week3 tweak
[lambda.git] / week3.mdwn
index c180487..e8a86e9 100644 (file)
@@ -211,7 +211,8 @@ Instead of writing out a long formula twice, we could write:
 
 and the initial `(\x. x x)` is just what we earlier called the <code>&omega;</code> combinator (lower-case omega, not the non-terminating <code>&Omega;</code>). So the self-application of `H` can be written:
 
 
 and the initial `(\x. x x)` is just what we earlier called the <code>&omega;</code> combinator (lower-case omega, not the non-terminating <code>&Omega;</code>). So the self-application of `H` can be written:
 
-<pre><code>&omega; (\h \lst. (isempty lst) zero (add one ((h h) (extract-tail lst))))</code></pre>
+<pre><code>&omega; (\h \lst. (isempty lst) zero (add one ((h h) (extract-tail lst))))
+</code></pre>
 
 and this will indeed implement the recursive function we couldn't earlier figure out how to define.
 
 
 and this will indeed implement the recursive function we couldn't earlier figure out how to define.
 
@@ -485,3 +486,146 @@ the behavior of `sink` is sensitive to the nature of the input: if the
 input is the magic function `false`, the self-regeneration machinery
 will be discarded, and the recursion will stop.
 
 input is the magic function `false`, the self-regeneration machinery
 will be discarded, and the recursion will stop.
 
+That's about as simple as recursion gets.
+
+##Base cases, and their lack##
+
+As any functional programmer quickly learns, writing a recursive
+function divides into two tasks: figuring out how to handle the
+recursive case, and remembering to insert a base case.  The
+interesting and enjoyable part is figuring out the recursive pattern,
+but the base case cannot be ignored, since leaving out the base case
+creates a program that runs forever.  For instance, consider computing
+a factorial: `n!` is `n * (n-1) * (n-2) * ... * 1`.  The recursive
+case says that the factorial of a number `n` is `n` times the
+factorial of `n-1`.  But if we leave out the base case, we get
+
+    3! = 3 * 2! = 3 * 2 * 1! = 3 * 2 * 1 * 0! = 3 * 2 * 1 * 0 * -1! ...
+
+That's why it's crucial to declare that 0! = 1, in which case the
+recursive rule does not apply.  In our terms,
+
+    fac = Y (\fac n. iszero n 1 (fac (predecessor n)))
+
+If `n` is 0, `fac` reduces to 1, without computing the recursive case.
+
+There is a well-known problem in philosophy and natural language
+semantics that has the flavor of a recursive function without a base
+case: the truth-teller paradox (and related paradoxes).
+
+(1)    This sentence is true.
+
+If we assume that the complex demonstrative "this sentence" can refer
+to (1), then the proposition expressed by (1) will be true just in
+case the thing referred to by *this sentence* is true.  Thus (1) will
+be true just in case (1) is true, and (1) is true just in case (1) is
+true, and so on.  If (1) is true, then (1) is true; but if (1) is not
+true, then (1) is not true.
+
+Without pretending to give a serious analysis of the paradox, let's
+assume that sentences can have for their meaning boolean functions
+like the ones we have been working with here.  Then the sentence *John
+is John* might denote the function `\x y. x`, our `true`.  
+
+Then (1) denotes a function from whatever the referent of *this
+sentence* is to a boolean.  So (1) denotes `\f. f true false`, where
+the argument `f` is the referent of *this sentence*.  Of course, if
+`f` is a boolean, `f true false <~~> f`, so for our purposes, we can
+assume that (1) denotes the identity function `I`.
+
+If we use (1) in a context in which *this sentence* refers to the
+sentence in which the demonstrative occurs, then we must find a
+meaning `m` such that `I m = I`.  But since in this context `m` is the
+same as the meaning `I`, so we have `m = I m`.  In other words, `m` is
+a fixed point for the denotation of the sentence (when used in the
+appropriate context).
+
+That means that in a context in which *this sentence* refers to the
+sentence in which it occurs, the sentence denotes a fixed point for
+the identity function.  Here's a fixed point for the identity
+function:
+
+<pre><code>Y I
+(\f. (\h. f (h h)) (\h. f (h h))) I
+(\h. I (h h)) (\h. I (h h)))
+(\h. (h h)) (\h. (h h)))
+&omega; &omega;
+&Omega
+</code></pre>
+
+Oh.  Well!  That feels right.  The meaning of *This sentence is true*
+in a context in which *this sentence* refers to the sentence in which
+it occurs is <code>&Omega;</code>, our prototypical infinite loop...
+
+What about the liar paradox?
+
+(2)  This sentence is false.
+
+Used in a context in which *this sentence* refers to the utterance of
+(2) in which it occurs, (2) will denote a fixed point for `\f.neg f`,
+or `\f l r. f r l`, which is the `C` combinator.  So in such a
+context, (2) might denote
+
+     Y C
+     (\f. (\h. f (h h)) (\h. f (h h))) I
+     (\h. C (h h)) (\h. C (h h))) 
+     C ((\h. C (h h)) (\h. C (h h)))
+     C (C ((\h. C (h h))(\h. C (h h))))
+     C (C (C ((\h. C (h h))(\h. C (h h)))))
+     ...
+
+And infinite sequence of `C`s, each one negating the remainder of the
+sequence.  Yep, that feels like a reasonable representation of the
+liar paradox.
+
+See Barwise and Etchemendy's 1987 OUP book, [The Liar: an essay on
+truth and circularity](http://tinyurl.com/2db62bk) for an approach
+that is similar, but expressed in terms of non-well-founded sets
+rather than recursive functions.
+
+##However...##
+
+You should be cautious about feeling too comfortable with
+these results.  Thinking again of the truth-teller paradox, yes,
+<code>&Omega;</code> is *a* fixed point for `I`, and perhaps it has
+some a privileged status among all the fixed points for `I`, being the
+one delivered by Y and all (though it is not obvious why Y should have
+any special status).
+
+But one could ask: look, literally every formula is a fixed point for
+`I`, since
+
+    X <~~> I X
+
+for any choice of X whatsoever.
+
+So the Y combinator is only guaranteed to give us one fixed point out
+of infinitely many---and not always the intuitively most useful
+one. (For instance, the squaring function has zero as a fixed point,
+since 0 * 0 = 0, and 1 as a fixed point, since 1 * 1 = 1, but `Y
+(\x. mul x x)` doesn't give us 0 or 1.) So with respect to the
+truth-teller paradox, why in the reasoning we've
+just gone through should we be reaching for just this fixed point at
+just this juncture?
+
+One obstacle to thinking this through is the fact that a sentence
+normally has only two truth values.  We might consider instead a noun
+phrase such as 
+
+(3)  the entity that this noun phrase refers to
+
+The reference of (3) depends on the reference of the embedded noun
+phrase *this noun phrase*.  It's easy to see that any object is a
+fixed point for this referential function: if this pen cap is the
+referent of *this noun phrase*, then it is the referent of (3), and so
+for any object.
+
+The chameleon nature of (3), by the way (a description that is equally
+good at describing any object), makes it particularly well suited as a
+gloss on pronouns such as *it*.  In the system of 
+[Jacobson 1999](http://www.springerlink.com/content/j706674r4w217jj5/),
+pronouns denote (you guessed it!) identity functions...
+
+Ultimately, in the context of this course, these paradoxes are more
+useful as a way of gaining leverage on the concepts of fixed points
+and recursion, rather than the other way around.