haskell - 在 Haskell 中建模异构图

标签 haskell graph-theory dsl typechecking

如何在 haskell 中对我将称之为“异构图”的内容进行建模,以便可以在编译时验证图的类型正确性?

为此,异构图是一组节点,每个节点都有一个特定的类型标签,以及一组边,每个节点都有一个源类型标签和一个目的地类型标签。

我们希望静态地确保,当一条边添加到图中时,该边的源类型标签与源节点的类型标签匹配,并且该边的目标类型标签与目标节点的类型标签匹配。但我们不希望以微不足道的方式做到这一点(通过强制整个图只包含具有一个特定类型标签的节点)。

最佳答案

我不确定我将如何在编译时强制执行此操作——我认为它要求你的图形完全静态?——但在运行时使用 Typeable 强制执行相对简单。 .这是一个草图,它会是什么样子。首先,我将从输入 Node 开始和 Edge类型:

data Node a = Node a
data Edge a b = Edge !Int !Int

将它们包裹在存在主义中:
{-# LANGUAGE ExistentialQuantification #-}

import Data.Typeable

data SomeNode
  = forall a. (Typeable a)
  => SomeNode (Node a)

data SomeEdge
  = forall a b. (Typeable a, Typeable b)
  => SomeEdge (Edge a b)

具有使用存在量化类型的异构图数据类型:
import Data.IntMap (IntMap)

-- Not a great representation, but simple for illustration.
data Graph = Graph !(IntMap SomeNode) [SomeEdge]

然后是执行动态类型检查的操作:
{-# LANGUAGE ScopedTypeVariables #-}
{-# LANGUAGE TypeApplications #-}

import qualified Data.IntMap as IntMap

addNode
  :: forall a. (Typeable a)
  => Int -> a -> Graph -> Maybe Graph
addNode i x (Graph ns es) = case IntMap.lookup i ns of

  -- If a node already exists at a given index:
  Just (SomeNode (existing :: Node e)) -> case eqT @e @a of

    -- Type-preserving replacement is allowed, but…
    Just Refl -> Just $ Graph ns' es

    -- …*type-changing* replacement is *not* allowed,
    -- since it could invalidate existing edges.
    Nothing -> Nothing

  -- Insertion is of course allowed.
  Nothing -> Just $ Graph ns' es

  where
    ns' = IntMap.insert i (SomeNode (Node x)) ns

-- To add an edge:
addEdge
  :: forall a b. (Typeable a, Typeable b)
  => Edge a b -> Graph -> Maybe Graph
addEdge e@(Edge f t) (Graph ns es) = do

  -- The ‘from’ node must exist…
  SomeNode (fn :: Node tfn) <- IntMap.lookup f ns
  -- …and have the correct type; and
  Refl <- eqT @a @tfn

  -- The ‘to’ node must exist…
  SomeNode (tn :: Node ttn) <- IntMap.lookup t ns
  -- …and have the correct type.
  Refl <- eqT @b @ttn

  pure $ Graph ns $ SomeEdge e : es

现在这成功了:
pure (Graph mempty mempty)
  >>= addNode 0 (1 :: Int)
  >>= addNode 1 ('x' :: Char)
  >>= addEdge (Edge 0 1 :: Edge Int Char)

但改变Int/CharEdge Int Char到无效类型,或 0/1到无效索引,将失败并返回 Nothing .

关于haskell - 在 Haskell 中建模异构图,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/50072210/

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