【告知】関数型プログラミング入門本をリリースしました〜Functional Programming From Scratch
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この記事は、
2023-12-1にZennで公開した
関数型プログラミングの入門本
Functional Programming From Scratch
関数型プログラミングをゼロからわかりやすく実用的に幅広い視点から解説！〜 圏論からFRPの構築まで
🔷UNIT 1🔷 OVERVIEW
の冒頭部分です。
全UNIT 1 ~ 5のうち、この本は、UNIT 1です
★1. OVERVIEW
関数型プログラミングの一番「外側」を紹介
関数型プログラミングとは何か？
最新のプログラミングコミュニティの動向、CPUと命令型プログラミング、システム言語における型、構造化プログラミングへの抽象化、関数型言語の紹介、オブジェクト指向と関数型プログラミングの用語と数学の関係、Unreal Engine（ゲームエンジン）の関数型言語Verse、SolidJS、FRPの哲学的側面も含む広く一般的な話題
TypeScriptとF#の開発環境のクイックスタート、セットアップ
2. BASIC
関数型プログラミングを成立させるための骨格となるパーツを紹介
ファーストクラス関数 、 ラムダ式 、 高階関数 、 二項演算の結合性 、 関数合成 、 Monoid（モノイド）
これがなければ関数型プログラミングは始まらないので理解は必須
3. THEORY
関数型プログラミングの根底にある理論にかなり深く踏み込む
難解だと思われている 圏論（Category theory） も含め、特に興味がある読者向け
著名な論文を引用しながらも、アプローチしやすい解説を試みる
興味のない読者は無理をしてすべて理解しようとしなくても良いし、読み飛ばしても構わない
4. APPLICATION
THEORYの内容のまとめ、図を含む
Pipeline/List/Option/IO/Timeline/Async Monad を紹介
Monadの実装、F#とTypeScriptを使って具体的なコードを書いていく
最終的には ゼロからミニマルなFRPを構築 することを目指す
5. SAMPLE CODE
サンプルコード
関数型プログラミングはなぜわかりにくいのか？
多くのプログラマーにとって
- Unknown Unknowns 「知らない事に気づいてない」
さらに
- Unknown Knowns 「知っている事なのに気づいてない」
領域にある知識体系だから
そして、その「気づき」について丁寧に説明されることは稀だ
巷にあふれる多くの関数型プログラミングの解説
関数型プログラミングとは、
-
純粋関数（Pure fiunction） を組み合わせる
-
純粋関数とは、副作用（Side effect） があってはならない
-
「変数」は イミュータブル（Immutable） だ
-
参照透過性（Referential transparency） がある（ように心がけよう）
概ねこういった感じで、目新しい用語とともに特徴、スペックが列挙される
これらすべては、 かなり厳しい制約ルール であり、プログラマがこれまで意識してこなかった要件であることは間違いなく、コーディングの自由度を奪う、 まるでプログラマの手足を縛ってしまう ように感じられてしまう
それぞれの用語の概念の正体については 「それは本当は何のことなのか？」 実は最後の最後まで読者へきちんと説明されることはない
なぜその概念でなければいけないのか？なぜそこまで制約されないといけないのか？？ 「それは本当は何のことなのか？」 がきちんと処理されていないので、目新しいコードと共に、「こんな綺麗なコードが書けますね」「なんとなくメリットが感じられましたか？」的にゴリ押しされてしまうことがとても多い
ほんとうは、これらの目新しい用語と概念には、 シンプルで強固な共通点 があり、根本的に気づいておくべき概念がある、そこをまず最初に徹底的に説明しなければいけない
そこは偉大な「気づき」のプロセスであり、本来ならば「気づき」は 知的な探検・冒険 であり、たいへん面白いものであるはず
しかし巷の解説の第一目標が、こういう列挙された特徴を網羅しておくこと、それぞれに説得力ありそうな説明を紐付けること、というような本末転倒な姿勢であるがために、この一番重要な「気づき」については、まるでおまけ程度に軽く触れられるだけか、あるいは完全にすっとばされてしまう
説明する人間も「本当はわかっていない」（実はこのケースは非常に多いと見ていて思う）か、わかっていてもすでに体得してしまっている本人にとっては、あえて親切に説明する行為は技量も必要なので面倒くさい、「一応は言ったよね」で済まされやすい
もちろん、筆者はすべての解説を知っているわけではないが、この理由でほとんどの解説は失敗している、と思う
Knowns | Unknowns 〜「知っている事」「知らない事」
ある人間にとっては、世の中には Knowns | Unknowns 〜 「知っている事」「知らない事」 がある
もちろん世の中「知らない事」のほうが圧倒的に多いだろうし、こんなグラフの比率で済むはずはないので「知っている事」の大きさは説明の都合上かなり誇張されている
少しずつ、 Unknowns「知らない事」 の領域を置き換えるように、 Knowns「知っている事」 の領域を押し広げていく行為が 知識の獲得 ということになる
たとえば、プログラミング、ITの領域に限定して言うならば、
-
Rust というプログラミング言語を学びたい！
-
UnrealEngine5 を使いこなせるようになりたい！
-
Docker の実践的テクニックを知りたい！
といった感じになるだろう
でも、それって自分にとってUnknowns「知らない事」である事は、Known「気づいていた」よね？
Rust、UnrealEngine5、Dockerその他もろもろは、プログラミング、IT世界で 有名な、Well-known「よく知られている」 技術だ
ここでの 有名な、Well-known「よく知られている」 とは皆が技術の中身をよく知っている、熟知しており精通している、ということではなく、名前が知れ渡っており、よく認知されている、気づかれている、という意味になる
Unknown「気づいてない」という未知の領域
つまり、技術の中身を知っていようがいまいが、その よく知られたKnown領域 のさらに外側には、一般によく認知すらされていない、 Unknown「気づいてない」未知の領域 が存在している
Unknown「気づいてない」をKnown「気づいている」に変える
関数型プログラミングの「部品」は、RustやDockerのようにすでに世間でよく知られているような技術ではない、ので
関数型プログラミングを習得するためには
Before
Unkown（気づいてない）
After
Known（気づいている）
というプロセス＝ 気づき が何より重要
しかし、 巷にあふれる多くの関数型プログラミングの解説 では、関数型プログラミングにとって必要な、おそらく読者にとっては未知で、気付いてもいないような新概念が、あたかもすでに巷で有名、Well-knownであるかの如く解説を試みている
このアプローチは通用しない
その結果、
「関数型プログラミングには純粋関数という知識があります」
「純粋関数は参照透過です」
「純粋関数は副作用が発生しません」
という、知らない概念を、別の知らない概念で説明しようとする、土台のない空中でなにかを組み立てるような、まったく意味不明の解説が通常モードである、というとんでもない状態になっている
もしくは、さすがに本能的にまずいと気付いているケースでは、かなり特異な例題を立ち上げて、そのサンプルコードを書いて読者の説得を試みる
だいたい、この二択で、ボトムラインとしては、根本概念の正体、「気づき」については触れられないまま終わる、肝心の読者の気づきを与えるような説明されることは決してない
-
知らない言葉で別の知らない言葉を説明する ←論外
-
特異な事例のサンプルコードを示して、未知の概念を読者の脳内で再構築させる ←そんなことができる天才はめったに存在しない
「両者の合わせ技」というのも存在する
それは、関数型言語である Haskellのコードを書いて関数型プログラミングや「圏論の入門書」と言ってしまう パターン
-
Haskellという知らない言語の未知の言語仕様をもって関数型プログラミングの新規概念を説明する
-
Haskellという知らない言語のサンプルコードを示して、関数型プログラミングや圏論という未知の概念を読者の脳内で再構築させる
この「両者の合わせ技」は言うまでもなく筋悪であるが、このアプローチでわかったつもりになれた、少なくとも実際にHaskellのコードは自分で書けるようになった人間が、自分が通らざるを得なかった同じアプローチを無限に再生産している、というプログラミング界隈の厳しい現状が実際にある
Unknown「気付いてない」Knowns | Unknowns
Unknown「気付いてない」知識には、
-
Knowns「知っている事」
-
Unknowns 「知らない事」
の両方がある
その事を明確化するために、あくまで分類の概念図の問題ではあるが、グラフを書き換えることもできる
まず、下半分は、通常気付いている、よく知られている、Knownの領域
繰り返しとなるが、学びたい対象がすでにWell-knownな技術、RustであったりUnrealEngineであったりDockerである場合は、このアプローチが機能する
しかし、関数型プログラミングではこのアプローチが機能しない
Unknown Knowns「知っている事を気付いてない」
まず最初に、 Known Knowns「知っている事を気付いている」ことを再確認 しておくことは、とても重要
たとえば、 小学校の算数で最初の頃に習った「足し算」「引き算」「掛け算」「割り算」は誰でも「とても良く知っている」はずだ
本書では、実際にこのレベルから始まっているし、それは上記の方針より計画的にそのように設計している
結局の所、学習とは「すでによく知っているとわかっている事」をベースに知見を拡張するしかない
あなたがすでによく知っている事とは、実は、関数型プログラミングに照らし合わせてみると、こういう事なんですよ？
Before
Unkown Knowns「知っている事を気付いてない」
After
Known Knowns「知っている事を気付いている」
というのは「気づき」のプロセスであり、これまでのUnknowns「知らない事」を新しく仕入れる作業が発生しないので、非常に楽でスムーズ
つまり、小学校卒業した全員が「とても良く知っている」「足し算」「引き算」「掛け算」「割り算」は、その人にとっては盤石な知識であり、今更また算数ドリルをやりなおす必要はない
これはその人がすでに小学校時代に苦労して獲得した偉大な知的資産だ
しかし、この「四則演算」と呼ばれる「代数構造」が、関数型プログラミングやMonad
（モナド）と呼ばれる概念にどのように繋がるのか？ほとんどの人は知らない、知らされていない
そして、一旦「気づき」を得るならば、 この「四則演算」という苦労して獲得した知的資産が、関数型プログラミングの知見へ、そのまま、まるごと流用できる
従って、この「気づき」を気づかせない、知らせない、教えない、解説しない、というのはとんでもない事であり、それは説明者の怠慢か、単に説明者自身がろくに理解していないか、そのどちらかでしかないのだが、実際のところ後者のケースが非常に多い
本書では、この作業を意識して徹底的に試みている
もし、あなたがこのことを「気付いていない」のであれば、それだけで本書を読んでみる価値はあるだろう
Unknown Unknowns「知らない事を気付いてない」の領域に踏み込む
次にのステップは、このUnknown Knowns「知っている事を気付いてない」を基軸として、Unknown Unknowns「知らない事を気付いてない」の領域に踏み込む
これはたとえば、 【時間の流れ】の理論物理学的視点ということまで含む
関数型プログラミングにおける「時間の取り扱い」について理論物理学的視点で紹介している著名な書籍としては、『計算機プログラムの構造と解釈』（Structure and Interpretation of Computer Programs。原題の略称 SICP がよく使われる）
計算機プログラムの構造と解釈 単行本 – 2000/2/1 ジェラルド・ジェイ サスマン (著), ジュリー サスマン (著), ハロルド エイブルソン (著), & 4 その他
が存在する
関数型プログラミングにおける「時間の取り扱い」の理論物理学的視点 については、少なくとも筆者は SICPを例外として、ただひとつの解説を見た記憶がない ので、それだけ世間でなおざりにされている重要なテーマであると考える
本書では、この作業を意識して徹底的に試みている
もし、あなたがこのことを「気付いていない」のであれば、それだけで本書を読んでみる価値はあるだろう
MarkdownNote（VSCode Extention）
この本を執筆するにあたり、膨大な画像の貼り付け、Markdownの記述を効率よく行うために、自前のWYSIWYGエディタ（VSCodeの拡張機能）を開発し利用した
Discussion
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