Python 进阶之 Monad

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发布于: 2021 年 01 月 03 日

假设实现讲一个字符转换为 int，再取反，之后返回一个字符，相关实现如下：

from operator import negy = str(neg(int('1'))) # y = -1

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如果上述实现传入的参数是'xyz'，那么上述实现会抛出异常，如果不进行异常捕获处理，那么就会导致程序崩溃。我们可以考虑，我们是否可以实现这样的一个功能，保存一个标志，判断是否存在异常，如果存在异常则捕获并返回None和设置标志为True。很显然str、neg和int函数并不具备这样的功能，此时便是 Monad 的用武之地。

在[1]文章中作者指出：

A monad is a design pattern that allows us to add a context to data values, and also allows us to easily compose existing functions so that they execute in a context aware manner.

翻译就是：Monad 是一种设计模式，它使得我们可以向数据中添加上下文，进而实现一些组合功能，从而达到可以感知上下文的方式运行。

Failure Monad

下面实现上述的 Monad，主要是添加一个 bind 方法主要实现：

从 Monad 中取出value参数
执行bind方法的入参(一个函数)
包装一个新的 Monad 并返回

class Failure:    def __init__(self, value, failed = False):        self.value = value        self.failed = failed        def get(self):        return self.value        def __str__(self):        return ' '.join([str(self.value), str(self.failed)])        def bind(self, f):        if self.failed:            return self        try:            x = f(self.value)            return Failure(x)        except:            return Failure(None, True)
# 测试数据print(Failure(1).bind(int).bind(neg).bind(str)) # -1 Falseprint(Failure("xyz").bind(int).bind(neg).bind(str)) # None True

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接下来我们进行一些语法改进，通过重载|运算符，达到 bind 函数的实现。

    def __or__(self, f):        return self.bind(f)

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那么，上述测试案例可以按照如下方式实现：

print(Failure('1') | int | neg | str) # -1 Falseprint(Failure('xyz') | int | neg | str) # None True

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反观，这种实现的结果和 Linux 的管道，形式上类似。

List Monad

List Monad 主要实现以下功能：

实现对一个 List Monad 中的 value 进行封装
通过 bind 函数实现将一个函数 list 所有元素处理

class List:    def __init__(self, value):        self.value = value        def get(self):        return self.value        def __str__(self):        return ' '.join(map(str, self.value))        def bind(self, f):        y = map(f, self.value)        return List(y)        def __or__(self, f):        return self.bind(f)
# 测试程序print(List([1,2,3]).bind(neg)) # -1 -2 -3print(List([1,2,3]) | neg) # -1 -2 -3print(List([1, 2, 3]).bind(str).bind(lambda s: s.zfill(4))) # 0001 0002 0003

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Maybe monad

在实际程序运行中，还经常出现读取到不存在值的情况，例如，查找一个不存在的值，或在尝试从数据库中读取一条根本就不存在的记录。解决这种情况常见的实现方式是将变量置为 None，但是这存在一些问题：

程序中需要一系列if not x的语句，对值不存在的情况进行处理
有时 None 并不代表值不存在，而是表示计算中遇到了错误，或者其他情况。
有时 None 是该字段一个有效状态，且不表示特殊意义，例如不存在的状态等。

基于此，提供 Just Monad 和 Nothing Monad 分别表示值存在和不存在两种情况。

Just Monad

class Just():    def __init__(self, value):        self.value = value        def get(self):        return self.value        def bind(self, f):        result = f(self.value)        return Just(result)        def __str__(self):        return 'Just(' + str(self.value) + ')'        def __or__(self, f):        return self.bind(f)
# 测试程序print(Just(3) | neg) # Just(-3)

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Nothing Monad

此时，无value，所以bind函数的返回值总是Nothing()。

class Nothing():    def __init__(self):        pass        def get(self):        return None        def bind(self, f):        return Nothing()        def __str__(self):        return 'Nothing()'        def __or__(self, f):        return self.bind(f)
# 测试程序print(Nothing().bind(neg))# Nothing()

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参考资料

发布于: 2021 年 01 月 03 日阅读数: 52

原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/6e0f5cf2c6a49ca54157e46dd】。

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正向成长 2018.08.06 加入

想要坚定地做大规模数据处理(流数据方向)，希望结合结合批处理的传统处理方式，以及之后流批混合处理方向进行学习和记录。

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