Co to jest programowanie funkcjonalne?
Programowanie funkcjonalne jest paradygmatem programowania, w którym podstawą obliczeń jest ocena wyrażeń. Niektóre cechy to użycie funkcji wyższego rzędu, przejrzystość referencyjna i leniwa ocena. Zalety stylu programowania obejmują to, że programy są łatwe do odczytania, są bardzo niezawodne i można je podzielić na komponenty. Wady polegają na tym, że obliczenia mogą być powolne, a styl i składnia są całkowicie różne od innych popularnych stylów programowania. Funkcjonalny styl programowania jest częściej akceptowany przez naukowców niż przez informatyków.
Jak sama nazwa wskazuje, funkcje są podstawową częścią tego paradygmatu programowania. Funkcje mogą być zagnieżdżone w innych funkcjach, zwanych funkcjami wyższego rzędu, a każdą funkcję wyższego rzędu można podzielić na funkcje bloków budulcowych, które są łatwe do zrozumienia i debugowania. Przykładami niektórych funkcji wyższego rzędu są Mapa i Gniazdo. Funkcja Mapa przyjmuje funkcję F i listę zmiennych, na przykład (x, y, z) i daje wynik w postaci listy: Mapa [F, (x, y, z)] = (F (x), F (y), F (z)). Nest przyjmuje funkcję F, zmienną x i liczbę iteracji: Nest [F, x, 3] = F (F (F (x))).
Czyste programowanie funkcjonalne pobiera dane wejściowe i zwraca dane wyjściowe bez zmiany stanu zmiennej. Innymi słowy, funkcja z tym samym wejściem zawsze da takie same wyniki, niezależnie od tego, co wcześniej miało miejsce w programie. Nazywa się to przejrzystością referencyjną. Ponieważ funkcje matematyczne są względnie przejrzyste, programowanie funkcjonalne jest intuicyjne dla wielu matematyków, inżynierów i naukowców.
Referencyjna przejrzystość funkcji oznacza, że kolejność oceny funkcji nie jest ważna. Dlatego funkcje nie muszą być oceniane, dopóki ich wyniki nie będą potrzebne, co nazywa się leniwą oceną. Jest to całkowicie sprzeczne z programowaniem imperatywnym, w którym program rozpoczyna się od pierwszego polecenia i przechodzi przez listę aż do ostatniego polecenia. Leniwa ocena pomija te części programu, które nie są logiczne lub są zbędne, co automatycznie optymalizuje program i może skrócić czas obliczeń.
Programowanie funkcjonalne ma wiele zalet w porównaniu z innymi paradygmatami programowania. Funkcje z wyraźnymi wejściami i wyjściami są łatwe do odczytania i zrozumienia. Po dokładnym debugowaniu funkcja może być niezawodnie używana w innych aplikacjach. Maszyny wielordzeniowe mogą być w stanie obliczyć funkcje, które są niezależnie oceniane równolegle, znacznie poprawiając wydajność programów.
Niestety, nie wszystkie programy nadają się do obliczeń równoległych, a obliczanie programów funkcjonalnych może być raczej powolne. Programy funkcjonalne w dużej mierze opierają się na rekurencji, która często jest mniej wydajna niż przy użyciu tradycyjnych pętli lub metod iteracji. W rzeczywistości programowanie funkcjonalne może być dość niezdarne i trudne do nauczenia się, ponieważ nie przypomina innych bardziej powszechnych paradygmatów, takich jak programowanie obiektowe.
Naukowcy preferują programowanie funkcjonalne, ponieważ zapewnia jasny i zrozumiały sposób programowania złożonych problemów w świecie rzeczywistym. Niektóre czyste języki to Haskell i Erlang. Mathematica specjalizuje się w matematyce symbolicznej, R specjalizuje się w statystyce, a J specjalizuje się w analizie finansowej. Języki Multiparadigm, takie jak Scala i F #, obsługują zarówno programowanie funkcjonalne, jak i inne style programowania.