如何为 IO 构建 Haskell 代码？

Question

我正在尝试学习 Haskell，所以我决定编写一个简单的程序来模拟围绕太阳的行星的轨道，但是我遇到了从模拟中打印坐标的问题，顶层函数在我的代码中如下：

runSim :: [Body] -> Integer -> Double -> [Body] 
runSim bodys 0 dtparam = bodys
runSim bodys numSteps dtparam = runSim (map (integratePos dtparam . integrateVel dtparam (calculateForce bodys)) (numSteps-1) dtparam

main = do 
      let planets = runSim [earth, sun] 100 0.05
      print planets

“Body”只是一个保存行星位置、速度等的数据类型，所以第一个参数只是模拟中的行星列表，其他参数是积分步数和时间步长大小分别。我的问题是，如何修改代码以在每次调用 runsim 后打印出所有主体的位置？我尝试向传递给 map 的组合函数添加一个“printInfo”函数，如下所示：

printInfo :: Body -> Body
printInfo b = do
        putStrLn b
        b

但它不能编译，谁能给我一些提示？

谢谢！

Answer 1

yairchu 为您的 printBody 问题提供了一个很好的答案。您的中心问题，即如何构建您的程序以便您可以打印出每一步，这有点困难。大概你想保留runSim 或类似的东西，纯粹的，因为它只是运行模拟，而 I/O 并不是它的工作。

有两种方法可以解决这个问题：要么让 runSim 返回一个无限的模拟步骤列表，要么让 I/O 包装器一次只运行一个步骤。我更喜欢第一个选项，所以我会从那个开始。

更改runSim 以返回步骤列表：

runSim :: [Body] -> Double -> [[Body]]
-- now returns a list of bodys, but no terminating condition
runSim bodys numSteps dtparam = nextBodys : runSim nextBodys dtparam
    where nextBodys = map (integratePos dtparam . integrateVel dtparam) 
                          (calculateForce bodys)

现在main 可以根据需要执行任意多个模拟步骤并将其打印出来：

main = mapM_ (mapM_ print) (take 100 $ runSim [earth, sun] 0.05)

我再次假设，按照 yairchu 的建议，您拥有Body deriving Show，这样print 就可以工作。 mapM_ 与 map 类似，不同之处在于它需要一个单子（此处为副作用）函数来映射（以 M 结尾）并且不返回列表（以 _ 结尾）。所以实际上它更像是 Scheme 中的for-each 或其他东西。

另一种方法是保留您的runSim 并编写一个一次只运行一个步骤的打印循环：

printLoop :: Integer -> [Body] -> IO [Body]
printLoop 0 bodies = return bodies
printLoop n bodies = do
    let planets = runSim bodies 1 0.05
    mapM_ print planets -- still need to have Body deriving Show
    printLoop (n-1) planets

main = do
    printLoop 100 [earth, sun]
    return ()

Answer 2

关于

printInfo :: Body -> Body
printInfo b = do
    putStrLn b
    b

除非“type Body = String”，否则您不能对Body 执行putStrLn。

ghci> :t putStrLn
putStrLn :: String -> IO ()

putStrLn 需要 String。你可以使用putStrLn . show，或者

$ hoogle "Show a => a -> IO ()"
Prelude print :: Show a => a -> IO ()

使用print。

现在，对Body、printInfo 的类型做出合理的假设是错误的。当它调用putStrLn 时，它应该以“-> IO Something”结尾。

这里：

printBody :: Body -> IO Body
printBody b = do
  print b
  b

现在这里的最后一行是错误的。 b 是 Body 类型，但里面的东西必须是 IO Body。我们如何才能进行这种转变？使用return :: Monad m => a -> m a。

所以这是一个工作版本：

printBody :: Body -> IO Body
printBody b = do
  print b
  return b

Answer 3

要做 IO，你必须在 IO monad：

printInfo :: Body -> IO Body
printInfo b = do
  putStrLn b
  return b

要从 runSim 函数中调用此函数，它必须在 IO monad 中：

runSim :: [Body] -> Integer -> Double -> IO [Body]

（虽然可能有更好的方法来组织你的功能。）

这个 monad 业务是不平凡的。它是 Haskell 最大的优势，但是当你第一次遇到它时，你很难绕过去。我建议完成一个教程，比如这个：

http://learnyouahaskell.com/

具体来说，这会让你开始：

http://learnyouahaskell.com/input-and-output

那里有很多关于 monad 的教程，其中包含更详细的内容（编写一个是每个人在掌握它们后的第一件事）。来自 haskell.org 的链接是您的朋友。

Answer 4

为了记录，这是我想出的解决方案，我想我现在用无限列表重新编码它：

runSim :: ([Body], [IO ()]) -> Integer -> Double -> ([Body], [IO ()]) 
runSim (bodys,bodyActions) 0 dtparam = (bodys, bodyActions)
runSim (bodys,bodyActions) numSteps dtparam = runSim (movedBodys, newBodyActions) (numSteps-1) dtparam
                where movedBodys = (map (integratePos dtparam . integrateVel dtparam) (calculateForce bodys))
                      newBodyActions = bodyActions ++ map print bodys

main = do 
      let planets = runSim ([earth, sun],[]) 100 0.05
      sequence $ snd planets

再次感谢大家！