Fonksiyonel Programlama Notları III — Lisp’e Giriş

Sürekli bir yazı dizisi halinde paylaşmayı planladığım fonksiyonel programlamaya dair notlar.

Bu yazı dizisinin ilk bölümüne bu adresten ulaşabilirsiniz.

1950’lerin sonlarında MIT’de ilk yapay zeka çalışmalarını yürüten bilgisayar bilimcilerinden biri olan John McCarthy eski çalışmaları incelerken Church’ün lambda kalkülüs çalışmlarını keşfeder ve derin bir ilgi duyar. Sonraları bu ilgisi onu bilgisayar programlamanın makine kodu yazmaktan daha zekice bir yolu olabileceği fikrine götürür.

1960 yılında belirli mantıksal ifadeleri muhakeme etmeye yönelik bir formalizm olarak “Sembolik İfadelerin Özyineli Fonksiyonları ve Makine ile Hesaplanması” adındaki makalesinde tasarlamış olduğu Lisp dilini ortaya koydu. İlk Lisp yorumlayıcısı MIT yapay zeka laboratuvarlarında geliştirilmiş,“LISt Processing” (Liste İşleme)’in bir kısaltması olarak LISP adını almıştır. Bir Lisp yorumlayıcısı, Lisp dilinde ifade edilmiş süreçleri yürüten bir makinedir.

Her konuda olduğu gibi bu konuda da radikal bir duruş sergileyen Stallman şöyle diyor: “En güçlü programlama dili Lisp’dir. Lisp (ya da bir varyantı olan Scheme) bilmiyorsanız güçlü bir dilin ne demek olduğunu anlayamazsınız. Lisp öğendikten sonra diğer dillerde neyin eksik olduğunu hissedeceksiniz.”

Lisp popüler bir değil ise neden onu kullanalım ve üzerine kafa yoralım? 
Popülerlik konusunda Paul Graham’ın şu yazısına atıf yapalım ve Lisp’in neden önemli olduğuna bakalım.

Paul Graham
“Lisp öğrenmek bir çok sebepten dolayı önemlidir; tam olarak anladığınızda içinize işleyecek o derin aydınlanmayı tecrübe edeceksiniz. Bu tecrübe, günlük yaşamda Lisp’i doğrudan kullanmasanız dahi sizi hayatınızın kalanında daha iyi bir programcı yapacaktır.”

Lisp ile ilgi büyük programcılar tarafında söylenmiş daha fazla söze şurdan ulaşabilirsiniz.

Fonksiyonel Programlama, Tanımlamalı Programlama (Declerative) paradigmalarından birisidir. Diğer ana paradigma ise Emirli Programlamadır (Imperative).

Peki Lisp’i bu kadar harika kılan ne? Lisp üst düzeyde ifade imkanı sağlayan -anlatımsal- bir dil. Lisp ile çok çetrefilli problemleri ele alıp bunlara dair çözümleri gayet temiz ve maksada uygun biçimde ifade edebiliriz. Eğer Lisp’te bize lazım olan araçlar yok ise o zaman da Lisp’i değiştiririz! İşte bu tam olarak Lisp’in en önemli özelliği; süreçleri (process) betimleme yolu, yani yordamların (procedure) veri (data) olarak gösterilebilmesi ve işlenebilmesidir. Yani Lisp yordamlar -kod- ile veri arasındaki ilişkiyi farklı bir boyuta getiriyor, onları denk görüyor. Bu sebepten dolayı Lisp homoikonik bir dil olarak adlandırılır.

İşi daha fazla yokuşa sürüp karışıklaştırmak istemiyorum ama; Lisp’in de farklı paradigmalara sahip farklı sürümleri var. Aslında sürüm de denemez, farklı lispler diyelim. Lisp camiasında büyük harfle başlayan Lisp ile genelde CommonLisp kastedilir (Lisp-2 türü). Bizim örneklerde kullanacağımız Racket dili ise MIT’nin eğitim amaçlı geliştirdiği Scheme (Lisp-1 türü) adındaki lisp ailesindendir. Bugünlerde gittikçe popüler hale gelen ve gelişmekte olan taze bir dil Clojure ise diğer lisplere göre bazı farklı yaklaşımlar ortaya koyuyor (Tembellik, Değişmezlik vb.).

Racket Logosu

Racket

Racket oldukça sade bir Lisp sentaksına sahip. — Yani burda yazacağımız Racket kodlarını belki hiç değiştirmeden belki de çok küçük değişiklikler yaparak diğer lisplerde çalıştırabilirsiniz. — Eğitim için tasarlanmış bir dil olmasına rağmen bugün birbirinden farklı bir çok alanda kullanımı var. Oldukça da olgun bir dil (23 Yıl). Racket kendisini “Programlama-Dili Programlama Dili” olarak tanımlıyor. Yani web programlama dili web uygulaması geliştirmek için ise, programlama-dili programlama dili de programlama dili geliştirmek için gibi düşünebiliriz. Racket ile tasarladığınız bir dili gerçeklemek oldukça kolay ve yüzlerce başarılı-deneysel-ilginç dil de var. Örneğin oyun sektörünün üstadı John Carmack bir canlı oturumda sanal gerçeklik ortamı Oculus için şöyle bir çalışma yapıyor ve Racket kullanıyor. Dijital kitap yayınlamayı farklı bir boyuta taşıyan Pollen da benim nazarımda ilginç bir örnek. Kayda değer akademik çalışmalar ise saymakla bitmez.

“Konuşmak kolay, bana kodu göster.” diye serzeniş eden Linus Torvalds. Ne kadar haklıdır bilemedim.

Çok gevezelik ettik. Artık lisp aleminin derinliklerine bir adım atıp bu bölümü sonlandıralım.

MIT’nin SICP adlı kitabında bir programlama dilinin üç temel özelliği olduğundan söz edilir:

1. İlkel İfadeler: en basit varlık düzeyini ifade edebilme yeteneği.

Lisp yorumlayıcısına basit bir sayı değeri verirsek,

512

bize sonuç olarak

512

değerini verecektir.

En basitinden bir aritmetik işlemi ifade edelim,

(+ 10 30)

ifadesine yorumlayıcı tahmin edeceğiniz gibi

40

yanıtını verecektir.

(+ 10 30) ifadesinde gördüğümüz gibi lisp prefix — önek — bir dildir. Yani fonksiyonları (burada toplama [+] fonksiyonu) uygulamak istediğimiz değerlerden öne koyuyoruz. Temel aritmetik işlemler ve sayılar ilkel ifadelere örnek teşkil edebilir.

2. Birleştirme (Kombinasyon): basit unsurları birleştirip daha karmaşık yapılar oluşturabilmek.

a² + b² ifadesini Racket kodu ile gösterecek olursak:

(+ (* 3 3) (* 4 4))

yorumlayıcı bu ifadeyi şöyle işleyecektir:

(+ 9 16)
25

Farklı iki ilkel ifadeyi çarpma işlemiyle birleştirdik. Bu noktada belki prefix sentaksın faydalarından bahsedebiliriz. Örneğin prefix sözdizimi ile 5 tane sayıyı toplamak için 1+2+3+4+5 yazmak yerine, hepsini kapsayan bir ‘+ ‘ fonksiyonuyla daha temiz bir gösterim yapabiliriz:

(+ 1 2 3 4 5)

Yine bu değerleri de sonsuz sayıda iç içe geçirebilir, birleştirebiliriz.

(* (+ 1 2 3 4 5) (+ 6 7 8) (+ 9 10) (/ 5 2))

Sözdizimsel olarak tek kural fonksiyon adı (burada ‘+’) ve argümanlar arasında bir boşluk bırakmak. Birden fazla boşluk bırakırsak bunlar yorumlayıcı tarafıdan gözardı edilecektir. Bu da bizim daha karmaşık kodları daha okunabilir yazmamıza olanak sağlayacaktır. Örneğin yukarıdaki ifadeyi şu şekilde daha okunaklı gösterebiliriz:

(* 
(+ 1 2 3 4 5)
(+ 6 7 8)
(+ 9 10)
(/ 5 2)
)

Lisp’in ilk başta girift ve zorlu gözüken parentez sözdizimine alıştıkça zamanla ne kadar sade, anlaşılır ve yararlı olduğunu farkedeceksiniz.

3. Soyutlama: bileşik yapıları isimlendirip bir bütünlük olarak işleyebilmek.

Lambda Kalkülüs’ten hatırladığımız bir kavram; soyutlama, yani fonksiyonlar.

“define” Racket’ın bize sunduğu en ilkel soyutlama aracı. Lisp’te bir fonksiyonun yapısı şu şekilde:

(define (<fonksiyon_adı> <arg1> <arg2> <arg3> ... )
... ) ;; yordam, fonksiyonun gövdesi

Değişken tanımlamak da benzer bir şekilde:

(define <degisken_adi> <deger>)
(define pi-sayisi 3.14)
(define zurna "zurna")

Kare alma fonksiyonunun Racket’ta gösterimine bakalım,

(define (kare a) 
(* a a))

“Define”dan sonra parantezin içine yazılan ilk değer fonksiyon adı ikinci ve sonraki değerler argümanlardır. Artık “kare” fonksiyonuna bir değer (argüman) vererek kullanabiliriz:

(kare 4)
(kare 5)

yorumlayıcı

16
25

olarak yanıt verecektir.

Bir hipotenüs fonksiyonu yazalım:

(define (hipotenüs a b)
(sqrt ;; -> sqrt racket'ın sağladı bir fonksiyon
(kare a) ;; -> lispte yorum satırı
(kare b))) ;; noktalı virgülle başlar

İki argüman alan fonksiyon bize değer olarak √(a² + b²) fonksiyonunun sonucunu hesaplar. Lisp’de fonksiyonların dönüş değeri “return” gibi bir komut ile gösterilmez. Bunun yerine lisp sözdiziminde dönüş değeri, fonksiyon gövdesindeki en son ifadedir.

Koşullar

If koşulunun sözdizimi şöyle:

(if (koşul) 
<doğru ise> ;; diğer dillerdeki if bloğu
<yanlış ise>) ;; burayı da else bloğu gibi düşünebiliriz

bir sayıyı negatif ise pozitif yapan bir fonksiyon yazalım:

(define (pozitif-yap x)
(if (< x 0)
(- x)
x))

Kullanımı ise:

(pozitif-yap -5)
(pozitif-yap 135)
(pozitif-yap 0)

şeklinde olacak, yorumlayıcından bu ifadelere karşılık

5
135
0

yanıtlarını alacağız.

Bu bölümü faktöriyel hesaplayan fonksiyon ile sonlandıralım:

f(0) = 1
f (n) = n (n-1)!

Racket ile kodyacak olursak:

(define (faktöriyel n)
(if (= n 0)
1
(* n (faktöriyel (- n 1)))))

5 faktöriyeli

(faktöriyel 5)

şeklinde kullanarak bulabiliriz. Yorumlayıcı bu ifadeyi şu şekilde ele alacaktır:

(faktöriyel 5)
(* 5 (faktöriyel 4))
(* 5 (* 4 (faktöriyel 3)))
(* 5 (* 4 (* 3 (faktöriyel 2))))
(* 5 (* 4 (* 3 (* 2 (faktöriyel 1)))))
(* 5 (* 4 (* 3 (* 2 1))))
(* 5 (* 4 (* 3 2)))
(* 5 (* 4 6))
(* 5 24)
120

Bundan sonraki bölümler artık tamamen teknik olacak. Bir sonraki bölüm Lisp’in temel yapı taşı listeler ve liste fonksiyonlarıyla ilgili olacak. Görüşmek üzere!

Bir sonraki bölüme buradan devam edebilirsiniz.

Kaynakça:
Realm of Racket
The Little Schemer
Structure and Interpretation of Computer Programs