Was kann Idris nicht tun, indem es auf Vollständigkeit verzichtet?


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Ich weiß, dass Idris abhängige Typen hat, aber nicht vollständig ist. Was kann es nicht tun, wenn es auf Vollständigkeit verzichtet, und hängt dies damit zusammen, dass es abhängige Typen gibt?

Ich denke, das ist eine ziemlich spezifische Frage, aber ich weiß nicht viel über abhängige Typen und verwandte Typsysteme.


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Ich vermute, Sie suchen ein konkretes Beispiel? Ich kenne Idris nicht, aber in Isabelle / HOL können Sie keine Funktionen schreiben (oder vielmehr kompilieren), die nicht immer terminieren (schlimmer noch, Sie müssen einen Terminierungsnachweis erbringen ).
Raphael

Etwas in diese Richtung, ja - ich war mir nicht ganz sicher, ob es einen Nischenfall geben würde, bei dem Sie eine Sprache mit bestimmten Eigenschaften im Typensystem nicht codieren können, oder ob sie etwas allgemeiner wäre (wie Sie sagten) (alle Funktionen müssen beendet sein)
Squidly

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Vermutlich stammt diese falsche Annahme von Edwin Brady, der sagt, Idris sei "Pacman complete". Ich denke, sein Hauptpunkt, wenn er "Pacman komplett" anstelle von "Turing komplett" sagt, ist, dass er unterstreichen möchte, wie wichtig es ist, dass Sprachen von menschlichen Gehirnen und nicht nur von Maschinen leicht kompiliert werden können! Dummheiten wie BrainFuck sind es mit Sicherheit Turing vollständig, aber es kann eine ganze Weile dauern, bis ein menschliches Gehirn den in BrainFuck geschriebenen Code verstanden hat. Daher ist die Entwicklung und noch wichtiger die Pflege eines Pacman-Programms in BrainFuck ein ziemlicher Aufwand.
Michelrandahl

@Mitzh Nicht wirklich. Ich glaube, das liegt daran, dass ich etwas missverstanden habe, was ich in einem Gespräch von ihm gehört habe.
Squidly

Antworten:


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Idris ist Turing Complete! Es prüft auf Vollständigkeit (Abbruch beim Programmieren mit Daten, Produktivität beim Programmieren mit Codaten), setzt jedoch nicht voraus, dass alles vollständig ist.

Interessanterweise reichen Daten und Codaten aus, um die Vollständigkeit von Turing zu modellieren, da Sie eine Monade für Teilfunktionen schreiben können. Ich habe das vor Jahren in Coq gemacht - es ist wahrscheinlich mittlerweile bitrot, aber hier ist es trotzdem: http://eb.host.cs.st-andrews.ac.uk/Partial/partial.v .

Sie brauchen eine Flucht, um solche Dinge tatsächlich auszuführen, aber Idris ermöglicht es Ihnen, dies zu tun.

Idris reduziert Teilfunktionen auf der Typebene nicht, um die Typprüfung entscheidbar zu machen. Auch können nur Gesamtprogramme als Beweise angesehen werden.


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Der Mann selbst. Was ist Produktivität in diesem Zusammenhang?
Squidly

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Dual to Termination: Während eine induktive Definition terminieren muss (indem sie alle ihre Daten konsumiert), muss eine koinduktive Definition produktiv sein - in der Praxis bedeutet dies kurz gesagt, dass jeder rekursive Aufruf von einem Konstruktor geschützt werden muss. Ich fand diese Erklärung am klarsten (ymmv): adam.chlipala.net/cpdt/html/Coinductive.html
Edwin Brady

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Ich gehe davon aus, dass Sie bereits von der Church-Turing-These gehört haben , wonach alles, was wir als „Berechnung“ bezeichnen, mit einer Turing-Maschine (oder einem der vielen anderen äquivalenten Modelle) durchgeführt werden kann. Eine Turing-vollständige Sprache ist also eine Sprache, in der jede Berechnung ausgedrückt werden kann. Umgekehrt ist eine Turing-unvollständige Sprache eine Sprache, in der es einige Berechnungen gibt, die nicht ausgedrückt werden können.

Ok, das war nicht sehr informativ. Lassen Sie mich ein Beispiel geben. In einer unvollständigen Turing-Sprache können Sie nichts tun: Sie können keinen Turing-Maschinensimulator schreiben (andernfalls könnten Sie eine Berechnung auf der simulierten Turing-Maschine codieren).

Ok, das war noch nicht sehr informativ. Die eigentliche Frage ist, welches nützliche Programm kann nicht in einer Turing-unvollständigen Sprache geschrieben werden? Nun, niemand hat sich eine Definition von „nützlichem Programm“ ausgedacht, die alle Programme enthält, die irgendwo für einen nützlichen Zweck geschrieben wurden, und die nicht alle Turing-Maschinenberechnungen enthält. Das Entwerfen einer Turing-unvollständigen Sprache, in der Sie alle nützlichen Programme schreiben können, ist daher immer noch ein sehr langfristiges Forschungsziel.

Nun gibt es einige sehr unterschiedliche Arten von Turing-unvollständigen Sprachen, und sie unterscheiden sich darin, was sie nicht können. Es gibt jedoch ein gemeinsames Thema: Turing-complete-Sprachen müssen eine Möglichkeit zum bedingten Beenden oder Fortfahren für eine Zeit enthalten, die nicht durch die Programmgröße begrenzt ist, und eine Möglichkeit, mit der das Programm eine von der Eingabe abhängige Speichermenge verwendet . Konkret bieten die meisten imperativen Programmiersprachen diese Fähigkeiten durch while-Schleifen bzw. dynamische Speicherzuweisung. Die meisten funktionalen Programmiersprachen bieten diese Fähigkeiten durch Rekursion und Verschachtelung von Datenstrukturen.

Idris ist stark von Agda inspiriert . Agda ist eine Sprache zum Beweisen von Theoremen . Jetzt Theoreme beweisen und Programme ausgeführt werden , sehr eng miteinander verbunden , so dass Sie Programme in Agda schreiben können wie Sie einen Satz beweisen. Intuitiv ist ein Beweis des Theorems „A impliziert B“ eine Funktion, die einen Beweis von Theorem A als Argument nimmt und einen Beweis von Theorem B zurückgibt.

Da es das Ziel des Systems ist, Theoreme zu beweisen, können Sie den Programmierer nicht beliebige Funktionen schreiben lassen. Stellen Sie sich vor, Sie könnten mit der Sprache eine blöde rekursive Funktion schreiben, die sich gerade selbst nannte:

oops : A -> B
oops x = oops x

Sie können sich von der Existenz einer solchen Funktion nicht überzeugen lassen, dass A B impliziert, sonst könnten Sie alles und nicht nur wahre Theoreme beweisen! Also verbietet Agda (und ähnliche Theorembeweiser) willkürliche Rekursionen. Wenn Sie eine rekursive Funktion schreiben, müssen Sie nachweisen, dass sie immer terminiert , sodass Sie immer dann, wenn Sie sie mit einem Beweis von Satz A ausführen, wissen, dass ein Beweis von Satz B erstellt wird.

Die unmittelbare praktische Einschränkung von Agda besteht darin, dass Sie keine willkürlichen rekursiven Funktionen schreiben können. Da das System in der Lage sein muss, alle nicht terminierenden Funktionen abzulehnen, stellt die Unentscheidbarkeit des Halteproblems (oder allgemeiner der Satz von Rice ) sicher, dass es auch terminierende Funktionen gibt, die abgelehnt werden. Eine weitere praktische Schwierigkeit besteht darin, dass Sie dem System helfen müssen, zu beweisen, dass Ihre Funktion beendet ist.

Es wird viel darüber geforscht, Proofsysteme programmiersprachenähnlicher zu machen, ohne die Garantie zu gefährden, dass A bei einer Funktion von A nach B einen mathematischen Beweis liefert, der B impliziert. Erweitern des Systems, um mehr zu akzeptieren das Beenden von Funktionen ist eines der Forschungsthemen. Andere Erweiterungsrichtungen umfassen die Bewältigung von Problemen der „realen Welt“ wie Ein- / Ausgabe und Parallelität. Eine weitere Herausforderung besteht darin, diese Systeme für bloße Sterbliche zugänglich zu machen (oder vielleicht bloße Sterbliche davon zu überzeugen, dass sie tatsächlich zugänglich sind).

Idris kenne ich nicht. Es ist eine Übernahme der Herausforderungen, die ich gerade erwähnt habe. Soweit ich von einem flüchtigen Blick auf verstehen 2013 Preprint , Idris ist Turing-vollständig, sondern enthält eine Gesamtheit checker. Die Gesamtheitsprüfung überprüft, ob jede mit dem Schlüsselwort " totalterminate" versehene Funktion beendet ist. Das Sprachfragment, das nur Idris-Programme enthält, in denen jede Funktion total ist, hat eine ähnliche Ausdruckskraft wie Arda (wahrscheinlich keine exakte Übereinstimmung aufgrund von Unterschieden in der Typentheorie, aber nahe genug, dass Sie es nicht bemerken würden, wenn Sie es nicht absichtlich versucht hätten).

Weitere Beispiele für Sprachen, die auf unterschiedliche Weise nicht vollständig sind, finden Sie unter Was sind die praktischen Einschränkungen einer nicht vollständigen Sprache wie Coq? (Dem ist diese Antwort weitgehend entnommen).


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"Welches nützliche Programm kann nicht in einer Turing-unvollständigen Sprache geschrieben werden?" Eine Java Virtual Machine.
David Richerby

@DavidRicherby Kannst du nicht? Ist die JVM wirklich vollständig? Die Größe eines einzelnen Objekts ist begrenzt. Können Sie eine unbegrenzte Anzahl von Objekten zuweisen und darauf zugreifen? Zum Beispiel in C, scheint die Antwort nein zu sein , denn es gibt nur endlich viele Zeigerwerte sind.
Gilles 'SO- hör auf böse zu sein'

Für Leser, die an diesem Teil interessiert sind, haben wir einen weiteren Beitrag darüber, warum es keine Programmiersprache für genau die immer abschließenden Sprachen geben kann.
Raphael

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@ Gilles Ich nehme an, aber ist es nicht mehr oder weniger gleichbedeutend damit, zu sagen, dass keine Programmiersprache Turing-complete ist? Schließlich stößt jede Implementierung auf die von Ihnen genannten Hindernisse. Das scheint ein ziemlich großer Elefant zu sein, wenn man bedenkt, was Idris verliert, wenn er nicht vollständig ist. Verliert es zum Beispiel mehr als jede andere Sprache? Wenn Sie unbegrenzten externen Speicher verbieten (z. B. wenn das Programm aufhört, "Bitte nächste / vorherige Diskette einlegen" zu sagen), ist eine Sprache trivialerweise nicht vollständig, sodass alle Fragen zu diesem Fall offen sind.
David Richerby

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@DavidRicherby Meine Kommentare (aber nicht meine Antwort) befinden sich im Geek-Modus der Programmiersprachtheorie. Wenn Sie die formale Spezifikation von SML verwenden (zum Beispiel), ist es möglich, eine Implementierung der Sprache zu entwerfen (aber natürlich nicht in der physischen Welt zu implementieren), die alle berechenbaren Programme simulieren kann. Dies ist in C nicht der Fall, da die Endlichkeit des Gedächtnisses in die Sprache ( sizeof(void*)) eingebaut ist . In meiner Antwort behandle ich Sprachen auf idealisierte Weise, sodass SML oder C als vollständig angesehen werden.
Gilles 'SO- hör auf böse zu sein'
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