Открыть список
Как стать автором
Обновить

Игра Жизнь на языке программирования Mercury

Программирование
В рамках экспериментов с языком программирования Mercury а также под впечатлением уже неоднократно поднимавшейся в последнее время здесь темы игры Жизнь (1, 2, 3) захотелось написать свою реализацию на этом интересном языке программирования.

В двух словах о Mercury. Этот язык функционально-логического программирования замышлялся как усовершенствование prolog'а. Усовершенствование заключается в введении в пролог статической типизации (а так же декларирование режима детерминизма). Как результат — больше возможностей у компилятора создать эффективный исполнимый код, больший контроль на этапе компиляции. Любителям пролога, наверняка знаком анекдот:
Q: How many Prolog programmers does it take to change a light bulb?
A: False.

В царстве прологов нишу типизированных прочно занимает Visual Prolog. Но, стоит отметить, что подходы Visual Prolog и Mercury весьма отличны.

Поход VIP более консервативен, а Mercury — более радикален. Например, из mercury были выкинуты все императивные возможности классических прологов, как например assert/retract, failure-driven loops, и т.д., а методы работы с вводом-выводом напоминают таковые в Haskell, а именно, каждая функция, использующая ввод-вывод обязана принять две дополнительные переменные: WorldIn и WorldOut, описывающие состояние внешнего мира до и после вызова этой функции. Эти две переменные служат для задания параметрической зависимости между двумя последовательными вызовами функций, что запрещает компилятору переставлять их местами. В отсутствие такой зависимости компилятор волен тасовать вызовы функций/предикатов как ему заблагорассудится в угоду оптимизации результирующей программы. Разработчики VIP, напротив, не только не убрали императивные возможности, но даже добавили ООП в свою реализацию Prolog.

Вообще, тут можно много еще рассказать, однако перейдем к коду. (Дополнительную информацию по теме Mercury, вы, при желании, можете найти на официальном сайте, или на этом русскоязычном сайте).

Реализация на самом деле, основывается на подходе решения на APL, показанного в этом видео на youtube:
Игра Жизнь в одну строку APL кода.

Уверен, что знатоки Prolog и Erlang найдут синтаксис Mercury весьма знакомым.

:- module life.

:- interface.

:- import_module io.

:- pred main(io, io).
:- mode main(di, uo) is det.

:- implementation.

:- import_module int, list, require.

:- type row == list(int).
:- type grid == list(row).
:- type sign ---> sum; mul; or_.

:- type lr ---> left; right; no.
:- type ud ---> up; down; no.

eq([R | RR], N) = [eq_row(R, N) | eq(RR, N)].
eq([], _) = [].

eq_row([H|T], N) = [(H=N->1;0) | eq_row(T,N)].
eq_row([],_) = [].

sum(M1, M2) = R :- R1 = agg(M1, M2, sum) -> R = R1 ; error("can't sum").
or(M1, M2) = R :- R1 = agg(M1, M2, or_) -> R = R1 ; error("can't or").
mul(M1, M2) = R :- R1 = agg(M1, M2, mul) -> R = R1 ; error("can't mul").

sum_lst(L) = R :- (
	L = [M1,M2|MM] -> R = sum_lst([sum(M1,M2)|MM])
	;
	L=[M] -> R = M
	;
	error("sum_lst")
	).

:-func agg(grid, grid, sign) = grid is semidet.
agg([R1 | RR1], [R2 | RR2], Sign) = [agg_rows(R1, R2, Sign) | agg(RR1, RR2, Sign)].
agg([], [], _) = [].

:-func agg_rows(row, row, sign) = row is semidet.
agg_rows([E1 | EE1], [E2 | EE2], Sign) = [agg_elts(E1, E2, Sign) | agg_rows(EE1, EE2, Sign)].
agg_rows([], [], _) = [].

agg_elts(E1, E2, sum) = E1 + E2. 
agg_elts(E1, E2, mul) = E1 * E2. 
agg_elts(E1, E2, or_) = E1 \/ E2. 

hor([H | T], LR) = [hor_row(H, LR) | hor(T, LR)].
hor([], _) = [].

head_det(L) = E :- (
	L = [], error("empty list")
	;
	L=[E1|_], E = E1
	).
	
gen(T, N) = R :- (
	N=0 -> R = []
	;
	R = [T|gen(T,N-1)]
	).

vert(M, up) = [zeros(M) | without_last(M)].
vert(M, down) = without_first(M) ++ [zeros(M)].
vert(M, no) = M.

zeros(M) = gen(0, length(head_det(M))).

without_first(L) = R :- (
	L = [], error("without_first fail")
	;
	L=[_ | T], R=T
	).

without_last(L) = R :- ( 
	L=[], error("without_last fail")
	;
	L=[_], R=[]
	;
	L=[H,H1|T], R=[H|without_last([H1|T])]
	).

hor_row(L, left) = [0 | without_last(L)].
hor_row(L, right) = without_first(L) ++ [0].
hor_row(L, no) = L.

:- func move(grid, ud, lr) = grid.
move(M, UD, LR) = hor(vert(M, UD), LR).

neighbours(M) = sum_lst([
	move(M, up, left),
	move(M, up, no),
	move(M, up, right),
	
	move(M, no, left),
	move(M, no, no),
	move(M, no, right),

	move(M, down, left),
	move(M, down, no),
	move(M, down, right)
	]).


%% this is GoL algorithm
%%
next(M) = or(eq(MN,3), eq(mul(M,MN),4)) :- MN = neighbours(M).


%% grid pretty-print
%%
print_m([H|T]) --> print_r(H), nl, print_m(T).
print_m([]) --> [].

print_r([H | T]) --> print_el(H), print_r(T).
print_r([]) --> [].

print_el(H) --> print(H=0->".";"#").

trace(M, N) --> (
	{N = 0} -> []
	;
	print_m(M),
	nl,
	trace(next(M), N-1)
	).

m1 = [
	[0,1,0,0,0,0,0,0,0,0],
	[0,0,1,0,0,0,0,0,0,0],
	[1,1,1,0,0,0,0,0,0,0],
	[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
	[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
	[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
	[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
	[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
	[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]
	].

main -->
	trace(m1,25).


Фактически, ключевой строкой всего алгоритма является:

%% this is GoL algorithm
%%
next(M) = or(eq(MN,3), eq(mul(M,MN),4)) :- MN = neighbours(M).


которая дословно значит: клетка будет жива на следующем шаге, если её число соседей, включая себя, равно 3, или число соседей, включая себя, равно 4 и клетка жива.

Еще одной интересной особенностью mercury является умение выводить типы, так же как и haskell. Для этого надо компилировать с ключем --infer-all:

D:\stuff\test\mercury>mmc.bat --infer-all -s hlc.gc life.m
life.m:021: Inferred :- func eq(list.list(list.list(T2)), T2) =
life.m:021:   list.list(list.list(int)).
life.m:024: Inferred :- func eq_row(list.list(T2), T2) = list.list(int).
life.m:027: Inferred :- func sum(list.list(list.list(int)),
life.m:027:   list.list(list.list(int))) = list.list(list.list(int)).
life.m:028: Inferred :- func or(list.list(list.list(int)),
life.m:028:   list.list(list.list(int))) = list.list(list.list(int)).
life.m:029: Inferred :- func mul(list.list(list.list(int)),
life.m:029:   list.list(list.list(int))) = list.list(list.list(int)).
life.m:031: Inferred :- func sum_lst(list.list(list.list(list.list(int)))) =
life.m:031:   list.list(list.list(int)).
life.m:047: Inferred :- func agg_elts(int, int, life.sign) = int.
life.m:051: Inferred :- func hor(list.list(list.list(int)), life.lr) =
life.m:051:   list.list(list.list(int)).
life.m:054: Inferred :- func head_det(list.list(T)) = T.
life.m:060: Inferred :- func gen(T, int) = list.list(T).
life.m:066: Inferred :- func vert(list.list(list.list(int)), life.ud) =
life.m:066:   list.list(list.list(int)).
life.m:070: Inferred :- func zeros(list.list(list.list(T))) = list.list(int).
life.m:072: Inferred :- func without_first(list.list(T)) = list.list(T).
life.m:078: Inferred :- func without_last(list.list(T)) = list.list(T).
life.m:086: Inferred :- func hor_row(list.list(int), life.lr) = list.list(int).
life.m:093: Inferred :- func neighbours(list.list(list.list(int))) =
life.m:093:   list.list(list.list(int)).
life.m:110: Inferred :- func next(list.list(list.list(int))) =
life.m:110:   list.list(list.list(int)).
life.m:115: Inferred :- pred print_m(list.list(list.list(int)), io.state,
life.m:115:   io.state).
life.m:115: Inferred :- mode print_m(in, di, uo) is det.
life.m:118: Inferred :- pred print_r(list.list(int), io.state, io.state).
life.m:118: Inferred :- mode print_r(in, di, uo) is det.
life.m:121: Inferred :- pred print_el(int, io.state, io.state).
life.m:121: Inferred :- mode print_el(in, di, uo) is det.
life.m:123: Inferred :- pred trace(list.list(list.list(int)), int, io.state,
life.m:123:   io.state).
life.m:123: Inferred :- mode trace(in, di, di, uo) is det.
life.m:131: Inferred :- func m1 = list.list(list.list(int)).


(Без этого ключа все сигнатуры надо указывать в коде).
Ну и собственно запуск, иллюстрирующий эволюцию глайдера:


D:\stuff\test\mercury>life.exe
.#........
..#.......
###.......
..........
..........
..........
..........
..........
..........

..........
#.#.......
.##.......
.#........
..........
..........
..........
..........
..........

..........
..#.......
#.#.......
.##.......
..........
..........
..........
..........
..........

..........
.#........
..##......
.##.......
..........
..........
..........
..........
..........

..........
..#.......
...#......
.###......
..........
..........
..........
..........
..........

..........
..........
.#.#......
..##......
..#.......
..........
..........
..........
..........

..........
..........
...#......
.#.#......
..##......
..........
..........
..........
..........

..........
..........
..#.......
...##.....
..##......
..........
..........
..........
..........

..........
..........
...#......
....#.....
..###.....
..........
..........
..........
..........

..........
..........
..........
..#.#.....
...##.....
...#......
..........
..........
..........

..........
..........
..........
....#.....
..#.#.....
...##.....
..........
..........
..........

..........
..........
..........
...#......
....##....
...##.....
..........
..........
..........

..........
..........
..........
....#.....
.....#....
...###....
..........
..........
..........

..........
..........
..........
..........
...#.#....
....##....
....#.....
..........
..........

..........
..........
..........
..........
.....#....
...#.#....
....##....
..........
..........

..........
..........
..........
..........
....#.....
.....##...
....##....
..........
..........

..........
..........
..........
..........
.....#....
......#...
....###...
..........
..........

..........
..........
..........
..........
..........
....#.#...
.....##...
.....#....
..........

..........
..........
..........
..........
..........
......#...
....#.#...
.....##...
..........

..........
..........
..........
..........
..........
.....#....
......##..
.....##...
..........

..........
..........
..........
..........
..........
......#...
.......#..
.....###..
..........

..........
..........
..........
..........
..........
..........
.....#.#..
......##..
......#...

..........
..........
..........
..........
..........
..........
.......#..
.....#.#..
......##..

..........
..........
..........
..........
..........
..........
......#...
.......##.
......##..

..........
..........
..........
..........
..........
..........
.......#..
........#.
......###.


Пожалуй, на сегодня всё.

Еще несколько ссылок:
  1. Windows дистрибутив языка mercury доступен здесь: code.google.com/p/winmercury
  2. Еще пару примеров на этом ЯП: langexplr.blogspot.com/search/label/mercury
  3. Освежить представление о Prolog: 1, 2
  4. Еще пару one-liner'ов игры жизнь на k и q (потомки APL, kx.com): k, q
Теги:mercurymercury programming languageprologhaskellgame of lifelifeconwaykx.comAPL
Хабы: Программирование
Всего голосов 30: ↑27 и ↓3 +24
Просмотры3.7K

Комментарии 12

Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

Похожие публикации

Лучшие публикации за сутки