I formalismi della teoria delle categorie possono sostituire quelli della teoria dei tipi?


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Le sottigliezze della corrispondenza tra teoria dei tipi e teoria delle categorie sono al di fuori della mia comprensione. Tuttavia, dalla mia ingenua comprensione della relazione tra le due discipline storicamente convergenti, quest'ultima sussume interamente la prima. In tal caso, il linguaggio e le descrizioni formali / grafiche utilizzate dai teorici delle categorie possono sostituire quelli dei teorici dei tipi? E dovrebbero (ad esempio, nella pedagogia e nell'editoria accademica)?

Formalismi diversi possono ispirare nuove prospettive e mettere a nudo connessioni concettuali che altrimenti potrebbero essere oscure. Tuttavia, una molteplicità di dialetti probabilmente limita anche le dimensioni di un pubblico ricettivo e, se si dovesse adottare un approccio poliglotta, la lunghezza e la complessità dell'esposizione sarebbero aggravate.

Se la teoria delle categorie comprende la teoria dei tipi, le differenze dialettiche delle due discipline dovrebbero essere mantenute, e se sì, perché? Per motivi di valore storico o culturale? Mantenere differenze diverse ma salienti di enfasi didattica o teorica? Cosa potrebbero essere questi?


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Quale teoria dei tipi? È proprio questa la teoria del tipo che Russel ha inventato? O teoria del tipo Martin-Lof? O Homotopy Type Theory, che sembra includere tipi e teoria delle categorie? Non sono sicuro che esista un'unica "teoria dei tipi".
jmite,

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@jmite Non esiste un'unica "teoria dei tipi" (sebbene esista un campo), ma esistono connessioni tra molte possibili teorie specifiche sui tipi e la teoria delle categorie. In effetti, a questo punto direi che sarebbe un po 'sospetto se una teoria dei tipi non avesse connessioni con la teoria delle categorie.
Derek Elkins lasciò SE il

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Tenderei a considerare un sistema di tipi come un sistema di prova per una logica: il coinvolgimento è una relazione RE, termini / tipi sono formule, ecc. Possiamo stabilire la normalizzazione, la coerenza, ... a questo livello. Ciò ha anche delle forti connessioni con la teoria dei linguaggi di programmazione. Quindi, le categorie vengono utilizzate per creare modelli per quella logica. Questo è molto illuminante, ma se guardassimo solo a categorie / modelli, dimenticheremmo una parte importante, penso. STLC è più facile da capire rispetto ai CCC generici. Il sistema F è più semplice delle trasformazioni dinaturali. Vedere entrambe le parti e collegarle è molto bello.
chi,

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Questo fa parte di quello che comunemente chiamiamo isomorfismo di Curry-Howard-Lambek.
xuq01,

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@chi, quale "parte importante" potrebbe essere dimenticata se la teoria delle categorie (o teoria dei modelli) fosse usata esclusivamente al posto della teoria dei tipi? Inoltre, perché dici che STLC e System F sono più facili da capire rispetto ai CCC e alle trasformazioni dinaturali? I sistemi precedenti sono più semplici a causa dell'uso abituale o della maggiore specificità o per qualche altro motivo?
Polytope,

Risposte:


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Dato che dici che "le sottigliezze della corrispondenza tra teoria dei tipi e teoria delle categorie sono al di fuori del tuo ken", forse il modo migliore per capire la corrispondenza è leggere esposizioni non tecniche sull'argomento. Posso raccomandare due:

  1. Steve Awodey, dai set ai tipi, alle categorie, ai set , in: Sommaruga G. (a cura di) Teorie fondamentali della matematica classica e costruttiva. The Western Ontario Series in Philosophy of Science, vol 76. Springer, Dordrecht ( prestampa gratuita qui )

  2. Il post sul blog di Robert Harper The Holy Trinity , e anche vedere queste diapositive .

Suppongo che la lezione da portare via sia che ogni approccio ha qualcosa da offrire e che funzionano meglio insieme, e non tanto se provi a sostituire o a sussistere l'uno con l'altro.


Posso chiedermi, tuttavia, quali vantaggi distintivi offre ogni approccio?
Polytope,

Andrej Bauer, grazie per il link al documento di Awodey. Awodey descrive alcuni interessanti vantaggi della teoria dei tipi: (1) "La teoria dei tipi [è più gestibile perché] ha una sorta di carattere concreto," nominalistico "[generato sistematicamente]". (2) "Al contrario, [con] l'approccio puramente strutturale della teoria delle categorie, può essere più difficile fornire una prova invariante." Tuttavia, questi vantaggi elencati sono ancora abbastanza vaghi. Potresti eventualmente approfondirli o fornire esempi che dimostrino questa utilità comparativa della teoria dei tipi?
Polytope,

I vantaggi sono vaghi perché si tratta di un documento non tecnico che confronta le pratiche di teoria dei tipi, teoria delle categorie e teoria degli insiemi. Non ho potuto approfondirli, poiché non c'è modo di instillare in nessuno le esperienze di aver lavorato in queste aree per anni mostrando un esempio o due. Inoltre, non voglio davvero farlo perché l'intero post ha un preciso sentimento "la mia matematica è migliore della tua matematica", e non voglio parteciparvi.
Andrej Bauer,

Andrej Bauer, sei un matematico professionista, quindi sono sicuro che molti altri progetti meritano più tempo e attenzione. Tuttavia, questa è stata davvero una domanda seria. Sono a malapena anche un dilettante, quindi ovviamente la matematica di tutti gli altri è migliore della mia, ma speravo che la comunità di scambio di cs.stack potesse aiutarmi a capire meglio perché, quando potevano essere possibili alternative, la teoria dei tipi era qualcosa di diverso da una vestigia di lo sviluppo storico dello studio della logica e dei linguaggi di programmazione. Mi dispiace di averti offeso.
Polytope,

Non sono affatto offeso! E rispetto la tua richiesta. Ma ho pensato che sarebbe stato disonesto e scortese da parte mia ignorarti. Preferisco darti una risposta diretta. Non posso investire il tempo per provare a risponderti perché ciò richiederebbe una lunga esposizione di valore discutibile. Dovrei sapere molto del tuo background per indirizzarlo nel modo giusto. Come dici tu, questa è una comunità. Forse qualcuno può rispondere al posto mio, sarebbe fantastico.
Andrej Bauer,

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La mia visione è più o meno simile a quella di chi. Vedo la teoria delle categorie come (approssimativamente) l'essere per digitare la teoria che la teoria dei modelli è per la logica. Alcune delle conseguenze di ciò sono, in primo luogo, ognuna può esistere autonomamente. In effetti, la teoria dei tipi precede la teoria delle categorie e la creazione della teoria delle categorie non è stata motivata da queste preoccupazioni. In secondo luogo, molte delle distinzioni teoria / modello della categoria che stanno deliberatamente cercando di sfocare sono di interesse primario nella teoria / logica dei tipi.

Come esempio molto semplice, tutte le presentazioni degli assiomi di un gruppo danno origine alla stessa classe di modelli (vale a dire i gruppi). Dal punto di vista dell'algebra universale, una varietà (nel senso dell'algebra universale o una categoria algebrica finitaria dal punto di vista CT) dimentica la sua presentazione. Nel frattempo, dal punto di vista della logica equazionale, la presentazione è tutto ciò che c'è. Un argomento di calcolo primario qui è l' unificazione elettronica che opera interamente a livello di logica equazionale, cioè presentazione.

Questo è tipico Diciamo che il semplice calcolo lambda (con prodotti) (STLC) è la lingua interna delle categorie chiuse cartesiane, ma in realtà è solo una presentazione della lingua interna e nemmeno la più "diretta". La macchina categorica astratta (CAM) è probabilmente una rappresentazione più "diretta". Anche con l'STLC, le frecce della corrispondente categoria sintattica sonoβηclassi di equivalenza dei termini lambda! (Ma vedi questo .) Quindi o in qualche modo descriviamo direttamente la categoria sintattica come una struttura matematica i cui hom-set coincidono conβηclassi di equivalenza dei termini STLC e non hanno contenuto computazionale , oppure dobbiamo già comprendere lo STLC esterno alla teoria delle categorie, oppure dobbiamo parlare invece di presentazioni di categorie chiuse cartesiane che, adottando un approccio abbastanza naturale, porteranno a qualcosa di CAM -piace. Nell'ultimo caso, l'uguaglianza delle frecce diventa qualcosa di simile a un problema di unificazione elettronica. Comprendere e semplificare questo processo, nonché porre di fronte la facciata più ergonomica della STLC, richiede tecniche che sono il pane e il burro della logica e della teoria dei tipi, ma non sono particolarmente naturali nella teoria delle categorie.

Un quadro enormemente semplificato che può tuttavia dare un'idea migliore di come la teoria delle categorie e la teoria dei tipi siano le seguenti. Puoi immaginarli come due dimensioni. Gli strumenti, le tecniche e le notazioni della teoria dei tipi sono orientati a spostarsi verticalmente tra diverse presentazioni dello stesso oggetto, nel frattempo gli strumenti, le tecniche e le notazioni della teoria delle categorie e orientati a spostarsi orizzontalmente tra diversi oggetti matematici. Si potrebbe anche dire che una categoria è un'intera linea verticale e che la teoria delle categorie parla di spostare una linea verticale su un'altra, ma non come corrispondano i punti delle due linee. In questa immagine, la teoria delle categorie non è nemmeno in grado di parlare delle distinzioni che la teoria del tipo sta facendo, ma questo è intenzionale perché significa che la mappatura arbitrariamente complicata di punti su una linea verticale su punti su un'altra è irrilevante per ciò a cui la teoria di categoria tiene e può essere ignorata.

Nel mio post sul blog, Categoria Teoria, sintatticamente , descrivo un approccio che rende la teoria delle categorie più simile alla teoria dei tipi (piuttosto che viceversa). Non sorprende che ciò di cui sto davvero discutendo ci siano presentazioni di categorie. Inoltre, puoi vedere aspetti della normalizzazione entrare nell'immagine, ad esempio nella mia discussione sulle "teorie del prodotto", anche se questo non è un focus su tutto quel particolare post.

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