関数型リアクティブプログラミング

関数型リアクティブプログラミング（FRP）は、関数型プログラミングの構成要素（map、reduce、filterなど）を用いたリアクティブプログラミング（非同期データフロープログラミング）のためのプログラミングパラダイムです。FRPは、グラフィカルユーザーインターフェース（GUI）、ロボット工学、ゲーム、音楽などのプログラミングに用いられており、時間を明示的にモデル化することでこれらの問題を簡素化することを目的としています。

関数型リアクティブプログラミングの元の定式化は、 Conal ElliottとPaul Hudakによる ICFP 97 論文「Functional Reactive Animation」に記載されています。^{[ 1 ]}

FRPは1997年の導入以来、様々な形態をとってきた。多様性の1つの軸は、離散的セマンティクスと連続的セマンティクスである。もう1つの軸は、FRPシステムを動的に変更できるかどうかである。^{[ 2 ]}

入力から出力への通常のFRPモデルは、対話型プログラムには適していないことが指摘されている。^{[ 9 ]}入力から出力へのマッピング内でプログラムを「実行」する機能がないため、以下のいずれかの解決策を使用する必要があるかもしれない。

• 出力として現れるアクションのデータ構造を作成します。アクションは外部のインタプリタまたは環境によって実行される必要があります。これは、Haskellの元のストリーム入出力(I/O) システムのすべての困難を継承します。^{[ 10 ]}
• Arrowized FRP を使用し、アクションを実行できる矢印を埋め込みます。アクションには識別子を持たせることもできます。これにより、たとえば個別の可変ストアを維持できます。これは、Fudgets ライブラリ^{[ 11 ]や、より一般的にはモナドストリーム関数[ 12 ] [ 13 ]}で採用されているアプローチです。
• この斬新なアプローチは、アクションを今すぐ（IOモナド内で）実行できるようにする一方で、その結果の受信を後回しにするというものです。^{[ 14 ]}これはイベントモナドとIOモナド間の相互作用を利用し、より式指向のFRPと互換性があります。

planNow :: Event ( IO a ) -> IO ( Event a )

FRPシステムには、プッシュ型とプル型の2種類があります。プッシュ型システムは、イベントを受け取り、信号ネットワークを通して結果を生成します。一方、プル型システムは、結果が要求されるまで待機し、ネットワークを逆方向にたどって要求された値を取得します。

Yampaなどの一部のFRPシステムはサンプリング方式を採用しており、信号ネットワークがサンプルをプルします。この方式には欠点があり、ネットワークは入力の変化を把握するために、1つの計算ステップの期間分待機する必要があります。サンプリングはプル型FRPの一例です。

Hackageの Reactive および Etage ライブラリは、プッシュプル FRP と呼ばれるアプローチを導入しました。このアプローチでは、純粋に定義されたストリーム (時間付きの固定イベントのリストなど) 上の次のイベントが要求されたときにのみ、そのイベントが構築されます。これらの純粋に定義されたストリームは、Haskellの遅延リストのように機能します。これがプルベースの部分です。プッシュベースの部分は、システム外部のイベントが取り込まれる場合に使用されます。外部イベントはコンシューマーにプッシュされるため、コンシューマーはイベントが発行された瞬間にそのイベントを知ることができます。

以下のような多くのプログラミング言語に対応した実装が存在します。

• Yampaは、 SDL、SDL2、OpenGL、HTML DOMをサポートする、アロー関数を用いた効率的な純粋なHaskell実装です。
• Elm言語は以前は FRP をサポートしていましたが^{[ 15 ]}、その後別のパターンに置き換えました^{[ 16 ] 。}
• reflexは、DOM、SDL、Glossのホストを備えた、Haskellで実装された効率的なプッシュプル型FRPです。
• reactive-bananaは、Haskellで実装された、ターゲットに依存しないプッシュ型FRPです。
• netwireとvaryingは、Haskellで実装された、プル型のFRPです。
• Flapjaxは、 JavaScriptで実装されたビヘイビア・イベントFRPです。
• Reactは、関数型リアクティブプログラミングのためのOCamlモジュールです。
• Sodiumは、 Java、TypeScript、C#などの複数の言語に対応した、特定のユーザーインターフェース（UI）フレームワークに依存しないプッシュFRP実装です。^{[ 17 ]}
• ^{Dunaiは、モナドストリーム関数[ 13 ]}を使用したHaskellの高速実装であり、クラシックFRPとアロー化FRPをサポートしています。
• ObservableComputationsは、クロスプラットフォームの.NET実装です。
• Stellaは、アクターモデルに基づくリアクティブ言語であり、「アクター」と「リアクター」のモデルを示し、命令型コードとリアクティブコードを組み合わせることによる問題を回避することを目指しています（アクターとリアクターに分離することによって）。^{[ 18 ]}アクターは分散リアクティブシステムでの使用に適しています。^{[ 19 ]}
• TidalCyclesは、 Haskell言語に組み込まれた、音楽パターンを扱うための純粋なFRPドメイン固有言語です。

ReactiveXは、JavaScript実装であるRxJSによって普及しましたが、関数型かつリアクティブですが、関数型リアクティブプログラミングとは異なります。^{[ 20 ]}

• インクリメンタルコンピューティング
• ストリーム処理