【李刚-21天通关Python】第四章：函数

第四章：函数
- 函数入门与定义函数
- 多返回值函数与递归函数
- 关键字参数与参数默认值
- 参数收集和逆向参数收集
- 变量作用域
- 局部函数
- 实操：定义计算N的阶乘的函数
- 实操：定义计算矩阵转置的函数

相关链接：
【李刚-21天通关Python-15】之函数入门与定义函数
【李刚-21天通关Python-16】之多返回值函数与递归函数
【李刚-21天通关Python-17】之关键字参数与参数默认值
【李刚-21天通关Python-18】之参数收集和逆向参数收集
【李刚-21天通关Python-19】之变量作用域
【李刚-21天通关Python-20】之局部函数
【李刚-21天通关Python-21】之实操：定义计算N的阶乘的函数
【李刚-21天通关Python-22】之实操：定义计算矩阵转置的函数

第四章：函数

函数入门与定义函数

一、函数的定义

所谓函数，就是为一段实现特定功能的代码取个名字，以后即可通过该名字来执行（调用）这段代码

二、函数定义的定律

函数需要几个关键的、需要动态变化的数据，这些数据就应定义成函数的参数
函数需要传出几个重要的数据，这些数据应该定义成返回值
函数的内部实现过程

三、函数语法

在使用函数之前必须先定义函数，语法格式如下：

'''
def 函数名 (参数列表):# 由零条到多条可执行性语句组成的函数…… …… [return [返回值]]
'''

【例一】

def first ():print("first函数")for i in range(5):print(i)first()  # first函数 0 1 2 3 4

【例二】

def hello (name):print('hello 函数')print('您好，' + name)hello (python)
# hello 函数
# 您好，python

【例三】

def max (a, b):r = a if a > b else breturn rx = max(3, 5)
print(x)  # 5
x = max(100, 0)
print(x)  # 100

四、为函数提供文档

只要把字符串放在一段函数声明之后、函数体之前，这段字符串就是函数的说明文档
Python内置的 help() 函数查看其他函数的帮助文档
也可通过函数的 __doc__属性（双下划线）来查看函数的说明文档

（1）使用help()函数查看内置函数文档

（2）使用__doc__属性查看内置函数文档

（3）举例

def test (a):'''这是一个简单函数a是参数'''passprint(test.__doc__)
help(test)

多返回值函数与递归函数

一、多返回值函数

多返回值，本质就是返回元组
程序即可返回元组，也可直接返回多个值（系统会将其自动封装成元组）

import randomdef test ():# 生成三个随机的大写字符c1 = chr(random.randint(65,90))c2 = chr(random.randint(65,90))c3 = chr(random.randint(65,90))return (c1, c2, c3)# return r1, r2, r3

二、多返回值函数的用法

获取多返回值函数的返回值时：
即可用单个变量（元组）来获取
也可用多个变量获取（元组解包）

三、递归函数

函数体内调用它自身被称为函数的递归
函数的递归包含了一种隐式的循环，他会重复执行某段代码，但这种重复执行无需循环控制
注意点：
向已知的方向递归
让递归有结束的时候，不要无限递归

# 计算n的阶乘
def frac (n):if n < 1:print("n不能小于1")returnelif n == 1:return 1else:return frac(n - 1) * n print(frac(5))  # 120
print(frac(6))  # 720

关键字参数与参数默认值

一、关键字参数

Python函数的参数名不是没有意义的，Python允许调用函数时通过名字来传入参数值
调用函数时，支持两种方式为参数指定值：
位置参数：必须按顺序为每个参数指定参数值
关键字参数（命名参数）：按参数名为参数指定参数值

def info (name, age, height):print("name: ", name)print("age: ", age)print("height: ", height)# 位置参数
info('python', 18, 180)
# 关键字参数
# 优势：不需要按顺序，可读性更高
info(age=18, name='python',height=180)
# 混合使用
# 注意：关键字参数必须在位置参数之后
info('python', height=180, age=18)

二、参数的默认值

程序需要在定义函数时为一个或多个形参指定默认值——这样调用函数时就可以省略为该形参传入参数值，而是直接使用该形参的默认值
为形参指定默认值的语法格式为：形参名 = 默认值

def info (age, name='python'):print("name的参数为：", name)print("age的参数为：", age)info(18)
# name的参数为：python
# age的参数为：18
info(20, 'java')
# name的参数为：java
# age的参数为：20

def say_hi(name='孙悟空', message='您好，欢迎学习Python'):print("name: ", name)print("message: ", message)say_hi()
# name: 孙悟空
# message: 您好，欢迎学习Python
say_hi('白骨精')
# name: 白骨精
# message: 您好，欢迎学习Python
say_hi(message='欢迎加入大家庭')
# name: 孙悟空
# message: 欢迎加入大家庭

参数收集和逆向参数收集

一、普通参数收集

在形参前面添加一个星号（“ * ”），这样就意味着该参数可接收多个参数值，多个参数值被当作元组传入
参数收集的本质就是一个元组：Python会将传给带“*”参数的多个值收集成一个元组
Python允许个数可变的形参可以处于形参列表的任意位置，但最多只能带一个支持普通参数收集的形参
如果支持普通参数收集的形参位于前面，后面参数则需要使用关键字参数传值

def test (num, *books):print("num: ", num)print("books: ", books)test(3, 'python', 'java', 'cpp')
# num: 3
# books: ('python', 'java', 'cpp')

def info (*names, msg):for name in names:print("%s, %s" % (name, msg))info('孙悟空', '猪八戒', '牛魔王', msg='欢迎大家')
# 孙悟空，欢迎大家
# 猪八戒，欢迎大家
# 牛魔王，欢迎大家

二、关键字参数收集

在参数前面添加两个星号，该参数支持关键字参数收集，收集的参数被当成dict处理
一个函数可同时支持普通参数收集和关键字参数收集

def test (num, *books, **scores):print("num: ", num)print("books: ",books)print("scores: ", scores)test(5, 'python', 'java', 'cpp', 语文=90, 数学=100)
# num: 5
# books: ('python', 'java', 'cpp')
# scores: {'语文':90, '数学':100}

def info (*names, msg, **scores):for name in names:print("%s, %s" % (name, msg))print(scores)# dict的参数收集：只收集不能明确传入的关键字参数
info('孙悟空', '猪八戒', '牛魔王', msg='欢迎大家', 语文=90, 数学=100)
# 孙悟空，欢迎大家
# 猪八戒，欢迎大家
# 牛魔王，欢迎大家
# {'语文':90, '数学':100}

三、逆向参数收集

逆向参数收集：在元组、列表前添加“*”，在字典之前添加“**”
即使是支持收集的参数，如果程序需要将一个元组传给该参数，同样需要使用逆向收集

def test (a, b):print(a)print(b)vals = (20, 40)
msgs = ['aa', 'bb']
dicts = {'a': 80, 'b': 90}
# *对元组进行解包（逆向参数收集）
test(*vals)
# 20
# 40
test(*msgs)
# aa
# bb
test(**dicts)
# 80
# 90

变量作用域

一、变量作用域

根据定义变量的位置，变量的作用域有两种：
局部变量：在函数中定义的变量包括参数
全局变量：在函数外面、全局范围内定义的变量

# 全局变量
a = 35def info1 ():# 局部变量b = 'python'print(b)  # pythonprint(a)  # 35def info2 ():# 局部变量c = 'java'print(b)  # 错误，局部变量无法访问print(a)  # 35

二、获取变量字典

globals() ：该函数返回全局范围内所有变量组成的变量字典
locals() ：该函数返回当前局部范围内所有变量组成的变量字典
vars(object) ：获取指定对象的范围内所有变量组成的变量字典，如果不传入object参数，vars()和locals()的作用完全相同

三、变量遮蔽

全局变量默认可以在所有函数内访问
如果在函数中定义了与全局变量同名的变量，此时就会发生局部变量遮蔽（hide）全局变量的情形

name = 'python'
def info ():# 依然访问全局变量namepirnt(global()['name'])  # 在函数内对变量赋值，即定义新的name变量name = 'java'print(name)  info()
# python
# java
print(name)  # python

name = 'python'
def info ():# 声明name始终使用全局变量global namepirnt(name)  # 对全局变量name重新赋值name = 'java'print(name)  info()
# python
# java
print(name)  # java

局部函数

一、局部函数

放在函数体内定义的函数成为局部函数
在默认情况下，局部函数对外部是隐藏的，局部函数只能在其封闭函数内使用

def foo ():print('foo函数')# 局部函数def bar ():for i in range(3):print('bar函数')# 局部函数只在其封闭函数内有效bar()foo()
# foo函数
# bar函数
# bar函数
# bar函数

二、封闭函数返回局部函数

封闭函数可以返回局部函数，以便程序在其他作用域中使用局部函数
如果封闭函数没有将局部函数返回出来，那么局部函数将只能在封闭函数内调用

def foo ():print('foo函数')# 局部函数def bar ():for i in range(3):print('bar函数')# bar返回函数本身（函数也相当于一个值，类型为function）# return bar() 表示返回bar函数的执行结果return bar# foo()函数的返回值是bar()函数，因此此处是用变量r来保存bar函数
r = foo()
r()
# foo函数
# bar函数
# bar函数
# bar函数
print(type(r))  # <class 'function'># foo()函数调用之后返回bar函数，而bar函数本身也可以调用
# ‘foo()’ = ‘bar’  ‘foo()()’ = ‘bar()’
foo()()
# foo函数
# bar函数
# bar函数
# bar函数

三、局部函数的遮蔽

局部函数内的变量也会遮蔽它所在的封闭函数的局部变量
局部函数为了避免遮蔽函数所在封闭函数的局部变量，可使用 nonlocal 进行声明

def test ():name = 'python'def info ():print('info函数')# 声明变量name是引用所在封闭函数内的局部变量nonlocal nameprint('name: ', name)# 对封闭函数的局部变量的重新赋值name = 'java'print('name: ', name)info()print(name)test()
# name: python
# name: java
# java

实操：定义计算N的阶乘的函数

方法一：使用循环

控制循环计数器从1循环到N
让循环计数器与前一个结果相乘，知道循环计数器等于N

def fract (n):r = 1if n < 1:print("n不能小于1")returnelse:for i in range(1, n+1):r *= ireturn rprint(fract(5))  # 120
print(fract(6))  # 720

方法二：递归

N的阶乘等于N乘以N-1的阶乘
N为1时，N的阶乘为1，保证递归有结束点

def fract (n):if n < 1:print("n不能小于1")returnelif n == 1:return 1else:# 递归：函数里调用函数自身return fract(n) = fract(n-1) * nprint(fract(5))  # 120
print(fract(6))  # 720

方法三：使用 reduce 函数

Python在functools模块提供了 reduce() 函数，该函数使用指定函数对序列对象进行累积
该函数的用法：reduce(function, sequence[, initial])

import functoolsdef fn (x, y):return x * ydef fract (n):if n < 1:print("n不能小于1")returnelse:return functools.reduce(fn, range(1, n+1))# fn函数的另一种表示方法：lambda x, y: x * yprint(fract(5))  # 120
print(fract(6))  # 720

实操：定义计算矩阵转置的函数

方法一：嵌套循环转置

首先创建一个长度与原矩阵第一个元素长度相等的新列表
使用遍历原矩阵的每个元素（每个元素都是列表），再使用嵌套循环遍历每个元素，将列表中的元素添加到新列表对应的列表元素中

matrix = [[1, 2, 3, 4], [5, 6, 7, 8], [9, 10, 11, 12]]def print_matrix (m):for ele in m:for e in ele:print("%2d" % e, end=' ')print('')def transform_matrix (m):# m[0]有几个元素代表原矩阵有几列rt = [[] for i in m[0]]for ele in m:for i in range(len(ele)):# rt[i]代表新矩阵的第i行# ele[i]代表原矩阵当前行的第i列rt[i].append(ele[i])return rtprint_matrix(matrix)
'''1   2   3   45   6   7   89  10  11  12
13  14  15  16
'''print_matrix(transform_matrix(matrix))
'''1   5   92   6  103   7  114   8  12
'''

方法二：使用zip函数转置

zip 函数的作用是合并多个序列：多个序列第一个元素合并成第一个元素，多个序列第二个元素合并成第二个元素，……
运用逆向参数收集

matrix = [[1, 2, 3, 4], [5, 6, 7, 8], [9, 10, 11, 12]]def print_matrix (m):for ele in m:for e in ele:print("%2d" % e, end=' ')print('')def transform_matrix (m):# zip([1, 2, 3, 4], [5, 6, 7, 8], [9, 10, 11, 12]) -> (1, 5, 9), ……# 逆向参数收集，将矩阵中的多个列表转换成多个参数传给zipreturn list(zip(*m))print_matrix(matrix)
'''1   2   3   45   6   7   89  10  11  12
13  14  15  16
'''print_matrix(transform_matrix(matrix))
'''1   5   92   6  103   7  114   8  12
'''

方法三：使用numpy模块转置

numpy模块提供了 transpose() 函数执行转置，该函数返回值是numpy的内置类型：array
调用array的 tolist() 方法即可将array转换为list列表

matrix = [[1, 2, 3, 4], [5, 6, 7, 8], [9, 10, 11, 12]]def print_matrix (m):for ele in m:for e in ele:print("%2d" % e, end=' ')print('')def transform_matrix (m):import numpyreturn tolist(numpy.transpose(m))print_matrix(matrix)
'''1   2   3   45   6   7   89  10  11  12
13  14  15  16
'''print_matrix(transform_matrix(matrix))
'''1   5   92   6  103   7  114   8  12
'''

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