嵌套纯函数中的随机性

Question

我想提供一个函数，用不同的随机数替换字符串中每次出现的#。在非纯语言中，这是微不足道的。但是，应该如何用纯语言设计呢？我不想使用 unsafePerformIO，因为它看起来像是一个 hack 而不是一个合适的设计。

这个函数是否需要一个随机生成器作为它的参数之一？如果是这样，该生成器是否必须通过整个调用堆栈？还有其他可能的方法吗？我应该在这里使用State monad 吗？我将不胜感激一个展示可行方法的玩具示例...

Answer 1

这只是一个单子映射

import Control.Applicative
import Control.Monad.Random
import Data.Char

randomReplace :: RandomGen g => String -> Rand g String
randomReplace = mapM f where
    f '#' = intToDigit <$> getRandomR (0, 10)
    f  c  = return c

main = evalRandIO (randomReplace "#abc#def#") >>= print

Answer 2

实际上，您会使用 state monad 的变体在幕后传递随机生成器。 Control.Monad.Random 中的 Rand 类型有助于解决此问题。 API 有点令人困惑，但更多的是因为它在您使用的随机生成器类型上是多态的，而不是因为它必须是功能性的。然而，这个额外的脚手架很有用，因为您可以轻松地使用不同的随机生成器重用现有代码，这使您可以测试不同的算法以及显式控制生成器是确定性的（有利于测试）还是使用外部数据播种（在IO)。

下面是Rand 的一个简单示例。类型签名中的RandomGen g => 告诉我们，我们可以为它使用any 类型的随机生成器。我们必须将n 显式注释为Int，否则GHC 只知道它必须是some 可以生成并转换为字符串的数字类型，它可以是多种可能的一种选项（如Double）。

randomReplace :: RandomGen g => String -> Rand g String
randomReplace = foldM go ""
  where go str '#' = do
          n :: Int <- getRandomR (0, 10)
          return (str ++ show n)
        go str chr = return $ str ++ [chr]

要运行它，我们需要从某个地方获取一个随机生成器并将其传递给evalRand。最简单的方法是获取全局系统生成器，我们可以在IO：

main :: IO ()
main = do gen <- getStdGen
          print $ evalRand (randomReplace "ab#c#") gen

这是一种常见的模式，库提供了一个 evalRandIO 函数来为你做这件事：

main :: IO ()
main = do res <- evalRandIO $ randomReplace "ab#c#"
          print res

最后，代码更明确地说明了有一个随机生成器并传递它，但它仍然相当容易理解。对于更多涉及的代码，您还可以使用RandT，它允许您扩展其他单子（如IO），使其能够生成随机值，让您将所有管道和设置降级为代码的一部分。