't mean we can't do anything with them. We can give them arguments. For example, in Scheme we can say:
462
463                 ((lambda (x) (+ 3 x)) 2)
464
465         The outermost parentheses here mean "apply the function `(lambda (x) (+ 3 x))` to the argument `2`.
466
467         In OCaml:
468
469                 (fun x -> ( + ) 3 x) 2
470
471
472 5.      Binding variables to values with "let"
473
474         Let's go back and re-consider this Scheme expression:
475
476                 (let* ((three 3))
477                           (let ((two 2))
478                                    (+ three two)))
479
480         Scheme also has a simple `let` (without the ` *`), and it permits you to group several variable bindings together in a single `let`- or `let*`-statement, like this:
481
482                 (let* ((three 3) (two 2))
483                           (+ three two))
484
485         Often you'll get the same results whether you use `let*` or `let`. However, there are cases where it makes a difference, and in those cases, `let*` behaves more like you'd expect. So you should just get into the habit of consistently using that. It's also good discipline for this seminar, especially while you're learning, to write things out the longer way, like this:
486
487                 (let* ((three 3))
488                           (let ((two 2))
489                                    (+ three two)))
490
491         However, here you've got the double parentheses in `(let* ((three 3)) ...)`. They're doubled because the syntax permits more assignments than just the assignment of the value `3` to the variable `three`. Myself I tend to use `[` and `]` for the outer of these parentheses: `(let* [(three 3)] ...)`. Scheme can be configured to parse `[...]` as if they're just more `(...)`.
492
493         Someone asked in seminar if the `3` could be replaced by a more complex expression. The answer is "yes". You could also write:
494
495                 (let* [(three (+ 1 2))]
496                           (let [(two 2)]
497                                    (+ three two)))
498         
499         The question also came up whether the `(+ 1 2)` computation would be performed before or after it was bound to the variable `three`. That's a terrific question. Let's say this: both strategies could be reasonable designs for a language. We are going to discuss this carefully in coming weeks. In fact Scheme and OCaml make the same design choice. But you should think of the underlying form of the `let`-statement as not settling this by itself.
500
501         Repeating our starting point for reference:
502
503                 (let* [(three 3)]
504                           (let [(two 2)]
505                                    (+ three two)))
506
507         Recall in OCaml this same computation was written:
508
509                 let three = 3 in
510                         let two = 2 in
511                                 ( + ) three two
512
513 6.      Binding with "let" is the same as supplying an argument to a lambda
514
515         The preceding expression in Scheme is exactly equivalent to:
516
517                 (((lambda (three) (lambda (two) (+ three two))) 3) 2)
518
519         The preceding expression in OCaml is exactly equivalent to:
520
521                 (fun three -> (fun two -> ( + ) three two)) 3 2
522
523         Read this several times until you understand it.
524
525 7.      Functions can also be bound to variables (and hence, cease being "anonymous").
526
527         In Scheme:
528
529                 (let* [(bar (lambda (x) B))] M)
530
531         then wherever `bar` occurs in `M` (and isn't rebound by a more local `let` or `lambda`), it will be interpreted as the function `(lambda (x) B)`.
532
533         Similarly, in OCaml:
534
535                 let bar = fun x -> B in
536                         M
537
538         This in Scheme:
539
540                 (let* [(bar (lambda (x) B))] (bar A))
541
542         as we've said, means the same as:
543
544                 ((lambda (bar) (bar A)) (lambda (x) B))
545
546         which, as we'll see, is equivalent to:
547
548                 ((lambda (x) B) A)
549
550         and that means the same as:
551
552                 (let* [(x A)] B)
553
554         in other words: evaluate `B` with `x` assigned to the value `A`.
555
556         Similarly, this in OCaml:
557
558                 let bar = fun x -> B in
559                         bar A
560
561         is equivalent to:
562
563                 (fun x -> B) A
564
565         and that means the same as:
566
567                 let x = A in
568                         B
569
570 8.      Pushing a "let"-binding from now until the end
571
572         What if you want to do something like this, in Scheme?
573
574                 (let* [(x A)] ... for the rest of the file or interactive session ...)
575
576         or this, in OCaml:
577
578                 let x = A in
579                         ... for the rest of the file or interactive session ...
580
581         Scheme and OCaml have syntactic shorthands for doing this. In Scheme it's written like this:
582
583                 (define x A)
584                 ... rest of the file or interactive session ...
585
586         In OCaml it's written like this:
587
588                 let x = A;;
589                 ... rest of the file or interactive session ...
590
591         It's easy to be lulled into thinking this is a kind of imperative construction. *But it's not!* It's really just a shorthand for the compound `let`-expressions we've already been looking at, taking the maximum syntactically permissible scope. (Compare the "dot" convention in the lambda calculus, discussed above.)
592
593 9.      Some shorthand
594
595         OCaml permits you to abbreviate:
596
597                 let bar = fun x -> B in
598                         M
599
600         as:
601
602                 let bar x = B in
603                         M
604
605         It also permits you to abbreviate:
606
607                 let bar = fun x -> B;;
608
609         as:
610
611                 let bar x = B;;
612
613         Similarly, Scheme permits you to abbreviate:
614
615                 (define bar (lambda (x) B))
616
617         as:
618
619                 (define (bar x) B)
620
621         and this is the form you'll most often see Scheme definitions written in.
622
623         However, conceptually you should think backwards through the abbreviations and equivalences we've just presented.
624
625                 (define (bar x) B)
626
627         just means:
628
629                 (define bar (lambda (x) B))
630
631         which just means:
632
633                 (let* [(bar (lambda (x) B))] ... rest of the file or interactive session ...)
634
635         which just means:
636
637                 (lambda (bar) ... rest of the file or interactive session ...) (lambda (x) B)
638
639         or in other words, interpret the rest of the file or interactive session with `bar` assigned the function `(lambda (x) B)`.
640
641
642 10.     Shadowing
643
644         You can override a binding with a more inner binding to the same variable. For instance the following expression in OCaml:
645
646                 let x = 3 in
647                         let x = 2 in
648                                 x
649
650         will evaluate to 2, not to 3. It's easy to be lulled into thinking this is the same as what happens when we say in C:
651
652                 int x = 3;
653                 x = 2;
654         
655         <em>but it's not the same!</em> In the latter case we have mutation, in the former case we don't. You will learn to recognize the difference as we proceed.
656
657         The OCaml expression just means:
658
659                 (fun x -> ((fun x -> x) 2) 3)
660
661         and there's no more mutation going on there than there is in:
662
663         <pre><code>&forall;x. (F x or &forall;x (not (F x)))
664         </code></pre>
665
666         When a previously-bound variable is rebound in the way we see here, that's called **shadowing**: the outer binding is shadowed during the scope of the inner binding.
667
668
669 Some more comparisons between Scheme and OCaml
670 ----------------------------------------------
671
672 11.     Simple predefined values
673
674         Numbers in Scheme: `2`, `3`  
675         In OCaml: `2`, `3`
676
677         Booleans in Scheme: `#t`, `#f`  
678         In OCaml: `true`, `false`
679
680         The eighth letter in the Latin alphabet, in Scheme: `#\h`  
681         In OCaml: `'h'`
682
683 12.     Compound values
684
685         These are values which are built up out of (zero or more) simple values.
686
687         Ordered pairs in Scheme: `'(2 . 3)`  
688         In OCaml: `(2, 3)`
689
690         Lists in Scheme: `'(2 3)`  
691         In OCaml: `[2; 3]`  
692         We'll be explaining the difference between pairs and lists next week.
693
694         The empty list, in Scheme: `'()`  
695         In OCaml: `[]`
696
697         The string consisting just of the eighth letter of the Latin alphabet, in Scheme: `"h"`  
698         In OCaml: `"h"`
699
700         A longer string, in Scheme: `"horse"`  
701         In OCaml: `"horse"`
702
703         A shorter string, in Scheme: `""`  
704         In OCaml: `""`
705
706 13.     Function application
707
708         Binary functions in OCaml: `foo 2 3`
709         
710         Or: `( + ) 2 3`
711
712         These are the same as: `((foo 2) 3)`. In other words, functions in OCaml are "curried". `foo 2` returns a `2`-fooer, which waits for an argument like `3` and then foos `2` to it. `( + ) 2` returns a `2`-adder, which waits for an argument like `3` and then adds `2` to it.
713
714         In Scheme, on the other hand, there's a difference between `((foo 2) 3)` and `(foo 2 3)`. Scheme distinguishes between unary functions that return unary functions and binary functions. For our seminar purposes, it will be easiest if you confine yourself to unary functions in Scheme as much as possible.
715
716         Additionally, as said above, Scheme is very sensitive to parentheses and whenever you want a function applied to any number of arguments, you need to wrap the function and its arguments in a parentheses.
717
718
719 What "sequencing" is and isn't
720 ------------------------------
721
722 We mentioned before the idea that computation is a sequencing of some changes. I said we'd be discussing (fragments of, and in some cases, entire) languages that have no native notion of change.
723
724 Neither do they have any useful notion of sequencing. But what this would be takes some care to identify.
725
726 First off, the mere concatenation of expressions isn't what we mean by sequencing. Concatenation of expressions is how you build syntactically complex expressions out of simpler ones. The complex expressions often express a computation where a function is applied to one (or more) arguments,
727
728 Second, the kind of rebinding we called "shadowing" doesn't involve any changes or sequencing. All the precedence facts about that kind of rebinding are just consequences of the compound syntactic structures in which it occurs.
729
730 Third, the kinds of bindings we see in:
731
732         (define foo A)
733         (foo 2)
734
735 Or even:
736
737         (define foo A)
738         (define foo B)
739         (foo 2)
740
741 don't involve any changes or sequencing in the sense we're trying to identify. As we said, these programs are just syntactic variants of (single) compound syntactic structures involving `let`s and `lambda`s.
742
743 Since Scheme and OCaml also do permit imperatival constructions, they do have syntax for genuine sequencing. In Scheme it looks like this:
744
745         (begin A B C)
746
747 In OCaml it looks like this:
748
749         begin A; B; C end
750
751 Or this:
752
753         (A; B; C)
754
755 In the presence of imperatival elements, sequencing order is very relevant. For example, these will behave differently:
756
757         (begin (print "under") (print "water"))
758         
759         (begin (print "water") (print "under"))
760
761 And so too these:
762
763         begin x := 3; x := 2; x end
764
765         begin x := 2; x := 3; x end
766
767 However, if A and B are purely functional, non-imperatival expressions, then:
768
769         begin A; B; C end
770
771 just evaluates to C (so long as A and B evaluate to something at all). So:
772
773         begin A; B; C end
774
775 contributes no more to a larger context in which it's embedded than C does. This is the sense in which functional languages have no serious notion of sequencing.
776
777 We'll discuss this more as the seminar proceeds.
778
779
780
781