7/19に行った無料F#セミナーの資料です。関数プログラミングにご興味があればこちらのセミナーをどうぞ。http://www.mamezou.com/training/f_pro.html

1. 関数型言語&形式的手法セミナー(３)
２０１１年７月１９日
株式会社豆蔵 有限会社ITプランニング
小笠原 啓
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2. Start F#! 本日の話題
F#のご紹介
関数プログラミングで開発を加速しよう！
応用事例：ここでも使われている関数型言語
形式手法 定理証明支援器Coqとのつながり
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3. まず簡単にF#のご紹介
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4. Microsoft Visual F#
Visual Studio 2010から搭載された.NET新言語。
2010年4月発売。
言語の開発自体は2000年頃から行われていた。
OCamlと呼ばれる言語を基礎としている。
メイン開発者の
Don Syme(Microsoft Resarch)
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5. F#の位置づけ
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6. F#の特長
静的型付け関数型言語 非同期/並列ライブラリ
型推論 単位付き浮動小数点
判別共用体とパターン コード引用符（マクロ）
マッチ モジュールの容易な拡張
.NET環境で動作 インタラクティブ環境
シーケンス(遅延リスト) IDEによる支援
コンピュテーション式
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7. 今日はF# Interactiveを使います
所謂
REPL
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8. デモ：F# Interactive
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9. 関数プログラミングで
開発を加速しよう！
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10. 唐突ですが、
nullチェックって面倒ですよね！？
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11. nullチェックは忘れやすい！
public Double roc(List<Double> values, int param, int offset) {
if(values == null || offset < 0 ||
offset >= values.size() - param || param < 1) {
return null;
}
Double c1 = values.get(offset + param);
Double c2 = values.get(offset);
return c2 / c1 * 100; チェック漏れ！
}
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12. そもそもnullって必要なの？
nullって何？
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13. nullは値が「ない」状態
1. 変数の未初期化によって起こる。
2. 変数に代入する値をすぐには作れな
い時に入れる。
3. 適切な値が作れなかった時の関数の
戻り値。
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14. 束縛による未初期化の回避
変数の考え方 束縛の考え方
Integer x; x = 1; let x = 1
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15. 値が「ない」状態を判別できる
option型
type ‘a option =
None nullの代わり
| Some of ‘a
値がない状態のNoneと値がある状態のSome(v)の重ね合
わせ（共用体）。
option型は中身を取り出さない限り具体的に使えない。
これでnullチェックを忘れるという事はなくなる。
F#ではoption型が標準でサポート。
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16. option型で書き直してみる
let roc values param offset =
option {
let! v = values
if offset >= 0 && offset < v.size() - param && param > 0 then
let! c1 = v.get(offset + param)
let! c2 = v.get(offset)
if c1 <> 0 then
return c2 / c1 * 100
}
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17. nullがない世界へようこそ
未初期化変数なんて構文上存在しない。
nullチェックなんて書かなくていい。
option型で「ない」場合を楽々制御。
コンパイラが教えてくれる。
null判定を確認する単体テストは不要。
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18. nullを無くして、
加速！
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19. 問題です
問. 整数のリストを受け取って、隣り合う要素の
差のリストを返す関数を作ってください。
ただし、受け取ったリストが空か1要素なら、空
リストを返します。
例えば、引数が[5, 8, 1]なら[-3, 7]を返します。
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20. Javaで書いてみる
public ArrayList<Integer> subList( ArrayList<Integer> ary ) {
ArrayList<Integer> result = new ArrayList<Integer>();
if( ary != null && ary.size() >= 2) {
for( int i = 0; i < ary.size() – 2; i++ ) {
result.add(ary.get(i) – ary.get(i + 1));
}
}
return result;
}
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21. インデックスアクセスって
間違いやすいですよね
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22. F#で書き直してみる
let subList xs =
if Seq.isEmpty xs then
Seq.empty
else
Seq.map2 (-) xs (Seq.skip 1 xs)
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23. 問題です
問. 今月の売上げリスト（商品名と売上高を含む
リスト）から、今月売れた商品名の一覧が欲しい
です。商品名の重複は無くしてください。
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24. Javaで書いてみる
長くなるので省略・・・
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25. F#で書いてみる
let sellProducts xs =
Seq.fold (fun ps sell ->
if Seq.exists ((=) sell.name) ps then
ps
else
sell.name :: ps) [] xs
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26. map, foldはなぜ強力か？
foldは、forループを回しながら元データを変換・
集約する任意のパターンを表現できる。mapはfold
の特殊版で変換に特化したもの。この二つがあれ
ば（ほぼ）事足りる。
高階関数（クロージャー）を手軽に書ける言語な
ら、さらに便利。
関数を合成して関数を作り出す事ができる言語な
ら、既存の関数を組み合わせて複雑なループを素
早く構成可能。
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27. map, foldで
さらに加速！！
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28. こんなプログラムを書いたことは
ありませんか？
for ( Product product : ps ) {
ArrayList<Sell> sells = loadMothlySells(product);
BigDecimal msale = new BigDecimal(0.);
for( Sell sell : sells ) {
msale = sell.sale.add(msale); データベースアクセス
}
writeMonthlySales(product, msale);
}
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29. 外部入出力が絡むと
単体テストが面倒
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30. 単体テストしやすいように
let takeMontlySells product sells =
product,
Seq.fold (fun msale sell -> sell.sales.add(msale)) 0D) sells
副作用
なし
let makeMothlySells products loader
products
|> Seq.map takeMontlySells (loader product)
let _ =
DBアクセス
makeMontlySells products (LoadMontlySells) 切り出し
|> Seq.iter writeMontlySells
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31. 純粋関数で楽々単体テスト
高階関数で副作用（DB読み込みやファイル書き込
み）を分離。
-> 単体テストが簡単に。
より細かい部品はF# Interactiveで動作チェック。
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32. 素早い単体テストで
加速！！
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33. マウスによる線引き機能
お絵かきツールを作るとします。
キャンバス上でマウスが動いた時には、マウス座
標位置表示を更新します。
キャンバス上でクリックが起きたら、そこを起点
とした線引きモードに移行します。
もう一度クリックされたら、線を確定します。
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34. 線引き機能の実装(概略)
enum CampasMouseListenerMode { Normal, Line; }
class CampasMouseListener implements MouseListener {
CampasMouseListenerMode mode; Lineモードでしか使わな
CampasPoint startPoint; い。暗黙のお約束。
public void mouseMoved( MouseEvent event ) {
}
public void mouseClicked( MouseEvent event ) {
}
}
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35. こう書けたら便利じゃ？
enum CampasMouseListenerMode {
Normal,
Line ( CampasPoint startPoint )
}
switch( mode ) {
case Normal: startPointは
case Line ( startPoint ) : Lineモードでしか
使えないようにす
る。
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36. それ何て判別共用体？
こういうenumの事を
判別共用体(F#)とかケースクラス(Scala)とか
バリアント(OCaml)とかデータ構築子( Haskell)
と呼びます。
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37. F#で書き直すと
type mode = Normal | Line of campasPoint
match mode with
Normal ->
| Line startPoint ->
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38. 判別共用体のご利益
場合分けとそれに伴う状態を一度に表現できる。
暗黙のお約束が無くなり、コードを書く側と読む
側の双方に優しい。
判別共用体の場合分け処理が足りない場合（例え
ばNormalの場合の分岐が欠けているとか)、コンパ
イラが教えてくれる。（網羅性チェック）
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39. 様々な応用例
トランプ
type mark = Spade | Heart | Diamond | Club
type card = Joker | Card of mark * int
バイナリツリー構造
type ‘a tree = Node of ‘a tree * ‘a tree | Leaf of ‘a
整数の足し算、引き算
type expr = Const of int
| Add of expr * expr
| Sub of expr * expr
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40. 暗黙のお約束を減らして、
加速！！
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41. イベントドリブンな
プログラムって煩雑ですよね？
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42. イベントドリブンプログラミング
の煩雑さ
1. イベント発生後の処理として直列繋ぎしか想定さ
れていない。（柔軟性の不足）
2. 引数による値の受け渡しではなく、もっとスコー
プの広い変数への代入と参照によって繋がりが作
られていくので、暗黙のお約束が増えていく。
（モジュラリティの欠如）
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43. どうしろと？
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44. イベントハンドラは
イベントを受け取ったら
新しいイベントを返せばいいのでは？
（Observerパターンの連鎖）
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45. 例えばこんなイベント処理を
考えてみます
Request inside process
chain
Request
Event
Response
chain
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46. F#ではこう書けます
同じイベントから派生
した二系統のチェーン
RequestEvent
|> Observer.map (fun req -> response1 req)
|> Observer.choose (fun r1 -> response2 r1)
|> Observer.choose (fun r2 -> response3 r2)
イベント間で値の
受け渡しができる
RequestEvent ので、モジュラリ
|> Observer.map (fun req -> process1 req) ティアップ。
|> Observer.choose (fun r1 -> process2 r1)
|> Observer.choose (fun r2 -> process3 r2)
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47. 概念的には、
イベント発生を一種のストリームと見な
し、
map, foldのようなリスト処理と
同じ考え方を当てはめています。
（Functional Reactive Programming）
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48. The Reactive Extensions(Rx)
Observerパターンの連鎖を強力に推し進めた.NET
用のライブラリ。（Microsoft謹製）
F#標準ライブラリObserverモジュールよりもリッ
チな関数群。
LINQになぞらえたAPIインターフェイス。
非同期並列処理も一緒に扱える。
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49. 例えば
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50. イベント処理をすっきり記述して
加速！！
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51. 関数プログラミングによる
加速まとめ
nullを無くして煩雑なチェックから解放。
forループの代わりにmap, foldで簡潔に。
副作用のない関数群で簡単単体テスト。
暗黙のお約束を無くして脳の負担を軽減。
イベント処理を関数的にすっきり記述。
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52. Let’s 関数プログラミング！
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53. 応用事例について
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54. 国外事例
Twitter(Scala)
分散フレームワークGizzard
Credit Suisse(F#)
クォンツ。デリバティブ取引。
Grage Insurance(F#)
格付けエンジン
WebSharper
F#向けWeb開発フレームワーク製品($595)
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55. 国内事例
タイムインターメディア(Haskell)
yesodフレームワークによるWebアプリ開発。
㈱パテントビューロ(Scala)
知的財産・技術情報に関するデータベース事業。
Scala + LiftによるWebシステム。
フィールドワークス(OCaml)
OCaml製・LL言語向けPDFライブラリ製品。
某名古屋の会社(F#)
元々.NETシステムを中心に開発。次の一手としてF#を積極採用。
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56. 弊社の事例を具体的に
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57. 株価分析サービス
某証券会社のWebサービスの一部を担当。株価を
解析して、その結果をWebAPIとして提供。
元上司からの依頼。「OCaml使うよ」「いいよ」
開発は約1か月。
Webサービス1本とバッチ系3本くらい。
OCaml + MySQL + xml-light。
ウェーブレット変換のためにC言語との連携。
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58. 株価分析サービス
関数プログラミングが便利だった点
データベース処理は遅延リストがとても便利。
苦労した点
当時珍しかった64bitサーバー。手元に同じCPUがな
く、コンパイルできなかったので、サーバーでコン
パイルした。（後で少しハックすればクロスコンパ
イルできると知った）。
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59. デモ・FXチャートシステム
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60. FXチャートシステム
クライアントサイド
ocamljsというOCamlコードをjavascriptとして出力す
るコンパイラを利用。
HTML5/CSS3を活用。
サーバーサイド
TICKデータを受け取って、24D/365H稼働するデーモ
ンをOCamlで。
PostgreSQL, MySQL, Oracle, Microsoft SQLなど対応。
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61. FXチャートシステム
「なるべく納期を早く」が顧客の要望
早くできます。しかも不具合も少ないです。
-> OCaml採用
OCaml開発者が私一人ではなく、アルバイト含め
れば3人以上いた。一人倒れたら終わりというリス
クは無く、会社組織として受託できると主張でき
た。
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62. FXチャートシステム
関数プログラミングが便利だった点
判別共用体(バリアント)による暗黙のお約束の低減。
ネットワーク通信のイベント発生後の処理を継続関
数で表現。
苦労した点
ループを伴う特定の代入操作はそのままでは遅かっ
た。部分的に生のjavascriptを呼び出した。
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63. デモ・F#による見積り管理
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64. 応用事例まとめ
関数プログラミングを採用する動きは既に始まっ
ている。
国内でもエンタープライズ向け開発の事例がちら
ほら。
安全かつ素早いコーディングが可能な関数プログ
ラミングによる開発体制を築けば、他社との競争
にも有利。
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65. 関数プログラミングは
なぜ重要か？
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66. 形式的手法との繋がり
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67. 形式的手法とのつながり
関数プログラミングはなるべく副作用を排除し、純粋
関数的にプログラムを記述。
-> プログラムの数学的な扱いがとても簡単になる。
-> テストが簡単になる。自動検証が可能になる。
形式的な様々な手法が適用可能になる。
仕様記述
プログラム検証
自動テスト
性質証明
コード生成
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68. 定理証明支援器Coq
高階論理を扱える定理証明支援器。
Gallinaという言語でプログラムを記述し、その性
質を証明できる。
Coqで書いたプログラムは、Haskell, OCaml, Scheme
に変換可能。
テストでは担保出来ない網羅性と信頼性が得られ
る。
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69. プログラムはテストから証明の時代へ
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70. 本日のまとめ
F#はMicrosoftが推奨する関数型言語。過去資産を
継承して関数プログラミングの利点を得られる。
関数プログラミングで開発を加速しよう！
関数プログラミングの適用は既に始まっている。
プログラムはテストから証明へ。
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71. 現場で活かす
関数型プログラミング(F#編)
F#を題材に関数プログラミングの基礎を習得できる
トレーニングコースです。
2011年8月8日(月) 10:00～17:00
at 豆蔵様トレーニングルール
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72. ご清聴ありがとうございました。
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