Λ-λογισμός με τύπους

Ο λ-λογισμός με τύπους είναι ένας τυποποιημένος φορμαλισμός που χρησιμοποιεί το σύμβολο λ () για την ανώνυμη αφαίρεση συνάρτησης. Σε αυτό το πλαίσιο, οι τύποι συνήθως είναι αντικείμενα συντακτικής φύσης που αντιστοιχίζονται σε λ-όρους — η ακριβής φύση ενός τύπου εξαρτάται από τον εκάστοτε λογισμό (βλ. παρακάτω). Οι λ-λογισμοί με τύπους μπορούν να θεωρηθούν εκλεπτυσμένες εκδόσεις του λ-λογισμού χωρίς τύπους αλλά μπορούν επίσης να θεωρηθούν και σαν βασικότερη θεωρία, με τον λ-λογισμό χωρίς τύπους να είναι ειδική περίπτωση που έχει μόνο έναν τύπο.

Οι λ-λογισμοί με τύπους είναι θεμελιώδεις γλώσσες προγραμματισμού και αποτελούν τη βάση των γλωσσών συναρτησιακού προγραμματισμού με τύπους όπως η ML και η Haskell, και κάπως γενικότερα των γλωσσών προστακτικού προγραμματισμού. Οι λ-λογισμοί με τύπους παίζουν σημαντικό ρόλο στη σχεδίαση των συστημάτων τύπων των γλωσσών προγραμματισμού, όπου η τυποποιησιμότητα συνήθως εκφράζει επιθυμητές ιδιότητες του προγράμματος, όπως π.χ. ότι το πρόγραμμα δε θα προκαλέσει κάποιο σφάλμα μνήμης.

Οι λ-λογισμοί με τύπους έχουν στενή σχέση με τη μαθηματική λογική και τη θεωρία αποδείξεων μέσω του ισομορφισμού Κάρι-Χάουαρντ και μπορούν να θεωρηθούν η εσωτερική γλώσσα των κλάσεων των κατηγοριών, π.χ. ο λ-λογισμός με απλούς τύπους είναι η γλώσσα των καρτεσιανών κλειστών κατηγοριών.

 Είδη των λ-λογισμών με τύπους 
Έχουν μελετηθεί πολλοί λ-λογισμοί με τύπους: οι τύποι του λ-λογισμού με απλούς τύπους είναι μόνο βασικοί τύποι (ή μεταβλητές τύπων) και τύποι συναρτήσεων . Το Σύστημα T επεκτείνει το λ-λογισμό με απλούς τύπους με έναν τύπο φυσικών αριθμών και πρωτογενή αναδρομή ανώτερης τάξης - σε αυτό το σύστημα μπορούν να οριστούν όλες οι συναρτήσεις που αποδεικνύεται ότι είναι πρωτογενώς αναδρομικές στην αριθμητική Πεάνο. Το Σύστημα F επιτρέπει τον πολυμορφισμό χρησιμοποιώντας καθολικούς ποσοδείκτες πάνω σε όλους τους τύπους - από λογικής απόψεως μπορεί να περιγράψει όλες τις συναρτήσεις που μπορεί να αποδειχθεί ότι είναι πλήρεις στη λογική δεύτερης τάξης. Οι λ-λογισμοί με εξαρτώμενους τύπους είναι η βάση της ιντουισιονιστικής θεωρίας τύπων, του λογισμού των κατασκευών και του LF, ενός αμιγούς λ-λογισμού με εξαρτώμενους τύπους. Βασισμένος σε δουλειά του Μπεράρντι πάνω στα αμιγή συστήματα τύπων (pure type systems), ο Μπάρεντρεγκτ πρότεινε τον λ-κύβο για τη συστηματοποίηση των σχέσεων μεταξύ των αμιγών λ-λογισμών με τύπους (συμπεριλαμβανομένων του λ-λογισμού με απλούς τύπους, του Συστήματος F, του LF και του λογισμού των κατασκευών).

Κάποιοι λ-λογισμοί με τύπους περιλαμβάνουν την έννοια του υποτύπου, δηλ. αν ο  είναι ένας υπότυπος του , τότε όλοι οι όροι τύπου  έχουν επίσης τύπο . Οι λ-λογισμοί με τύπους και υπότυπους είναι ο λ-λογισμός με απλούς τύπους και τύπους συζεύξεως (conjunctive types) και το Σύστημα F<:.

Όλα τα παραπάνω συστήματα, εκτός του λ-λογισμού χωρίς τύπους, είναι ισχυρά κανονικοποιήσιμα: όλοι οι υπολογισμοί τερματίζουν. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να είναι συνεπή σαν λογικές, δηλ. δεν υπάρχουν κενοί τύποι. Υπάρχουν όμως λ-λογισμοί με τύπους που δεν είναι ισχυρά κανονικοποιήσιμοι. Για παράδειγμα ο λ-λογισμός με εξαρτώμενους τύπους που περιέχει ένα τύπο όλων των τύπων (Τύπος : Τύπος) δεν είναι κανονικοποιήσιμος λόγω του παραδόξου του Ζιράρ. Το σύστημα αυτό είναι επίσης το πιο απλό αμιγές σύστημα τύπων, ενός φορμαλισμού που γενικεύει τον λ-κύβο. Τα συστήματα με ρητούς συνδυαστές αναδρομής (recursion combinators), όπως το PCF του Πλότκιν, δεν είναι κανονικοποιήσιμα, αλλά δεν προορίζονται να ερμηνευτούν σαν λογικές. Η PCF (Programming language for Computable Functions) είναι μια πρωτότυπη γλώσσα συναρτησιακού προγραμματισμού με τύπους, στην οποία οι τύποι χρησιμοποιούνται για να βεβαιωθεί ότι τα προγράμματα συμπεριφέρονται σωστά, αλλά δεν είναι απαραίτητο να τερματίζουν.

 Εφαρμογές στις γλώσσες προγραμματισμού 
Στον προγραμματισμό, οι ρουτίνες (συναρτήσεις, διαδικασίες, μέθοδοι) των γλωσσών προγραμματισμού με ισχυρούς τύπους έχουν σχέση με τις λ-εκφράσεις με τύπους. Η Eiffel έχει την έννοια του "ένθετου πράκτορα" ("inline agent") που επιτρέπει τον ορισμό και το χειρισμό απευθείας λ-εκφράσεων με τύπους, μέσω εκφράσεων όπως agent (p: PERSON): STRING do Result := p.spouse.name end, που σημαίνει ένα αντικείμενο που αναπαριστά μια συνάρτηση που επιστρέφει το όνομα της συζύγου ενός ατόμου.

Παραπομπές

 Henk Barendregt, Lambda Calculi with Types, Handbook of Logic in Computer Science, Volume II, Oxford University Press.

Κατηγορία:Λ-λογισμός
Κατηγορία:Θεωρία τύπων