Camilo Chacón Sartori - Computación y programación funcional

Sin temor a equivocarnos, podemos afirmar que la mayoría de los paradigmas computacionales actualmente en boga tienen su semilla en las décadas de los 50 y los 60: la programación orientada a objetos, la inteligencia artificial, la computación funcional, el cálculo lambda, la programación estocástica y tantas otras ideas. Las sucesivas encantaciones de dichas creaciones primigenias devienen, gracias a los nuevos aportes, interacciones y experiencias, en el mundo digital que vivimos hoy.

Los paradigmas reaparecen adaptados y evolucionados para enfrentar necesidades nuevas, tales como los crecientes volúmenes de información y los tamaños de los sistemas computacionales, que en muchos casos superan los millones de líneas de código. Así, por ejemplo, en su momento florece el concepto de programación estructurada como consecuencia del creciente tamaño de los programas y la necesidad de garantizar un código computacional libre de errores. También aparecen nuevos enfoques de administración de datos, con la creación de lenguajes especializados como lo fue SQL (1970), fundamentado en el cálculo relacional propuesto por C. J. Date.

Nacen lenguajes que favorecen la programación orientada a objetos basados en el concepto de clase ofrecido por el lenguaje Simula. Estos lenguajes evolucionaron de diversas formas, de ellas solo mencionaremos Python (1991) y Java (1995) dadas sus notorias diferencias conceptuales: Java exige clasificar los objetos durante la fase de compilación, mientras que Python delega la clasificación de los objetos en el momento de ejecución. El primero busca garantizar la correcta interacción entre objetos, mientras que el segundo busca una forma más simple de especificación. En el segundo caso, se reduce la necesidad de tener un conocimiento detallado de los objetos utilizados, pero se aumenta la carga de trabajo durante la ejecución.

En 1994, junto al Internet abierto y público, aparece el procesamiento distribuido. Ahora sus componentes ya no forman parte de sistemas localizados, donde los diversos módulos que interactúan son conocidos, sino que deben interactuar con objetos y procedimientos remotos cuyo detalle se desconoce. Esto conlleva la necesidad de definir interfaces con contexto laxo para simplificar su interacción. Es aquí donde aparecen necesidades conceptuales y lingüísticas que deben ser provistas por nuevas herramientas que permitan la implementación de las interfaces necesarias.

Lo descrito presenta el entorno donde se ubica la computación funcional y el cálculo lambda contenidos en este libro.

El libro nos presenta un sólido análisis teórico y conceptual de los tópicos vertidos aquí, y describe detalladamente la manera en la que estas ideas se hacen disponibles en los lenguajes Haskell (1980), Python (1991) y Racket (1995). La lectura y el estudio detallado de su contenido proveerán al lector de los conocimientos necesarios que le permitirán comprender, resolver y extender los problemas asociados al desarrollo de programas computacionales conforme las tendencias actuales.

Quisiera terminar con un pensamiento que el matemático D.H. Lehmer escribió en 1966:

Hay dos tipos de actividades en la investigación matemática: (a) la mejora de las carreteras entre las partes bien establecidas de las matemáticas y los puestos avanzados de su dominio, y (b) el establecimiento de nuevos puestos de avanzada.

Tomando la segunda actividad primero, parece haber dos escuelas de pensamiento sobre la cuestión de cómo descubrir mejor nuevos puestos de avanzada. La escuela más popular de nuestros días favorece la extensión de la prueba a situaciones más generales. Este procedimiento tiende a debilitar las hipótesis más que a fortalecer las conclusiones. Favorece la proliferación de teoremas de existencia y es psicológicamente reconfortante porque es menos probable que uno se encuentre con teoremas que no puede probar.

Bajo este régimen, las matemáticas se convertirían en un universo en expansión de generalidad y abstracción, extendiéndose sobre un paisaje multidimensional sin rasgos distintivos en el que cada piedra se convierte en una pepita de oro, por definición. 1

Carlos Lauterbach R.

PhD en Ciencias de la Computación

UCLA, 1976.

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1Lehmer D.H. «Mechanized Mathematics», Bulletin of the American Mathematical Society , September 1966, Vol 72, pp 739-750.

La popularidad de la programación funcional ha crecido en los últimos años debido a sus principales ventajas a la hora de construir software: reducción de errores, manejo eficiente de datos en entornos concurrentes que deben escalar y un gran respaldo teórico. Sin embargo, muchos programadores fracasan en su intento de adentrase en ella por ir directamente a aprenderla usando un lenguaje de programación (tecnología), omitiendo así la teoría y el contexto histórico que le dio origen.

Por eso este libro presenta una tesis muy simple: «la programación funcional no puede reducirse solo al uso de la tecnología».

Para sustentarla, ofrecemos una introducción a lo qué es la computación y la programación, en pos de delimitar su campo de acción. En segundo lugar, presentamos el cálculo lambda, que es el modelo de computación que influenció a la programación funcional en los años en los que ni siquiera existían los lenguajes de programación ni mucho menos los ordenadores digitales. Y para concluir, usamos los lenguajes de programación Racket y Python para enseñar las diversas características de la programación funcional, sus fortalezas y debilidades y como ellas pueden combinarse con otros paradigmas.

Este libro está dividido en tres partes fundamentales:

I. Introducción a la computación y la programación. En los primeros tres capítulos abordaremos los fundamentos de la computación, la programación y los lenguajes de programación. Incluso, y no menos importante, trataremos sus implicaciones filosóficas.

II. Cálculo lambda. Los capítulos del 4 al 11 serán una introducción a este modelo de computación, que es la base de la programación funcional. En ellos encontraremos diversos ejemplos para su mayor comprensión.

III. Programación funcional. En los capítulos restantes entraremos a la parte aplicada del libro, donde veremos cuáles son los conceptos principales de este paradigma usando lenguajes de programación.

Asimismo, este libro no renuncia a una visión teórica de la computación, ni mucho menos a la parte práctica. Se deduce así que la computación es una conversación entre estas dos cuestiones y que una no puede reducir o absorber a la otra.

Por otro lado, y no menos importante, todo el libro es un recorrido a través del cálculo lambda no tipado y, por consiguiente, significa que haremos uso de lenguajes de programación que son dinámicos y libres de tipos. No obstante, la importancia de los sistemas de tipos en la programación funcional es innegable y fundamental. Por ello, se dedica un capítulo para conocer el cálculo lambda tipado con una breve introducción a Haskell.

En resumen, usted aprenderá lo siguiente:

• Qué es la computación, la programación y los lenguajes de programación. Así tendrá una visión general del área que le permitirá entender el porqué de la existencia de diferentes paradigmas de programación y cómo ellos se entrelazan para construir software, con un énfasis en el modelo funcional.

• Los fundamentos que subyacen a la programación funcional, a saber: el cálculo lambda.

• Cómo aplicar estos fundamentos en un lenguaje de programación de origen funcional como lo es Racket, y en otro de uso masivo, como Python.

• A diseñar y construir un pequeño lenguaje de programación usando el enfoque funcional.