纯函数随机数生成器 - 状态单子答案

【问题标题】：Pure functional Random number generator - State monad纯函数随机数生成器 - 状态单子
【发布时间】：2015-08-04 20:33:05
【问题描述】：

《Scala 中的函数式编程》一书演示了一个纯函数式随机数生成器的示例，如下所示

trait RNG {
    def nextInt: (Int, RNG)
}

object RNG {
    def simple(seed: Long): RNG = new RNG {
        def nextInt = {
            val seed2 = (seed*0x5DEECE66DL + 0xBL) &
                        ((1L << 48) - 1)
            ((seed2 >>> 16).asInstanceOf[Int],
             simple(seed2))
        }
    }
}

用法看起来像

val (randomNumber,nextState) = rng.nextInt

我确实知道它是一个纯函数，因为它返回 下一个状态 并将其留在 API 客户端上，以便在下次需要随机数时使用它来调用 nextInt但我不明白的是'如何生成第一个随机数，因为我们必须至少提供一次seed。

是否应该有另一个函数来提升seed 以获得RNG？如果是这样，那么我们如何期望这个 API 的客户端知道它（因为在非功能实现中，用户只需调用 nextInt 并且状态由 API 维护）

谁能给出一个 Scala 中纯函数式随机数生成器的完整示例，并可能将其与一般的状态 Monad 联系起来。

【问题讨论】：

顺便说一句，如果你真的想学习纯函数式编程，你应该试试 Haskell。因为在 Haskell 中，如果不使用 IO monad 或在更改状态时使用 State monad，就无法引入副作用。即使您不每天使用它，对我来说它也是学习函数式编程的最佳语言。相反，Scala 过于宽松，在实际项目中使用可能会很好，但很难看出函数式世界和命令式世界之间的界限。
关于完全没有副作用，Haskell 背后的伟大思想家之一西蒙·佩顿·琼斯（Simon Peyton Jones）在这里说得很好：youtube.com/watch?v=iSmkqocn0oQ#t=3m17

标签： scala functional-programming monads state-monad

【解决方案1】：

随机生成器RNG 是纯函数式的，对于相同的输入，您总是得到相同的输出。非纯功能部分留给该 API 的用户（您）。

要以纯函数方式使用RNG，您必须始终使用相同的初始值对其进行初始化，但是您将始终获得相同的数字序列，这不是那么有用。

否则，您将不得不将 RNG 的初始化依赖于外部系统（通常是挂钟时间），从而引入副作用（再见纯函数式）。

val state0 = RNG.simple(System.currentTimeMillis)

val (rnd1, state1) = state0.nextInt
val (rnd2, state2) = state1.nextInt
val (rnd3, state3) = state2.nextInt

println(rnd1, rnd2, rnd3)

[编辑]

受@Aivean 回答的启发，我创建了我的随机版本Stream：

def randoms: Stream[Int] = Stream.from(0)
  .scanLeft((0, RNG.simple(System.currentTimeMillis)))((st, _) => st._2.nextInt)
  .tail
  .map(_._1)

println(randoms.take(5).toList)
println(randoms.filter(_ > 0).take(3).toList)

【讨论】：

【解决方案2】：

此外，您的示例很好地结合了 Scala 流：

  def randStream(r: RNG): Stream[Int] = r.nextInt match {
    case (value, next) => value #:: randStream(next)
  }

  val rng = randStream(RNG.simple(123))
  println(rng.take(10).toList)
  println(rng.take(5).toList)

【讨论】：

【解决方案3】：

谁能给出一个 Scala 中纯函数式随机数生成器的完整示例，并可能将其与一般的状态 Monad 联系起来。

这个是一个纯粹的函数式RNG。

val state0 = RNG.simple(1234)
val (r1, state1) = state0.nextInt
val (r2, state2) = state1.nextInt
// etc.
val (x, _) = state1.nextInt
assert (x == r2)

【讨论】：

【解决方案4】：

一个递归函数，派生自基于@Aivean Stream 的函数，

def rand(n: Int, r: RNG): List[Int] = { 
  if (n < 0) List() 
  else {
    val (value, next) = r.nextInt
    value :: rand(n-1, next) 
  }
}

要获取5 随机值，

rand(5, RNG.simple(System.currentTimeMillis) )

【讨论】：