index 43c3ef5..cc714e9 100644 (file)
@@ -1,19 +1,19 @@
Assignment 5

-Types and OCAML
+Types and OCaml
---------------

0. Recall that the S combinator is given by \x y z. x z (y z).
-   Give two different typings for this function in OCAML.
+   Give two different typings for this function in OCaml.
To get you started, here's one typing for K:

# let k (y:'a) (n:'b) = y;;
-    val k : 'a -> 'b -> 'a = <fun>
+    val k : 'a -> 'b -> 'a = [fun]
# k 1 true;;
- : int = 1

-1. Which of the following expressions is well-typed in OCAML?
+1. Which of the following expressions is well-typed in OCaml?
For those that are, give the type of the expression as a whole.
For those that are not, why not?

@@ -68,11 +68,12 @@ Types and OCAML

let _ = omega () in 2;;

-3. The following expression is an attempt to make explicit the
+3. This problem is to begin thinking about controlling order of evaluation.
+The following expression is an attempt to make explicit the
behavior of `if`-`then`-`else` explored in the previous question.
The idea is to define an `if`-`then`-`else` expression using
-other expression types.  So assume that "yes" is any OCAML expression,
-and "no" is any other OCAML expression (of the same type as "yes"!),
+other expression types.  So assume that "yes" is any OCaml expression,
+and "no" is any other OCaml expression (of the same type as "yes"!),
and that "bool" is any boolean.  Then we can try the following:
"if bool then yes else no" should be equivalent to

@@ -122,7 +123,10 @@ you're allowed to adjust what `b`, `y`, and `n` get assigned to.

[[Hint assignment 5 problem 3]]

-4. Baby monads.  Read the lecture notes for week 6, then write a
+-----------
+
+   Read the lecture notes for week 6, then write a
function `lift` that generalized the correspondence between + and
`add`: that is, `lift` takes any two-place operation on integers
and returns a version that takes arguments of type `int option`
@@ -138,3 +142,73 @@ you're allowed to adjust what `b`, `y`, and `n` get assigned to.
let bind (x: int option) (f: int -> (int option)) =
match x with None -> None | Some n -> f n;;

+
+Booleans, Church numbers, and Church lists in OCaml
+---------------------------------------------------
+
+These questions adapted from web materials written by some smart dude named Acar.
+The idea is to get booleans, Church numbers, "Church" lists, and
+binary trees working in OCaml.
+
+   Recall from class System F, or the polymorphic λ-calculus.
+
+    τ ::= 'α | τ1 → τ2 | ∀'α. τ | c
+    e ::= x | λx:τ. e | e1 e2 | Λ'α. e | e [τ ]
+
+   Recall that bool may be encoded as follows:
+
+    bool := ∀α. α → α → α
+    true := Λα. λt:α. λf :α. t
+    false := Λα. λt:α. λf :α. f
+
+   (where τ indicates the type of e1 and e2)
+
+   Note that each of the following terms, when applied to the
+   appropriate arguments, return a result of type bool.
+
+    (a) the term not that takes an argument of type bool and computes its negation;
+    (b) the term and that takes two arguments of type bool and computes their conjunction;
+    (c) the term or that takes two arguments of type bool and computes their disjunction.
+
+   The type nat (for "natural number") may be encoded as follows:
+
+    nat := ∀α. α → (α → α) → α
+    zero := Λα. λz:α. λs:α → α. z
+    succ := λn:nat. Λα. λz:α. λs:α → α. s (n [α] z s)
+
+   A nat n is deﬁned by what it can do, which is to compute a function iterated n times. In the polymorphic
+   encoding above, the result of that iteration can be any type α, as long as you have a base element z : α and
+   a function s : α → α.
+
+   **Excercise**: get booleans and Church numbers working in OCaml,
+     including OCaml versions of bool, true, false, zero, succ, and pred.
+     It's especially useful to do a version of pred, starting with one
+     of the (untyped) versions available in the lambda library
+     accessible from the main wiki page.  The point of the excercise
+     is to do these things on your own, so avoid using the built-in
+     OCaml booleans and list predicates.
+
+   Consider the following list type:
+
+    type ’a list = Nil | Cons of ’a * ’a list
+
+   We can encode τ lists, lists of elements of type τ as follows:
+
+    τ list := ∀α. α → (τ → α → α) → α
+    nilτ := Λα. λn:α. λc:τ → α → α. n
+    makeListτ := λh:τ. λt:τ list. Λα. λn:α. λc:τ → α → α. c h (t [α] n c)
+
+   As with nats, recursion is built into the datatype.
+
+   We can write functions like head, isNil, and map:
+
+    map : (σ → τ ) → σ list → τ list
+
+   We've given you the type for map, you only need to give the term.
+
+   With regard to `head`, think about what value to give back if the
+   argument is the empty list.  Ultimately, we might want to make use
+   of our `'a option` technique, but for this assignment, just pick a
+   strategy, no matter how clunky.
+
+   Please provide both the terms and the types for each item.