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E-Book

Haskell-Intensivkurs

Ein kompakter Einstieg in die funktionale Programmierung

Autor	Adrian Neumann, Marco Block
Verlag	Springer-Verlag
Erscheinungsjahr	2011
Seitenanzahl	300 Seiten
ISBN	9783642047183
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	39,99 EUR

Das Buch bietet eine kompakte Einführung in die funktionale Programmierung mit Haskell. Die Autoren vermitteln zunächst anhand von Beispielen grundlegende Konzepte, die das Fundament für die funktionale Programmentwicklung bilden. Anschließend werden fortgeschrittene Aspekte behandelt und zahlreiche neue Anwendungen und Themengebiete vorgestellt. Mit Übungsaufgaben zu jedem Kapitel und Lösungen am Ende des Buchs kann der Stoff auch im Selbststudium erarbeitet werden. Die Webseite zum Buch enthält Beispiele und weitere Materialien.

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Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

1 Motivation und Einführung	20
1.1 Funktionale Programmierung	21
1.1.1 Motivation und Anwendung	21
1.1.2 Warum gerade Haskell?	22
1.2 Grundbegriffe und Prinzipien der Programmentwicklung	22
1.3 Installation und Verwendung von Haskell	23
1.3.1 Installation der aktuellen Version	24
1.3.2 Die ersten Schritte in Hugs	25
1.3.3 Arbeiten auf der Konsole	25
1.3.4 Die Entwicklungsumgebung winhugs	26
1.3.5 Erstellung und Verwendung von Skripten	27
1.4 Haskell ist mehr als ein Taschenrechner	28
1.5 Vordefinierte Funktionen der Prelude	29
Teil I Haskell-Grundlagen	31
2 Einfache Datentypen	32
2.1 Wahrheitswerte	33
2.1.1 Negation	34
2.1.2 Konjunktion	34
2.1.3 Disjunktion	35
2.1.4 Exklusiv-Oder	35
2.1.5 Boolesche Algebra	36
2.1.6 Boolesche Gesetze	36
2.2 Zahlentypen	38
2.2.1 Datentyp Int	38
2.2.2 Datentyp Integer	39
2.2.3 Datentypen Float und Double	40
2.3 Zeichen und Symbole	40
2.4 Übungsaufgaben	41
3 Funktionen und Operatoren	42
3.1 Funktionen definieren	43
3.1.1 Parameterübergabe	44
3.1.2 Reservierte Schlüsselwörter	45
3.1.3 Wildcards	45
3.1.4 Signaturen und Typsicherheit	46
3.1.5 Pattern matching	47
3.1.6 Pattern matching mit case	48
3.1.7 Lokale Definitionen mit where	48
3.1.8 Lokale Definitionen mit let-in	49
3.1.9 Fallunterscheidungen mit Guards	50
3.1.10 Fallunterscheidungen mit if-then-else	51
3.1.11 Kommentare angeben	51
3.2 Operatoren definieren	52
3.2.1 Assoziativität und Bindungsstärke	52
3.2.2 Präfixschreibweise – Operatoren zu Funktionen	53
3.2.3 Infixschreibweise – Funktionen zu Operatoren	54
3.2.4 Eigene Operatoren definieren	54
3.3 Lambda-Notation	55
3.4 Übungsaufgaben	56
4 Rekursion als Entwurfstechnik	57
4.1 Rekursive Fakultätsfunktion	58
4.2 Lineare Rekursion	59
4.3 Kaskadenförmige Rekursion	60
4.4 Verschachtelte Rekursion	61
4.5 Wechselseitige Rekursion	62
4.6 Endständige Rekursion	62
4.7 Übungsaufgaben	62
5 Einfache Datenstrukturen	64
5.1 Listen	65
5.1.1 Zerlegung in Kopf und Rest	66
5.1.2 Rekursive Listenfunktionen	68
5.1.3 Zusammenfassen von Listen	70
5.1.4 Automatische Erzeugung von Listen	71
5.1.5 Automatisches Aufzählen von Elementen	72
5.1.6 Lazy evaluation	74
5.1.6.1 Unendliche Listen	74
5.1.6.2 Das Sieb des Eratosthenes	75
5.1.7 Listen zerlegen	76
5.2 Tupel	77
5.2.1 Beispiel pythagoräisches Tripel	78
5.2.2 Beispiel n-Dameproblem	79
5.3 Zeichenketten	80
5.4 Übungsaufgaben	82
6 Funktionen höherer Ordnung	83
6.1 Mapping	85
6.2 Filtern	86
6.3 Faltung	87
6.3.1 Faltung von rechts mit Startwert	88
6.3.2 Faltung von rechts ohne Startwert	91
6.3.3 Faltung von links mit Startwert	92
6.3.4 Faltung von links ohne Startwert	93
6.3.5 Unterschied zwischen Links- und Rechtsfaltung	93
6.4 Entfaltung	94
6.4.1 Definition von unfold	94
6.4.2 Mapping durch unfold	95
6.5 Zip	96
6.6 Unzip	96
6.7 Funktionskompositionen	97
6.8 Currying	99
6.9 Übungsaufgaben	101
7 Eigene Typen und Typklassen definieren	102
7.1 Typsynonyme mit type	103
7.2 Einfache algebraische Typen mit data und newtype	104
7.2.1 Datentyp Tupel	107
7.2.2 Datentyp Either	107
7.2.3 Datentyp Maybe	108
7.2.4 Datentypen mit mehreren Feldern	109
7.3 Rekursive Algebraische Typen	111
7.4 Automatische Instanzen von Typklassen	112
7.4.1 Typklasse Show	113
7.4.2 Typklasse Read	113
7.4.3 Typklasse Eq	114
7.4.4 Typklasse Ord	114
7.4.5 Typklasse Enum	114
7.4.6 Typklasse Bounded	115
7.5 Eingeschränkte Polymorphie	115
7.6 Manuelles Instanziieren	115
7.7 Projekt: Symbolische Differentiation	118
7.7.1 Operatorbaum	119
7.7.2 Polynome berechnen	120
7.7.3 Ableitungsregeln	120
7.7.4 Automatisches Auswerten	121
7.8 Eigene Klassen definieren	122
7.9 Übungsaufgaben	123
8 Modularisierung und Schnittstellen	124
8.1 Module definieren	125
8.2 Sichtbarkeit von Funktionen	125
8.3 Qualified imports	127
8.4 Projekt: Adressbuch	127
8.4.1 Modul Woerterbuch	127
8.4.2 Modul Adressbuch	128
8.4.3 Modul TestAdressbuch	129
8.5 Übungsaufgaben	130
Teil II Fortgeschrittene Haskell-Konzepte	132
9 Laufzeitanalyse von Algorithmen	133
9.1 Motivation	134
9.2 Landau-Symbole	135
9.2.1 Obere Schranken O	135
9.2.2 Starke obere Schranken o	136
9.2.3 Untere Schranken	136
9.2.4 Starke untere Schranken	137
9.2.5 Asymptotisch gleiches Wachstum	137
9.2.6 Definition über Grenzwerte von Quotientenfolgen	137
9.3 Umgang mit Schranken und Regeln	137
9.4 Übersicht wichtiger Laufzeiten	139
9.5 Best, Worst und Average Case	139
9.6 Analysieren der Laufzeit	139
9.6.1 Fakultätsfunktion	140
9.6.2 Elemente in Listen finden	141
9.6.3 Listen umdrehen	142
9.6.4 Potenzen	143
9.6.5 Minimum einer Liste	145
9.7 Übungsaufgaben	147
10 Arrays, Listen und Stacks	148
10.1 Arrays	149
10.1.1 Statische Arrays	149
10.1.2 Dynamische Arrays	151
10.2 Liste und Stack	152
10.3 Listen sortieren	153
10.3.1 SelectionSort	153
10.3.2 InsertionSort	154
10.3.3 BubbleSort	155
10.3.4 QuickSort	157
10.3.5 MergeSort	159
10.3.6 BucketSort	160
10.3.7 RadixSort	161
10.4 Algorithmen auf Stacks	163
10.4.1 Umgekehrte Polnische Notation	163
10.4.2 Projekt: Klammertest	164
10.5 Übungsaufgaben	166
11 Warteschlangen	167
11.1 Implementierung über Listen	168
11.2 Amortisierte Laufzeitanalyse	169
11.2.1 Bankiermethode	169
11.2.2 Analyse der Warteschlange	170
11.3 Erweiterung um Lazy Evaluation	170
11.4 Angepasste amortisierte Analyse	171
11.5 Beispielanwendung	173
11.6 Übungsaufgaben	173
12 Bäume	174
12.1 Implementierung der Datenstruktur Baum	175
12.2 Balancierte Bäume	176
12.3 Traversierungen	177
12.3.1 Pre-, In- und Postorder	177
12.3.2 Levelorder	178
12.4 Übungsaufgaben	179
13 Wörterbücher	180
13.1 Analyse und Vorüberlegungen	181
13.2 Implementierung	182
13.3 Laufzeitanalyse	183
13.4 Übungsaufgaben	184
14 Prioritätswarteschlangen	186
14.1 Operationen und mögliche Umsetzungen	187
14.2 Realisierung mit einer Liste	187
14.3 Realisierung mit einem Binärbaum	187
14.4 Zwei Bäume verschmelzen	189
14.5 Amortisierte Laufzeitanalyse von merge	190
14.6 Beispielanwendung	191
14.7 Übungsaufgaben	192
15 Random-Access Listen	193
15.1 Realisierung mit einem Suchbaum	194
15.1.1 Preorder versus Inorder bei Binärbäumen	194
15.1.2 Liste vollständiger Binärbäume	195
15.1.3 Verschmelzen mit Greedy-Strategie	195
15.2 Implementierung der grundlegenden Listenfunktionen	197
15.3 Implementierung von elementAn	198
15.4 Beispielanwendung	199
15.5 Übungsaufgaben	200
16 Graphen	201
16.1 Definition und wichtige Begriffe	202
16.2 Abstrakter Datentyp Graph	203
16.2.1 Adjazenzliste und Adjazenzmatrix	203
16.2.2 Implementierung der Adjazenzliste	204
16.3 Algorithmen auf Graphen	205
16.3.1 Traversieren von Graphen	206
16.3.1.1 Tiefensuche im Graphen	207
16.3.1.2 Breitensuche im Graphen	208
16.3.1.3 Implementierung von Tiefen- und Breitensuche	208
16.3.2 Topologisches Sortieren	212
16.4 Übungsaufgaben	215
17 Monaden	216
17.1 Einführung und Beispiele	217
17.1.1 Debug-Ausgaben	217
17.1.1.1 Rückgabewert und Funktionskomposition	217
17.1.1.2 Eigene Eingabetypen definieren	218
17.1.1.3 Identitätsfunktion	218
17.1.2 Zufallszahlen	219
17.2 Monaden sind eine Typklasse	220
17.3 do-Notation	221
17.3.1 Allgemeine Umwandlungsregeln	221
17.3.2 Umwandlungsregeln für if-then-else	222
17.3.3 Beispiel	223
17.4 Vordefinierte Monaden	224
17.4.1 Monade Writer	224
17.4.2 Monade Reader	225
17.4.3 Monade State	227
17.4.4 Monade List	229
17.5 Ein- und Ausgaben	231
17.5.1 Stream-basierte Eingaben	231
17.5.2 Monade IO	232
17.5.2.1 Bildschirmausgaben	233
17.5.2.2 Tastatureingaben	234
17.5.2.3 Eingabepufferung	234
17.5.2.4 Beispiel: Hangman	235
17.5.3 Dateien ein- und auslesen	237
17.6 Übungsaufgaben	238
18 Programme verifizieren und testen	240
18.1 Beweis durch vollständige Induktion	241
18.1.1 Die fünf Peano-Axiome	241
18.1.2 Beweiskonzept	242
18.1.2.1 Gaußsche Summenformel	242
18.1.2.2 Vier- und Fünf-Euro-Münze	243
18.1.2.3 Fakultätsfunktion	243
18.1.3 Vollständige Induktion über Strukturen	244
18.1.3.1 Induktion über Listen	245
18.1.3.2 Induktion über Bäume	246
18.2 QuickCheck	247
18.2.1 Beispiel: Sortieren	248
18.2.2 QuickCheck für eigene Typen verwenden	249
18.2.3 Testdatengeneratoren	249
18.3 Übungsaufgaben	250
19 Berechenbarkeit und Lambda-Kalkül	252
19.1 Der Lambda-Kalkül	253
19.2 Formale Sprachdefinition	253
19.2.1 Bezeichner	253
19.2.2 -Funktion	254
19.2.3 Applikation	254
19.2.4 Reguläre -Ausdrücke	254
19.3 Freie und gebundene Variablen	255
19.4 -Ausdrücke auswerten	255
19.4.1 -Konversion	255
19.4.2 -Reduktion	256
19.5 Boolesche Algebra	257
19.5.1 True und False	257
19.5.2 Negation	258
19.5.3 Konjunktion und Disjunktion	258
19.6 Tupel	258
19.6.1 2-Tupel	259
19.6.2 First und Second	259
19.7 Listen	259
19.7.1 Head – Kopf einer Liste	260
19.7.2 Tail – Rest einer Liste	260
19.7.3 Empty – Test auf eine leere Liste und Nil	260
19.8 Arithmetik	261
19.8.1 Natürliche Zahlen	261
19.8.2 Zero – Der Test auf Null	261
19.8.3 S – Die Nachfolgerfunktion	262
19.8.4 Die Addition	263
19.8.5 Die Multiplikation	264
19.8.6 Die Vorgängerfunktion	264
19.9 Rekursion	265
19.9.1 Alternative zu Funktionsnamen	265
19.9.2 Fixpunktkombinatoren	266
19.10 Projekt: -Interpreter	267
19.10.1 -Ausdrücke repräsentieren	268
19.10.2 Auswerten von -Ausdrücken	268
19.10.3 Freie und gebundene Variablen	270
19.10.4 Wörterbuch für Substitutionen	270
19.10.5 -Parser	272
19.11 Übungsaufgaben	274
Lösungen der Aufgaben	275
Literaturverzeichnis	283
Sachverzeichnis	286

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