Haskell中带有反馈回路的时序电路答案

【问题标题】：Sequential circuit with feedack loop in HaskellHaskell中带有反馈回路的时序电路
【发布时间】：2023-04-10 17:18:01
【问题描述】：

我想在 Haskell 中表示具有以下行为的电路：

电路有两个输入：

数据输入
和一个开关量输入

和一个输出。

当开关=True则输出_t=输入_t
当 switch = False，输出 _t = 输出 _t-1

我需要一种表示反馈循环和状态的方法。

我知道有几个库为这类事情提供抽象，但它们对我来说就像魔术一样。

有没有简单的建模方法？

编辑：

type Signal a = [a]

type Input   = Signal Int
type Output  = Signal Int
type State   = Int
type Switch = Signal Bool

delay :: a -> Signal a -> Signal a
delay = (:)

circuit :: State -> Input -> Switch -> Output
circuit s (i:is) (True:bs) =  i : circuit i is bs
circuit s (i:is) (False:bs) = s : circuit s is bs

我使用流来表示信号，并在 s 中明确地携带状态。但是，如果我想动态提取（查看）输出流中的元素怎么办？

这看起来像是 State Monad 可以解决的问题，但我找不到表示它的方法。

【问题讨论】：

乍一看，这似乎可以解决问题：circuit switch input t = if switch then input t else input (t-1) ...它有 2 个输入，它应该遵守您的法律（当然我假设最后一部分 output (t) = output (t-1) 是一个错字)
@Carsten，哦，当然，非常优雅！
@Carsten，这不是错字，如果开关关闭，我希望我的电路在给定时间返回之前的输出，以及当前输入（然后将成为新的存储值）当开关打开时。困难在于需要反馈循环和存储状态的方法。
抱歉，我误解了您的 t（这显然代表时间） - 但可惜您已经有了一个很好的答案：D
我不确定您所说的“即时”是什么意思。你的意思是你有一些实时输入？ Fwiw 这就是 FRP 的发明目的。

标签： loops haskell sequential feedback circuit

【解决方案1】：

值得一提的是：这个问题非常适合 Haskell 的一些独特而强大的抽象，例如 Monad 和 Arrow。但是这些都需要时间和经验来学习，而且我从你的措辞猜测你对它们不是很熟悉。如果您继续使用 Haskell，我建议您将来再次重新审视这个问题以获得启发。我不会花更多时间在这些事情上。

您可以简单地通过无限列表对离散的时变信号进行建模：

type Signal a = [a]

zeroS, oneS :: Signal Bool
zeroS = repeat False
oneS  = repeat True

您可以使用zipWith 逐点组合信号。例如：

andS :: Signal Bool -> Signal Bool -> Signal Bool
andS = zipWith (&&)

ghci> andS zeroS oneS
[False,False,False,False,False,False,False,False,...

您可以通过在列表开头使用 consing 将信号延迟 1 个时间单位。这需要信号的初始值。

delay :: a -> Signal a -> Signal a
delay x s = x : s
-- or just
-- delay = (:)

在您的问题中，您使用这种类型描述了一个函数：

circuit :: Signal Bool -> Signal Bool -> Signal Bool
circuit switch input = ...

您可以使用这些概念和递归来构建它。祝你好运！

【讨论】：

我认为这模仿了我试图实现的行为
@fayonglin 这样理解真的很难——也许你可以编辑你的问题？

【解决方案2】：

好的，我想我终于知道如何为此使用 State Monad。

Import Control.Monad.State

type Stored a = a
type Input a = a
type Output a = a
type Switch = Bool

circuit :: Input a -> Switch -> State (Output a) (Stored a)
circuit input switch = 
    do store <- get
       if switch
       then put input >> return input
       else return store

example1 = do circuit 0 False
              circuit 2 False
              circuit 3 False

res1 = runState example1 $ 4

loopCircuit :: [(Input a, Switch)] -> State (Output a) [(Stored a)]
loopCircuit [] = return []
loopCircuit ((i,s):xs) = 
    do v  <- circuit i s 
       vs <- loopCircuit xs
       return (v:vs)

example2 = runState (loopCircuit [(0,True),(2,False),(3,True)]) 4

circuit 函数可以处理离散输入，而loopCircuit 可以处理输入流。

res1 = (4,4)
example2 = ([0,0,3],3)

【讨论】：