Python 中的递归数据类型

Question

Python 中最接近 Haskell 中的递归数据类型的是什么？（即在定义自身时使用类型自己的定义。）

编辑：

为了给出递归类型的更具体的定义，下面是 Haskell 中的二叉树：

data Tree a             = Leaf a | Branch (Tree a) (Tree a) 

我的阅读方式如下：二叉树可以是叶子，也可以包含两个子树，这两个子树又是类型树本身。

有关Haskell中递归类型的更多信息，可以参考这里： https: //www.haskell.org/tutorial/goodies.html

我实际上想到的是将 Haskell 中的单词树定义转换为 Python。WordTree这是我的一个旧项目中的定义：

data WordTree = Word String | Subword String [WordTree] | Root [WordTree]

AWordTree是一个 n 叉树结构，其中单词的公共前缀存储在双亲中，其余部分以排序的方式存储在树的叶子中。我相信这种类型定义有点类似于 Trie。然而，由于 Haskell 是一种函数式编程语言，它允许这种类型定义是递归的。Python 中（或者一般来说，在面向对象的编程中）对于这种类型的定义最接近的可能是什么？

Answer 1

由于 Python 是动态类型的，因此定义您需要的任何类都没有问题。

class Tree:
    left = None
    right = None
    def __init__(self, left, right):
        self.left = left
        self.right = right

即使您有兴趣输入这些定义，您也可以像使用任何其他基于类的面向对象语言一样执行此操作：

from typing import Union

class Tree:
    left: Union['Tree', int]
    right: Union['Tree', int]
    def __init__(self, left: Union['Tree', int], right: Union['Tree', int]) -> None:
        self.left = left
        self.right = right

请注意使用字符串作为类型名称（在较新的 Python 版本中可以避免使用字符串）。

有关直接递归代数类型，请参阅 mypy 中的此未决问题，例如

Tree = Union[Tuple['Tree', 'Tree'], int]

定义您描述的最常见（尽管不一定推荐）的方法WordTree是使用超类和浅层层次结构：

from typing import List, final

class WordTree: pass

@final
class Word(WordTree):
    word: str

@final
class Subword(WordTree):
    subword: str
    children: List[WordTree]

@final
class Root(WordTree):
    children: List[WordTree]

使用这样的实现可能需要使用isinstance检查（尽管 Python3.10 为您提供了很好的糖分）。本例中省略了构造函数以避免混乱；您可能想轻松地使用dataclass它们来获取它们以及其他类型的行为。

迄今为止，Python 还没有办法禁止不相关的类继承自WordTree，从而破坏了静态推理此类程序的一些能力。

其他一些 OOP 语言，例如 Scala 和 Kotlin 以及（即将推出的）Java，可以采用这样的定义（使用sealed类），并为您提供类似于 Haskell 等函数式语言所提供的类型检查和语法结构。

据我所知，这种设计通常只推荐用于纯数据类，例如 AST。它不太适合定义面向用户的容器（例如 trie），因为它公开了数据结构的内部工作原理。因此，即使您采用该设计，您也可能希望将其用作实现细节，并使用另一个类 ，Trie以便客户端代码通过定义良好的 API 使用。该类可以有一个WordTree字段，或实现相同逻辑的任何其他方式。

在我看来，这对于面向对象设计与功能设计的区别至关重要。后者侧重于数据流和静态推理，而前者侧重于 API、可扩展性和解耦。我认为在语言和环境之间进行移植时，注意这一点很有帮助 - 尽管如上所述，某些语言尝试启用这两种设计方法。