Amb

Categories: Monad | Code | Idioms

This is an implementation of the amb operator in Haskell. Interestingly, it is identical to the list monad: remove 'amb' and the examples below work fine (apart, of course, from the IO one).

Notably, AmbT could be considered ListT done right.

module Amb (AmbT, Amb, amb, cut, runAmbT, runAmb) where
 
import Control.Monad.Cont
import Control.Monad.State
import Control.Monad.Identity
 
newtype AmbT r m a = AmbT { unAmbT :: StateT [AmbT r m r] (ContT r m) a }
type Amb r = AmbT r Identity
 
instance MonadTrans (AmbT r) where
    lift = AmbT . lift . lift
 
instance (Monad m) => Monad (AmbT r m) where
    AmbT a >>= b = AmbT $ a >>= unAmbT . b
    return = AmbT . return
 
backtrack :: (Monad m) => AmbT r m a
backtrack = do xss <- AmbT get
               case xss of
                 [] -> fail "amb tree exhausted"
                 (f:xs) -> do AmbT $ put xs; f; return undefined
 
addPoint :: (Monad m) => (() -> AmbT r m r) -> AmbT r m ()
addPoint x = AmbT $ modify (x () :)
 
amb :: (Monad m) => [a] -> AmbT r m a
amb []     = backtrack
amb (x:xs) = ambCC $ \exit -> do
               ambCC $ \k -> addPoint k >> exit x
               amb xs
    where ambCC f = AmbT $ callCC $ \k -> unAmbT $ f $ AmbT . k
 
cut :: (Monad m) => AmbT r m ()
cut = AmbT $ put []
 
runAmbT :: (Monad m) => AmbT r m r -> m r
runAmbT (AmbT a) = runContT (evalStateT a []) return
 
runAmb :: Amb r r -> r
runAmb = runIdentity . runAmbT

And some examples:

example :: Amb r (Integer,Integer)
example = do x <- amb [1,2,3]
             y <- amb [4,5,6]
             if x*y == 8
               then return (x,y)
               else amb []
 
factor :: Integer -> Amb r (Integer,Integer)
factor a = do x <- amb [2..]
              y <- amb [2..x]
              if x*y == a
                then return (x,y)
                else amb []
 
factorIO :: Integer -> AmbT r IO (Integer,Integer)
factorIO a = do lift $ putStrLn $ "Factoring " ++ show a
                x <- amb [2..]
                y <- amb [2..x]
                lift $ putStrLn $ "Trying " ++ show x ++ " and " ++ show y
                if x*y == a
                  then do lift $ putStrLn "Found it!"
                          return (x,y)
                  else do lift $ putStrLn $ "Nope (" ++ show (x*y) ++ ")"
                          amb []

The extra 'r' can be avoided if you're not using strict Haskell-98:

type AmbT' m a = forall r. AmbT r m a
type Amb' a = AmbT' Identity a

Recent content is available under a simple permissive license.