Higher Order Functions là gì và được sử dụng như thế nào?

Định nghĩa Higher Order Function (HOF)

Higher Order Function là function thỏa mãn ít nhất một trong hai điều kiện:

• Có ít nhất một tham số truyền vào là một function khác
• Kết quả trả về của HOF đó là kết quả của một function khác.

Ưu điểm của Higher Order Function

Tính trừu tượng hóa, tái sử dụng của HOF chính là điểm mạnh.

Tính trừu tượng hóa (Abstraction)

Hãy nghĩ đến dây chuyền lắp ráp một chiếc xe. Dây chuyền gồm bốn bộ phận:

• Bộ phận tạo bánh xe
• Bộ phận tạo khung xe
• Bộ phận tạo động cơ
• Bộ phận lắp ráp

Bộ phận tạo bánh xe sẽ tạo ra bánh xe và chuyển qua bộ phận lắp. Tương tự như vậy, bộ phận tạo khung xe và bộ phân tạo động cợ sẽ tạo ra khung và động cơ, sau đó chuyển sang cho bộ phân lắp ráp. Bộ phận lắp ráp không cần phải biết bánh xe, khung xe hay động cơ xe được tạo ra như thế nào. Chức năng của bộ phận lắp ráp chỉ là ghép các thành phần để tạo ra chiếc xe mà thôi. Bộ phận lắp ráp chính là một HOF, nó nhận output của ba bộ phận còn lại để tạo ra output cho riêng nó. Có thể diễn giải bằng mã giả như thế này

class BanhXe();
class KhungXe();
class DongCoXe();

function tao_banh_xe() {
       banh xe = new BanhXe()
       return banh_xe
}

function tao_khung_xe() {
        khung_xe = new KhungXe() 
        return khung_xe
}

function tao_dong_co() {
        dong_co = new DongCo()
        return dong_co
}

function LapRapXe(tao_banh_xe(), tao_khung_xe(), tao_dong_co())

Từ ví dụ trên, chúng ta có thể hiểu tính trừu tượng hóa của HOF giúp che giấu chi tiết bên trong một function, làm giảm sự phức tạp. Vấn đề sẽ được xử lý ở một tầng cao hơn, trừu tượng hơn.

Tính tái sử dụng (Reusable)

Cũng sử dụng ví dụ về dây chuyền tạo ra một chiếc xe. Chúng ta xây dựng một dây chuyền sản xuất xe máy. Tuy nhiên, nếu phải tạo ra thêm một dây chuyền sản xuất xe hơi thêm vào thì sẽ như thế nào ? Tạo ra một dây chuyền mới là giải pháp đơn giản nhất nhưng lại tốn kém về chi phí. Chúng ta có thể bổ sung thêm cho bộ phận tạo bánh xe máy khả năng tạo ra bánh xe hơi. Tương tự như vậy, bộ phận tao khung xe và động cơ đều trang bị thiết bị tạo ra đồng thời linh kiện cho xe máy lẫn xe hơi. Như vậy, ba bộ phân trên đều được sử dụng tùy theo yêu cầu tạo ra sản phẩm. Đó chính là tính tái sử dụng.

Ví dụ về HOF trong các ngôn ngữ lập trình hiện đại

Một bài toán đơn giản được đặt ra:
Cho một mảng các số nguyên dương, chúng ta cần thiết kế những function để đáp ứng những yêu cầu dưới đây:

• Tính tổng các phần tử trong mảng.
• Tính tổng bình phương các phần tử trong mảng.
• Tính tổng các phần tử có giá trị >= m.

Cách tiếp cận một cách đơn giản là chúng ta sẽ tạo ra 3 function để đáp ứng 3 yêu cầu trên (tính tổng, tính tổng bình phương, tính tổng các gía trị lớn hơn hoặc bằng m).

Cách thông thường, tự định nghĩa từng hàm tính toán.

def my_sum(array):
      s = 0 
      for i in array:
           s += i
      return s

def sum_of_square(array):
      s = 0 
      for i in array:
           s += i**2
      return s
 
def sum_with_filter(array, m):
      s = 0 
      for i in array:
           s += i if i >= m else 0
      return s

Cách tiếp cận này tuy đơn giản nhưng lại không có tính tái sử dụng cho tất cả function được tạo ra. Higher Order Function sẽ được áp dụng để tái sử dụng function sum hiệu quả.

Cách dùng HOF
Code Python:

array  = [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]
sum_array = sum(x) (hàm này không cần sử dụng HOF) 

hàm tính tổng bình phương từng phần tử và tổng các giá trị lớn hơn hoặc bằng m dùng HOF

def sum_square_array(arr): 
  return sum(map(lambda e: e**2, arr))
  
def sum_elements(arr, m): 
  return sum(filter(lambda e: e >= m, arr))

Trong bài toán đặt ra phía trên, Python có hỗ trợ function map, filter và sum. Trong trường hợp tính tổng bình của từng phần tử và tính tổng giá trị lớn hơn hoặc bằng m, sum là HOF vì function sum truyền function map, filter như một tham số của function. Function map sẽ thay đổi giá trị từng phần tử theo ý muốn (bình phương). Function filter là một function có input là một mảng và một điều kiện nào đó, output là một mảng con thỏa điều kiện được chọn.

Hàm map và filter thể hiện tính linh hoạt thông qua việc định nghĩa việc xử lý từng phần trong mảng ( tbình phương từng giá trị trong mảng và tìm ra các phần tử có giá trị lớn hơn hoặc bằng m).

Ngoài ra, HOF còn có một số ứng dụng khác theo như nguồn tham khảo phía dưới.

Nguồn:
https://discuss.grokking.org/t/higher-order-functions-la-gi-va-d-c-s-d-ng-nh-th-nao/309
https://hackernoon.com/higher-order-functions-what-are-they-be74111659e8