Haskell 中带反馈回路的时序电路

Question

我想在 Haskell 中表示具有以下行为的电路：

电路有两个输入：

一个数据输入
和一个开关输入

和一个输出。

当开关=True则输出_t=输入_t
当switch=False时，输出_t=输出_t-1

我需要一种方法来表示反馈回路和状态。

我知道有几个库为这类事情提供抽象，但它们对我来说就像魔法一样。

有没有简单的建模方法？

编辑：

type Signal a = [a]

type Input   = Signal Int
type Output  = Signal Int
type State   = Int
type Switch = Signal Bool

delay :: a -> Signal a -> Signal a
delay = (:)

circuit :: State -> Input -> Switch -> Output
circuit s (i:is) (True:bs) =  i : circuit i is bs
circuit s (i:is) (False:bs) = s : circuit s is bs

我使用流来表示信号，并在 s 中显式携带状态。但是，如果我想即时提取（查看）输出流中的元素怎么办？

看起来像是 State Monad 可以解决的问题，但我找不到表示它的方法。

Answer 1

它的价值：这个问题非常适合 Haskell 的一些独特而强大的抽象，例如 Monad 和 Arrow。但是这些需要时间和经验来学习，而且我从你的措辞中猜测你对它们不是很熟悉。如果你留在Haskell，我建议以后再重新审视这个问题以获得启示。我不会花更多的时间在这些事情上。

您可以简单地通过无限列表对离散时变信号建模：

type Signal a = [a]

zeroS, oneS :: Signal Bool
zeroS = repeat False
oneS  = repeat True

您可以使用 zipWith 逐点组合信号。例如：

andS :: Signal Bool -> Signal Bool -> Signal Bool
andS = zipWith (&&)

ghci> andS zeroS oneS
[False,False,False,False,False,False,False,False,...

您可以通过在列表的开头使用 consing 将信号延迟 1 个时间单位。这需要信号的初始值。

delay :: a -> Signal a -> Signal a
delay x s = x : s
-- or just
-- delay = (:)

在你的问题中，你描述了一个具有这种类型的函数：

circuit :: Signal Bool -> Signal Bool -> Signal Bool
circuit switch input = ...

您可以使用这些概念和递归构建它。祝你好运！

Answer 2

好的，我想我终于明白了如何为此使用 State Monad。

Import Control.Monad.State

type Stored a = a
type Input a = a
type Output a = a
type Switch = Bool

circuit :: Input a -> Switch -> State (Output a) (Stored a)
circuit input switch = 
    do store <- get
       if switch
       then put input >> return input
       else return store

example1 = do circuit 0 False
              circuit 2 False
              circuit 3 False

res1 = runState example1 $ 4

loopCircuit :: [(Input a, Switch)] -> State (Output a) [(Stored a)]
loopCircuit [] = return []
loopCircuit ((i,s):xs) = 
    do v  <- circuit i s 
       vs <- loopCircuit xs
       return (v:vs)

example2 = runState (loopCircuit [(0,True),(2,False),(3,True)]) 4

circuit 函数可以处理离散输入，而 loopCircuit 可以处理输入流。

res1 = (4,4)
example2 = ([0,0,3],3)

Haskell 中带反馈回路的时序电路

Sequential circuit with feedack loop in Haskell

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