系统F

计算机科学术语

系统F,也叫做多态lambda演算或二阶lambda演算,是有类型lambda演算。它由逻辑学家Jean-Yves Girard和计算机科学家John C. Reynolds独立发现的。系统F形式化了编程语言中的参数多态的概念。

简介
正如同lambda演算有取值于(rang over)函数的变量,和来自它们的粘合子(binder);二阶lambda演算取值自类型,和来自它们的粘合子。
作为一个例子,恒等函数有形如A→ A的任何类型的事实可以在系统F中被形式化为如下式判断:
这里的α是类型变量。
Curry-Howard同构下,系统F对应于二阶逻辑
系统F,和甚至更加有表达力的lambda演算一起,可被看作Lambda立方体的一部分。
逻辑和谓词
布尔类型被定义为: ,这里的α是类型变量。这产生了下列对布尔值TRUE和FALSE的两个定义,如下式:
接着,通过这两个λ-项,我们可以定义一些逻辑算子:
实际上不需要IFTHENELSE函数,因为你可以只使用原始布尔类型的项作为判定(decision)函数。但是如果需要一个的话:
谓词是返回布尔值的函数。最基本的谓词是ISZERO,它返回TRUE当且仅当它的参数是邱奇数0:
系统F结构
系统F允许以同Martin-Löf类型论有关的自然的方式嵌入递归构造。抽象结构(S)是使用构造子建立的。有函数被定类型为:
当S自身出现类型 中的一个内的时候递归就出现了。如果你有m个这种构造子,你可以定义S为:
例如,自然数可以被定义为使用构造子的归纳数据类型N
对应于这个结构的系统F类型是 。这个类型的项由有类型版本的邱奇数构成,前几个是:
如果我们反转curried参数的次序(比如 ),则n的邱奇数是接受函数f作为参数并返回f的n次幂的函数。就是说,邱奇数是一个高阶函数-- 它接受一个单一参数函数f,并返回另一个单一参数函数。
用在编程语言中
本文用的系统F版本是显式类型的,或邱奇风格的演算。包含在λ-项内的类型信息使类型检查直接了当。JoeWells
Wells的结果暗含着系统F的类型推论强类型的函数式编程语言,比如Haskell和ML。
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