Что такое детерминированность функции в js

JavaScript: Детерминированность

Независимо от того, какой язык программирования используется, функции внутри него обладают некоторыми фундаментальными свойствами. Зная эти свойства, легче прогнозировать поведение функций, способы их тестирования и место их использования. К таким свойствам относится детерминированность. Функция называется детерминированной тогда, когда для одних и тех же входных параметров она возвращает один и тот же результат. Например, функция, считающая количество символов, детерминированная:

import < length >from 'hexlet-basics/string'; length('hexlet'); // 6 length('hexlet'); // 6 length('wow'); // 3 length('wow'); // 3

Сколько бы раз мы ни вызывали эту функцию, передавая туда значение ‘hexlet’ , она всегда вернет 6 . В свою очередь функция, возвращающая случайное число, не является детерминированной, так как у одного и того же входа (даже если он пустой, то есть параметры не принимаются) мы получим всегда разный результат. Насколько он разный — не важно, даже если хотя бы один из миллиона вызовов вернет что-то другое, эта функция автоматически считается недетерминированной.

// Функция, возвращающая случайное число Math.random(); // 0.09856613113197676 Math.random(); // 0.8839904367241888

Зачем это нужно знать? Детерминированность серьезно влияет на многие аспекты. Детерминированные функции удобны в работе, их легко оптимизировать, легко тестировать. Если есть возможность сделать функцию детерминированной, то лучше ее такой и сделать

Задание

Функция Math.random() возвращает случайное число от 0 до 1 с большим количеством знаков после запятой. Но в реальных задачах бывает нужно получать случайные целые числа, например, в диапазоне от 0 до 10. Реализуйте код, который печатает на экран именно такие числа. Для этой задачи вам понадобятся функции Math.random() и Math.round()

Попробуйте решить это задание в одну строчку

Алгоритм

Так как Math.random() возвращает числа в диапазоне от 0 до 1, то чтобы получить числа от 0 до 10, нам нужно выполнить умножение на 10. Затем получившиеся число округляется и так мы получаем то, что нужно.

Упражнение не проходит проверку — что делать? ��

Если вы зашли в тупик, то самое время задать вопрос в «Обсуждениях». Как правильно задать вопрос:

Обязательно приложите вывод тестов, без него практически невозможно понять что не так, даже если вы покажете свой код. Программисты плохо исполняют код в голове, но по полученной ошибке почти всегда понятно, куда смотреть.

В моей среде код работает, а здесь нет ��

Тесты устроены таким образом, что они проверяют решение разными способами и на разных данных. Часто решение работает с одними входными данными, но не работает с другими. Чтобы разобраться с этим моментом, изучите вкладку «Тесты» и внимательно посмотрите на вывод ошибок, в котором есть подсказки.

Мой код отличается от решения учителя ��

Это нормально ��, в программировании одну задачу можно выполнить множеством способов. Если ваш код прошел проверку, то он соответствует условиям задачи.

В редких случаях бывает, что решение подогнано под тесты, но это видно сразу.

Прочитал урок — ничего не понятно ��

Создавать обучающие материалы, понятные для всех без исключения, довольно сложно. Мы очень стараемся, но всегда есть что улучшать. Если вы встретили материал, который вам непонятен, опишите проблему в «Обсуждениях». Идеально, если вы сформулируете непонятные моменты в виде вопросов. Обычно нам нужно несколько дней для внесения правок.

Кстати, вы тоже можете участвовать в улучшении курсов: внизу есть ссылка на исходный код уроков, который можно править прямо из браузера.

Полезное

Определения

Побочный эффект — действие, которое изменяет внешнее окружение (среду выполнения). Например, вывод на экран или отправка письма.

Чистые и детерминированные функции

Вчера я читал блог Мэтта Подвизоки (Matt Podwysocki) (этот блог, кстати, потрясающий, идите и подпишитесь), и у него есть пост «Recursing into Recursion – Memoization». Отличный пост, если вы хотите познакомиться с мемоизацией. У меня уже был пост об обобщенной функции мемоизации некоторое время назад, поэтому мы будем говорить не о мемоизации. То, что возбудило во мне интерес, было в конце статьи Мэтта:

Не забывайте, что корректная мемоизация требует, чтобы функция, которую вы пишете, была чистой. Это означает, что для одних и тех же входных данных будут вычисляться и возвращаться одни и те же результаты.

Моя первая мысль была «Эй, Мэтт, чистота подразумевает, что функция не имеет побочных эффектов, а детерминированность означает, что функция всегда возвращает одни и те же результаты для данных наборов параметров». Затем, как у любого хорошего программиста, моей второй мыслью было «На самом деле, возможно, я не прав». Поэтому я пошел и изучил этот вопрос, и не удивительно, что я ошибался.

Вот описание чистой функции из википедии:

Функция всегда вычисляет одинаковое результирующее значение для одних и тех же наборов аргументов. Результирующее значение функции не может зависеть от любой скрытой информации или состояния, которое может изменяться по мере выполнения программы, не может зависеть от любых внешних входных данных от устройств ввода/вывода.
Вычисление результата не должно вызывать любые семантически наблюдаемые побочные эффекты, такие как мутацию изменяемых объектов, или вывод в устройства ввода/вывода.

А вот определение детерминированного алгоритма Национальным Институтом стандартов и технологий (США):

Алгоритм, поведение которого можно полностью предсказать по входным данным.

Поэтому чистые функции на самом деле являются подмножеством детерминированных функций. Все чистые функции являются детерминированными, но не все детерминированные функции являются чистыми. Например, мы могли бы иметь функцию, которая принимает определенный набор параметров и возвращает детерминированный результат и еще записывает значения на диск или выводит на консоль. По определению такая функция не будет чистой, хоть и будет детерминированной.

Детерминированная и чистая:

public int Add(int val1, int val2)

Детерминированная, но не чистая:

public int Add(int val1, int val2)

Детерминированные функции так же не могут использовать внешнее состояние, потому что оно повлияет на их функционирование. Большинство определений детерминированных функций говорит, что вы можете определить результат по входным данным.

Как Мэтт отметил в своем посте, для мемоизации очень важно, чтобы функция была детерминированной. Это очевидно: из-за того, что мы имеем множество входных данных и затем мы кешируем множество результатов, мы надеемся на то, что функция будет возвращать те же результаты после каждого вызова с этими входными данными, иначе своей мемоизацией мы поменяем поведение функции.

Чистота функций важна по многим причинам, но в первую очередь, потому что она позволяет нам легче рассуждать о поведении функции. Если функция чистая и не имеет побочных эффектов, то мы можем с большей уверенностью рассуждать о производительности этой функции, поскольку нам нужно будет рассматривать меньше переменных. Так же вы не можете эффективно заставить функцию с побочными эффектами выполняться параллельно без сложного анализа её поведения. Чистая функция не должна зависеть от чего бы то ни было, кроме значений переданных ей. Такая функция не меняет никакого разделенного состояния и поэтому может выполняться параллельно без использования блокировок.

Если вы не знали до этого, что представляют собой чистые функции, надеюсь теперь у вас есть хорошее представление. Так же я надеюсь, что если у вас были какие-то заблуждения на их счет, как у меня, теперь всё прояснилось.

Действительно здорово узнать что-то новое, но еще лучше узнать о том, что ваши знания были неверны.

детерминизм
чистые функции
мемоизация

Веб-разработка
Программирование

Чистые функции — JS: Функции

Функции в программировании обладают рядом важных характеристик. Зная их, мы можем точнее определять, как лучше разбивать код на функции и когда вообще их стоит выделять.

Детерминированность

Встроенная в JavaScript функция Math.random() возвращает случайное число от 0 до 1:

Math.random(); // 0.9337432365797949 Math.random(); // 0.5550694016887598

Функция нужная и полезная, но неудобная в отладке и тестировании. Это связано с тем, что для одних и тех же входных аргументов (отсутствие аргументов также попадает под это понятие), она может возвращать разные значения. Функции с таким поведением называются недетерминированными.

Например, недетерминированными являются функции, оперирующие системным временем. Так, функция Date.now() каждый раз возвращает новое значение:

// Возвращает текущее время в миллисекундах Date.now(); // 1571909874844 Date.now(); // 1571909876648

А вот пример с аргументами. Представьте функцию getAge() , которая принимает на вход год рождения и возвращает возраст:

getAge(2000); // ?

Хотя прямо сейчас повторный запуск вернёт точно такое же значение, через год оно уже будет другим. То есть функция считается недетерминированной, если она ведёт себя так хотя бы единожды.

Детерминированные функции, напротив, ведут себя предсказуемо. Для одних и тех же входных данных они всегда выдают один и тот же результат. Именно такими являются функции в математике.

Интересно что, например, функция console.log() — детерминированная. Дело в том, что она всегда возвращает одно и то же значение для любых входных данных. Это значение undefined , а не то, что печатается на экран, как можно было бы подумать. Печать на экран — побочный эффект, о нём мы поговорим чуть позже.

console.log('Hexlet – Big Bang');

Вызов console.log(‘Hexlet — Big Bang’) выполнил два действия:

Вывел сообщение Hexlet — Big Bang в терминал (или консоль браузера, в зависимости от среды выполнения)
Вернул значение undefined . Какое сообщение бы мы ни печатали, возвращаемое значение всегда будет одно — undefined

Функция становится недетерминированной и в том случае, если она обращается не только к своим аргументам, но и некоторым внешним данным, например глобальным переменным, переменным окружения и так далее. Так происходит потому, что внешние данные могут измениться, и функция начнёт выдавать другой результат, даже если в неё передаются одни и те же аргументы.

const getCurrentShell = () => process.env.SHELL; getCurrentShell(); // /bin/bash

Функция getCurrentShell() обращается к переменной окружения SHELL . Но в разные моменты времени и в разных окружениях значение этой переменной может быть различным.

В общем случае нельзя сказать, что отсутствие детерминированности — абсолютное зло. Для работы многих программ и сайтов нужна функция, возвращающая случайное число или вычисляющая текущую дату. С другой стороны, в нашей власти разделить код так, чтобы в нем было как можно больше детерминированных частей. Общая рекомендация при работе с детерминированностью звучит следующим образом: если есть возможность написать функцию так, что она будет детерминированной, то так и делайте. Не используйте глобальных переменных, создавайте функции, зависящие только от своих собственных аргументов.

Понятие «Детерминированность» не ограничивается программированием или математикой. Сквозь него можно рассматривать практически любой процесс. Например, подбрасывание монетки — недетерминированный процесс, его результат случаен.

Побочные эффекты (side effects)

Вторая ключевая характеристика функций — наличие побочных эффектов. Побочными эффектами называют любые взаимодействия с внешней средой. К ним относятся файловые операции, такие как запись в файл, чтение файла, отправка или приём данных по сети и даже вывод в консоль.

const someFunction = () =>  // Функция fetch выполняет HTTP-запрос // HTTP-запрос — это побочный эффект fetch('https://ru.hexlet.io/courses'); >;

Кроме того, побочными эффектами считаются изменения внешних переменных (например, глобальных) и входных параметров в случае, когда они передаются по ссылке.

const someFunction = (obj) =>  // Какая-то логика // Побочный эффект. Изменение входного аргумента. obj.key = 'value'; >;

А вот вычисления (логика), напротив, не содержат побочных эффектов. Например, функция, суммирующая два переданных аргументами числа.

const sum = (num1, num2) => num1 + num2;

Побочные эффекты составляют одну из самых больших сложностей при разработке. Их наличие значительно затрудняет логику кода и тестирование. Приводит к возникновению огромного числа ошибок. Только при работе с файлами количество возможных ошибок измеряется сотней: начиная с того, что закончилось место на диске, заканчивая попыткой читать данные из несуществующего файла. Для их предотвращения код обрастает большим числом проверок и защитных механизмов.

Без побочных эффектов невозможно написать ни одной полезной программы. Какие бы важные вычисления она ни делала, их результат должен быть как-то продемонстрирован. В самом простом случае его нужно вывести на экран, что автоматически приводит нас к побочным эффектам:

console.log(sum(4, 11)); // => 15

В реальных же приложениях, обычно, все сводится к взаимодействию с базой данных или отправкой запросов по сети.

Не существует способа избавиться от побочных эффектов совсем, но их влияние на программу можно минимизировать. Как правило, в типичной программе побочных эффектов не так много по отношению к остальному коду, и происходят они лишь в самом начале и в конце. Например, программа, которая конвертирует файл из текстового формата в PDF, в идеале выполняет ровно два побочных эффекта:

Читает файл в самом начале работы программы.
Записывает результат работы программы в новый файл.

Между этими двумя пунктами и происходит основная работа, которая содержит чистую алгоритмическую часть. Побочные эффекты в таком случае будут находиться только в верхнем слое приложения, а ядро, выполняющее основную работу, останется чистым от них.

Инкремент и декремент — единственные базовые арифметические операции в JS, которые обладают побочными эффектами (изменяют само значение в переменной). Именно поэтому с ними сложно работать в составных выражениях. Они могут приводить к таким сложноотлавливаемым ошибкам, что во многих языках вообще отказались от их введения (в Ruby и Python их нет). В JS стандарты кодирования предписывают их не использовать.

Чистые функции

Идеальная функция с точки зрения удобства работы с ней называется чистой (pure). Чистая функция — это детерминированная функция, которая не производит побочных эффектов. Такая функция зависит только от своих входных аргументов и всегда ведёт себя предсказуемо.

Чистые функции обладают рядом ключевых достоинств:

Их просто тестировать. Достаточно передать на вход функции нужные параметры и посмотреть ожидаемый выход.
Их безопасно запускать повторно, что особенно актуально в асинхронном коде или в случае многопоточного кода.
Их легко комбинировать, получая новое поведение без необходимости переписывать программу (подробнее далее по курсу).

Открыть доступ

Курсы программирования для новичков и опытных разработчиков. Начните обучение бесплатно

130 курсов, 2000+ часов теории
1000 практических заданий в браузере
360 000 студентов

Наши выпускники работают в компаниях:

pure function (чистая функция)

Чистота функции – это требование к некоторым частям чистемы в Реакте. Она требуется к компонентам, редьюсерам и селекторам.

Характеристики чистых функций

Имьютабельность (immutability –”неизменность”) – чистая функция не должна мутировать (менять) то, что в нее пришло. Например, пришли пропсы или другие параметры, то функция не должна их мутировать, иначе это будет side effect (“побочный эффект”). Проще говоря, функция должна пришедшие параметры обработать и вернуть что-то, не меняя самого “оригинала” пришедших параметров.
К примеру, некоторые методы массивов меняют оригинал (splice, reverse и др.), а другие (slice) – создают новый массив. То значит первые мы не можем применять к оригиналу.
Редьюсеры – это тоже чистые функции. На примере них видно, что если нам нужно что-то все-таки изменить, то мы для этого копию объекта.
Читсая функция обязательно имеет return, чтобы что-то возвращать. В реакт это обычно jsx.
Чистые функции не должны иметь никаких side effects. К “побочным эффектам” относится то же изменение значений в глобальном мире, асинхронные запросы (это можно делать в методах жизненного цикла или внутри функции useEffect). По этой причине нельзя делать ajax-запросы в редьюсерах, но можно делать b[ в санках (они не чистые функции).
Идемпотентность (Idempotence) – свойство возвращать на выходе всегда тот же самый результат при получении одних и тех же данных. Это свойство касается также и запросов (GET-запросы – идемпонетнны, а POST – нет).

2 ответа к «pure function (чистая функция)»

Функция является детерминированной, если для одного и того же набора входных значений она возвращает одинаковый результат. (с) Wiki “Идемпотентность (Idempotence) – свойство возвращать на выходе всегда тот же самый результат при получении одних и тех же данных” Всегда возникал вопрос, в чем разница ?)

Мой вариант: Детерминированность: выход функции основан на входных значениях и ничего больше: нет другого (скрытого) входа или состояния, на которое полагается функция для генерации своего выхода. Идемпотентность: функцию можно вызывать множество раз без страха, того что она выполнит непредсказуемое действие или вернет непредсказуемый результат (Например вычисление рандомного числа)