rename topics/_week7_monads.mdwn to topics/week7_monads.mdwn
[lambda.git] / topics / _week7_monads.mdwn
diff --git a/topics/_week7_monads.mdwn b/topics/_week7_monads.mdwn
deleted file mode 100644 (file)
index 7d189e4..0000000
+++ /dev/null
@@ -1,176 +0,0 @@
-<!-- λ Λ ∀ ≡ α β γ ρ ω Ω -->
-<!-- Loved this one: http://www.stephendiehl.com/posts/monads.html -->
-
-Monads
-======
-
-The [[tradition in the functional programming
-literature|https://wiki.haskell.org/Monad_tutorials_timeline]] is to
-introduce monads using a metaphor: monads are spacesuits, monads are
-monsters, monads are burritos.  We're part of the backlash that
-prefers to say that monads are (Just) monads.  
-
-The closest we will come to metaphorical talk is to suggest that
-monadic types place objects inside of *boxes*, and that monads wrap
-and unwrap boxes to expose or enclose the objects inside of them.  In
-any case, the emphasis will be on starting with the abstract structure
-of monads, followed by instances of monads from the philosophical and
-linguistics literature.
-
-## Box types: type expressions with one free type variable
-
-Recall that we've been using lower-case Greek letters
-<code>&alpha;, &beta;, &gamma;, ...</code> as variables over types.  We'll
-use `P`, `Q`, `R`, and `S` as metavariables over type schemas, where a
-type schema is a type expression that may or may not contain unbound
-type variables.  For instance, we might have
-
-    P_1 ≡ Int
-    P_2 ≡ α -> α
-    P_3 ≡ ∀α. α -> α
-    P_4 ≡ ∀α. α -> β 
-
-etc.
-
-A *box type* will be a type expression that contains exactly one free
-type variable.  Some examples (using OCaml's type conventions):
-
-    α Maybe
-    α List
-    (α, P) Tree    (assuming P contains no free type variables)
-    (α, α) Tree
-
-The idea is that whatever type the free type variable α might be,
-the boxed type will be a box that "contains" an object of type α.
-For instance, if `α List` is our box type, and α is the basic type
-Int, then in this context, `Int List` is the type of a boxed integer.
-
-We'll often write box types as a box containing the value of the free
-type variable.  So if our box type is `α List`, and `α == Int`, we
-would write
-
-<u>Int</u>
-
-for the type of a boxed Int.
-
-## Kleisli arrows
-
-At the most general level, we'll talk about *Kleisli arrows*:
-
-P -> <u>Q</u>
-
-A Kleisli arrow is the type of a function from objects of type P to
-objects of type box Q, for some choice of type expressions P and Q.
-For instance, the following are arrows:
-
-Int -> <u>Bool</u>
-
-Int List -> <u>Int List</u>
-
-Note that the left-hand schema can itself be a boxed type.  That is,
-if `α List` is our box type, we can write the second arrow as
-
-<u>Int</u> -> <u><u>Int</u></u>
-
-We'll need a number of classes of functions to help us maneuver in the
-presence of box types.  We will want to define a different instance of
-each of these for whichever box type we're dealing with.  (This will
-become clearly shortly.)
-
-<code>mid (/&epsilon;maid&epsilon;nt@tI/ aka unit, return, pure): P -> <u>P</u></code>
-
-<code>map (/maep/): (P -> Q) -> <u>P</u> -> <u>Q</u></code>
-
-<code>map2 (/m&ash;ptu/): (P -> Q -> R) -> <u>P</u> -> <u>Q</u> -> <u>R</u></code>
-
-<code>mapply (/&epsilon;m@plai/): <u>P -> Q</u> -> <u>P</u> -> <u>Q</u></code>
-
-<code>mcompose (aka <=<): (Q -> <u>R</u>) -> (P -> <u>Q</u>) -> (P -> <u>R</u>)</code>
-
-<code>mbind (aka >>=): (     <u>Q</u>) -> (Q -> <u>R</u>) -> (     <u>R</u>)</code>
-
-<code>mflipcompose (aka >=>): (P -> <u>Q</u>) -> (Q -> <u>R</u>) -> (P -> <u>R</u>)</code>
-
-<code>mflipbind (aka =<<) (     <u>Q</u>) -> (Q -> <u>R</u>) -> (     <u>R</u>)</code>
-
-<code>mjoin: <u><u>P</u></u> -> <u>P</u></code> 
-
-The managerie isn't quite as bewildering as you might suppose.  For
-one thing, `mcompose` and `mbind` are interdefinable: <code>u >=> k ≡
-\a. (ja >>= k)</code>.
-
-In most cases of interest, instances of these types will provide
-certain useful guarantees.
-
-*   ***Mappable*** ("functors") At the most general level, box types are *Mappable*
-if there is a `map` function defined for that box type with the type given above.
-
-*   ***MapNable*** ("applicatives") A Mappable box type is *MapNable*
-       if there are in addition `map2`, `mid`, and `mapply`.  (With
-       `map2` in hand, `map3`, `map4`, ... `mapN` are easily definable.)
-
-* ***Monad*** ("composables") A MapNable box type is a *Monad* if there
-       is in addition an `mcompose` and a `join` such that `mid` is 
-       a left and right identity for `mcompose`, and `mcompose` is
-       associative.  That is, the following "laws" must hold:
-
-        mcompose mid k = k
-        mcompose k mid = k
-        mcompose (mcompose j k) l = mcompose j (mcompose k l)
-
-To take a trivial (but, as we will see, still useful) example,
-consider the identity box type Id: `α -> α`.  So if α is type Bool,
-then a boxed α is ... a Bool.  In terms of the box analogy, the
-Identity box type is a completly invisible box.  With the following
-definitions
-
-    mid ≡ \p.p
-    mcompose ≡ \fgx.f(gx)
-
-Id is a monad.  Here is a demonstration that the laws hold:
-
-    mcompose mid k == (\fgx.f(gx)) (\p.p) k
-                   ~~> \x.(\p.p)(kx)
-                   ~~> \x.kx
-                   ~~> k
-    mcompose k mid == (\fgx.f(gx)) k (\p.p)
-                   ~~> \x.k((\p.p)x)
-                   ~~> \x.kx
-                   ~~> k
-    mcompose (mcompose j k) l == mcompose ((\fgx.f(gx)) j k) l
-                              ~~> mcompose (\x.j(kx)) l
-                              == (\fgx.f(gx)) (\x.j(kx)) l
-                              ~~> \x.(\x.j(kx))(lx)
-                              ~~> \x.j(k(lx))
-    mcompose j (mcompose k l) == mcompose j ((\fgx.f(gx)) k l)
-                              ~~> mcompose j (\x.k(lx))
-                              == (\fgx.f(gx)) j (\x.k(lx))
-                              ~~> \x.j((\x.k(lx)) x)
-                              ~~> \x.j(k(lx))
-
-Id is the favorite monad of mimes everywhere.  
-
-To take a slightly less trivial (and even more useful) example,
-consider the box type `α List`, with the following operations:
-
-    mid: α -> [α]
-    mid a = [a]
-    mcompose: (β -> [γ]) -> (α -> [β]) -> (α -> [γ])
-    mcompose f g a = concat (map f (g a))
-                   = foldr (\b -> \gs -> (f b) ++ gs) [] (g a) 
-                   = [c | b <- g a, c <- f b]
-
-These three definitions are all equivalent.  In words, `mcompose f g
-a` feeds the a (which has type α) to g, which returns a list of βs;
-each β in that list is fed to f, which returns a list of γs.  The
-final result is the concatenation of those lists of γs.
-
-For example, 
-
-    let f b = [b, b+1] in
-    let g a = [a*a, a+a] in
-    mcompose f g 7 = [49, 50, 14, 15]
-
-It is easy to see that these definitions obey the monad laws (see exercises).
-