我们能否提供有关何时使用协变和逆变的示例和动机？

Question

我有机器/深度学习背景，但我也渴望成为一名优秀的软件工程师。

我在寻找协变/逆变的真实用例时遇到了一些麻烦（部分原因是这对我来说是一个新概念，并且初始学习曲线很困难）。

我想要一个关于何时使用协变/逆变的具体动机和示例，特别是，我希望这个示例是这样的：如果不应用协变/逆变，那么应用程序将会有错误/类型不安全。

首先，我知道 PyTorch 的

Dataset

和

DataLoader

是由协变类型参数化的：

class Dataset(Generic[T_co]):
    r"""An abstract class representing a :class:`Dataset`.

    All datasets that represent a map from keys to data samples should subclass
    it. All subclasses should overwrite :meth:`__getitem__`, supporting fetching a
    data sample for a given key. Subclasses could also optionally overwrite
    :meth:`__len__`, which is expected to return the size of the dataset by many
    :class:`~torch.utils.data.Sampler` implementations and the default options
    of :class:`~torch.utils.data.DataLoader`. Subclasses could also
    optionally implement :meth:`__getitems__`, for speedup batched samples
    loading. This method accepts list of indices of samples of batch and returns
    list of samples.

    .. note::
      :class:`~torch.utils.data.DataLoader` by default constructs a index
      sampler that yields integral indices.  To make it work with a map-style
      dataset with non-integral indices/keys, a custom sampler must be provided.
    """

    def __getitem__(self, index) -> T_co:
        raise NotImplementedError("Subclasses of Dataset should implement __getitem__.")

    # def __getitems__(self, indices: List) -> List[T_co]:
    # Not implemented to prevent false-positives in fetcher check in
    # torch.utils.data._utils.fetch._MapDatasetFetcher

    def __add__(self, other: 'Dataset[T_co]') -> 'ConcatDataset[T_co]':
        return ConcatDataset([self, other])

    # No `def __len__(self)` default?
    # See NOTE [ Lack of Default `__len__` in Python Abstract Base Classes ]
    # in pytorch/torch/utils/data/sampler.py

我想知道是否有人能举出令人信服的例子来说明为什么

Dataset

需要协变。

Answer 1

简短的答案是，您希望

DataSet[bool]

成为

DataSet[int]

的子类型，因为

bool

是

int

的子类型。默认情况下，泛型类型是不变，因为假设类型是可变的。

比较元组和列表。元组是协变的，因为您无法修改它们。您唯一能做的就是从它们中读取 ，因此如果您需要 tuple[int]

 值，则 

int

 的任何子类的元组都可以。另一方面，列表是不变的，因为您不一定知道您是否会从列表中读取或向列表中写入。 （如果读 

int，可以用 list[bool] 代替 list[int]

；如果写 

bool

，可以用 

list[int]

 代替 

list[bool]

。但一般来说，两者都不能替代另一个。）

逆变并没有真正出现在传统容器中，但在谈论函数类型时却出现了。如果 

f

 接受与 

g

相同的参数（但可能更多），并且返回

some

 相同的参数（但可能更少），则函数 

f

 可以替代函数 

gg可以。我们将此描述为函数类型在其参数中是逆变

，在其返回类型中是

协变。