Python 數(shù)據(jù)分析與科學(xué)計(jì)算 課件 第5章 函數(shù)與模塊

Python數(shù)據(jù)分析與科學(xué)計(jì)算第5章函數(shù)與模塊

5.1函數(shù)概述

5.2函數(shù)的定義與調(diào)用5.3函數(shù)的參數(shù)及返回值5.4函數(shù)的嵌套調(diào)用和遞歸調(diào)用5.5匿名函數(shù)5.6變量的作用域5.7模塊5.8函數(shù)應(yīng)用舉例

函數(shù)是一組實(shí)現(xiàn)某一特定功能的語(yǔ)句集合，是可以重復(fù)調(diào)用、功能相對(duì)獨(dú)立完整的程序段。5.1函數(shù)概述用戶自定義函數(shù)1）

從用戶的使用角度函數(shù)分類標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)）2）

從參數(shù)傳遞的角度有參函數(shù)無(wú)參函數(shù)5.2函數(shù)的定義與調(diào)用def

函數(shù)名（[形式參數(shù)表]）:函數(shù)體

[return表達(dá)式]采用def關(guān)鍵字定義函數(shù)，不需要指定返回值的類型；函數(shù)的參數(shù)不限，不需要指定參數(shù)類型；參數(shù)括號(hào)后面的冒號(hào)“:”必不可少；函數(shù)體相對(duì)于def關(guān)鍵字必須保持一定的空格縮進(jìn)；return語(yǔ)句是可選的；允許定義函數(shù)體為空的函數(shù)。函數(shù)定義時(shí)要注意1.函數(shù)定義一般形式：函數(shù)名（[實(shí)際參數(shù)表]）2.函數(shù)的調(diào)用說(shuō)明實(shí)參可以是常量、變量、表達(dá)式、函數(shù)等，但在進(jìn)行函數(shù)調(diào)用時(shí)必須有確定的值。對(duì)于無(wú)參函數(shù)，調(diào)用時(shí)實(shí)參表列為空，但()不能省。5.2函數(shù)的定義與調(diào)用【例5.3】編寫函數(shù)，求3個(gè)數(shù)中的最大值。5.2函數(shù)的定義與調(diào)用程序代碼：defgetMax(a,b,c):ifa>b:max=aelse:max=bif(c>m):max=creturnmaxa,b,c=eval(input("inputa,b,c:"))n=getMax(a,b,c)print("max=",n)運(yùn)行結(jié)果：inputa,b,c:10,43,23max=43形式參數(shù)：定義函數(shù)時(shí)函數(shù)名后面括號(hào)中的變量名實(shí)際參數(shù)：調(diào)用函數(shù)時(shí)函數(shù)名后面括號(hào)中對(duì)應(yīng)的參數(shù)5.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值1.形式參數(shù)和實(shí)際參數(shù)根據(jù)實(shí)參傳遞給形參值的不同，通常有值傳遞和地址傳遞兩種方式。值傳遞方式

所謂值傳遞方式是指在函數(shù)調(diào)用時(shí)，為形參分配存儲(chǔ)單元，并將實(shí)參的值復(fù)制到形參；函數(shù)調(diào)用結(jié)束，形參所占內(nèi)存單元被釋放，值消失。其特點(diǎn)是：形參和實(shí)參各占不同的內(nèi)存單元，函數(shù)中對(duì)形參值的改變不會(huì)改變實(shí)參的值。這就是函數(shù)參數(shù)的單向傳遞規(guī)則。5.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值【例5.4】

函數(shù)參數(shù)的值傳遞方式。程序代碼：defswap(a,b):a,b=b,aprint("a=",a,"b=",b)

x,y=eval(input("inputx,y:"))swap(x,y)print("x=",x,"y=",y)運(yùn)行結(jié)果：inputx,y:3,5a=5b=3x=3y=55.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值圖5.1函數(shù)參數(shù)值傳遞方式5.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值地址傳遞方式

所謂地址傳遞方式是指在函數(shù)調(diào)用時(shí)，將實(shí)參數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址作為參數(shù)傳遞給形參。其特點(diǎn)是：形參和實(shí)參占用同樣的內(nèi)存單元，函數(shù)中對(duì)形參值的改變也會(huì)改變實(shí)參的值。【例5.5】

函數(shù)參數(shù)的地址傳遞方式。程序代碼：defswap(a_list):a_list[0],a_list[1]=a_list[1],a_list[0]print("a_list[0]=",a_list[0],"a_list[1]=",a_list[1])

x_list=[3,5]swap(x_list)print("x_list[0]=",x_list[0],"x_list[1]=",x_list[1])運(yùn)行結(jié)果：a_list[0]=5a_list[1]=3x_list[0]=5x_list[1]=35.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值2.默認(rèn)值參數(shù)默認(rèn)值參數(shù)機(jī)制，可以為函數(shù)的參數(shù)提供默認(rèn)值。定義帶有默認(rèn)值參數(shù)額函數(shù)一般形式為：def函數(shù)名(非默認(rèn)參數(shù)，參數(shù)名=默認(rèn)值，…):

函數(shù)體

函數(shù)定義時(shí)，形式參數(shù)中非默認(rèn)參數(shù)和默認(rèn)參數(shù)可以并存，但非默認(rèn)參數(shù)之前不能有默認(rèn)參數(shù)。5.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值2.默認(rèn)值參數(shù)可以使用函數(shù)__defaults__查看函數(shù)所有默認(rèn)值參數(shù)的當(dāng)前值。例如：defmul(x,y=2,z=3):return(x*y*z)

使用__defaults__查看mul函數(shù)的默認(rèn)值參數(shù)，語(yǔ)句為：>>>mul.__defaults__(2,3)可以看到該函數(shù)調(diào)用返回值為元組(2,3)。對(duì)mul函數(shù)的調(diào)用：mul(5)30mul(2,4)24mul(2,4,6)485.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值在定義含有默認(rèn)參數(shù)的函數(shù)時(shí)，需要注意：

所有位置參數(shù)必須出現(xiàn)在默認(rèn)參數(shù)前，包括函數(shù)調(diào)用。默認(rèn)參數(shù)的值只在定義時(shí)被設(shè)置計(jì)算一次。如果函數(shù)修改了對(duì)象，默認(rèn)值就被修改了?！纠?.6】

默認(rèn)參數(shù)應(yīng)用舉例。程序代碼：deffunc(x,n=2):f=1foriinrange(n):f*=xreturnf

print(func(5))#函數(shù)調(diào)用時(shí)n傳入默認(rèn)參數(shù)print(func(5,3))#函數(shù)調(diào)用時(shí)x和n均傳入非默認(rèn)參數(shù)運(yùn)行結(jié)果：251255.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值【例5.7】可變默認(rèn)參數(shù)?！纠?.8】

不可變默認(rèn)參數(shù)。程序代碼：deffunc(x,a_list=[]):a_list.append(x)returna_list

print(func(1))print(func(2))print(func(3))運(yùn)行結(jié)果：[1][1,2][1,2,3]程序代碼：deffunc(x,a_list=None):ifa_list==None:a_list=[]a_list.append(x)returna_list

print(func(1))print(func(2))print(func(3))運(yùn)行結(jié)果：[1][2][3]5.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值3.位置參數(shù)和關(guān)鍵字參數(shù)位置參數(shù)deffunc(a,b):c=a**breturnc在函數(shù)調(diào)用時(shí)，實(shí)參默認(rèn)采用按照位置順序傳遞給形參的方式。關(guān)鍵字參數(shù)指定參數(shù)：鍵=值【例5.9】使用關(guān)鍵字參數(shù)應(yīng)用舉例。程序代碼：deffunc(a,b):c=a**breturnc

print(func(a=2,b=3))print(func(b=3,a=2))運(yùn)行結(jié)果：[1][1,2][1,2,3]

一個(gè)函數(shù)可能在調(diào)用時(shí)需要使用比定義時(shí)更多的參數(shù)，這就需要使用可變長(zhǎng)參數(shù)。使用方法是在變量名前加星號(hào)*或**。4.可變長(zhǎng)參數(shù)5.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值程序代碼：deffunc(*para_t):print("可變長(zhǎng)參數(shù)數(shù)量為:")print(len(para_t))print("參數(shù)依次為:")

forxinrange(len(para_t)):print(para_t[x]);#訪問(wèn)可變長(zhǎng)參數(shù)內(nèi)容

func('a') #使用單個(gè)參數(shù)func(1,2,3,4) #使用多個(gè)參數(shù)運(yùn)行結(jié)果：可變長(zhǎng)參數(shù)數(shù)量為:1參數(shù)依次為:a可變長(zhǎng)參數(shù)數(shù)量為:4參數(shù)依次為:1234元組【例5.10】以元組作為可變長(zhǎng)參數(shù)實(shí)例。【例5.12】調(diào)用函數(shù)使不指定可變長(zhǎng)參數(shù)?！纠?.13】使用不同形式的可變長(zhǎng)參數(shù)實(shí)例。5.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值程序代碼：deffunc(*para_a):sum=0forxinpara_a:sum+=xreturnsum

print(func())運(yùn)行結(jié)果：0程序代碼：func(para,*para_a,**para_b):print("para:",para)forvalueinpara_a:print("otherpara:",value)forkeyinpara_b:print("dictpara:{0}:{1}".format(key,para_b[key]))

func(1,'a',True,name='Tom',age=12)運(yùn)行結(jié)果：para:1otherpara:aotherpara:Truedictpara:name:Tomdictpara:age:12【例5.14】可變長(zhǎng)參數(shù)與默認(rèn)參數(shù)、位置參數(shù)同時(shí)使用。5.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值程序代碼：deffunc(x,*para,y=1):#默認(rèn)參數(shù)要放到最后

print(x)print(para)print(y)

func(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,y=100)運(yùn)行結(jié)果：1(2,3,4,5,6,7,8,9,10)1005.函數(shù)的返回值

指函數(shù)被調(diào)用、執(zhí)行完后，返回給主調(diào)函數(shù)的值。函數(shù)的返回語(yǔ)句一般形式

return表達(dá)式功能：

使程序控制從被調(diào)用函數(shù)返回到調(diào)用函數(shù)中，同時(shí)把返回值帶給調(diào)用函數(shù)defadd(a,b):c=a+b

x=add(3,20)print(x)說(shuō)明

函數(shù)內(nèi)可有多條返回語(yǔ)句。如果沒(méi)有return語(yǔ)句，會(huì)自動(dòng)返回NONE；如果有return語(yǔ)句，但是return后面沒(méi)有表達(dá)式也返回NONE。5.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值【例5.15】編寫函數(shù)，判斷一個(gè)數(shù)是否是素?cái)?shù)。5.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值程序代碼：defisprime(n):foriinrange(2,n):if(n%i==0):return0return1m=int(input("請(qǐng)輸入一個(gè)整數(shù):"))flag=isprime(m)if(flag==1):print("%d是素?cái)?shù)"%m)else:print("%d不是素?cái)?shù)"%m)運(yùn)行結(jié)果：請(qǐng)輸入一個(gè)整數(shù):3535不是素?cái)?shù)再次運(yùn)行程序結(jié)果如下：請(qǐng)輸入一個(gè)整數(shù):55是素?cái)?shù)【例5.16】求一個(gè)數(shù)列中的最大值和最小值。5.3函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值程序代碼：defgetMaxMin(x):max=x[0]min=x[0]foriinrange(0,len(x)):ifmax<x[i]:max=x[i]ifmin>x[i]:min=x[i]return(max,min)a_list=[-1,28,-15,5,10]#測(cè)試數(shù)據(jù)為列表類型x,y=getMaxMin(a_list)print("a_list=",a_list)print("最大元素=",x,"最小元素=",y)string="Hello"#測(cè)試數(shù)據(jù)為字符串x,y=getMaxMin(string)print("string=",string)print("最大元素=",x,"最小元素=",y)運(yùn)行結(jié)果：a_list=[-1,28,-15,5,10]最大元素=28最小元素=-15string=Hello最大元素=o最小元素=H5.4函數(shù)的嵌套調(diào)用和遞歸調(diào)用

在函數(shù)的執(zhí)行過(guò)程中又直接或間接地調(diào)用該函數(shù)本身，這就是函數(shù)的遞歸調(diào)用，Python中允許遞歸調(diào)用。在函數(shù)中直接調(diào)用函數(shù)本身稱為直接遞歸調(diào)用。在函數(shù)中調(diào)用其他函數(shù)，其他函數(shù)又調(diào)用原函數(shù)，稱為間接遞歸調(diào)用。函數(shù)的遞歸調(diào)用如圖5.3所示。圖5.3函數(shù)的遞歸調(diào)用【例5.17】用遞歸方法求n！遞推歸納：遞歸終止：5.4函數(shù)的嵌套調(diào)用和遞歸調(diào)用程序代碼：deffac(n):ifn==0:f=1else:f=fac(n-1)*n;returnfn=int(input("pleaseinputn:"))f=fac(n)print("%d!=%d"%(n,f))運(yùn)行結(jié)果：pleaseinputn:44!=2402十二月2024【例5.18】漢諾塔問(wèn)題。

假設(shè)有三個(gè)塔座，分別用A、B、C表示，在一個(gè)塔座（設(shè)為A塔）上有64個(gè)盤片，盤片大小不等，按大盤在下，小盤在上的順序疊放著，如圖5.5所示?，F(xiàn)要借助于B塔，將這些盤片移到C塔去，要求在移動(dòng)的過(guò)程中，每個(gè)塔座上的盤片始終保持大盤在下，小盤在上的疊放方式，每次只能移動(dòng)一個(gè)盤片。編程實(shí)現(xiàn)移動(dòng)盤片的過(guò)程。5.4函數(shù)的嵌套調(diào)用和遞歸調(diào)用圖5.5漢諾（Hanoi）塔問(wèn)題

假設(shè)要將n個(gè)盤片按規(guī)定從A塔移至C塔，移動(dòng)步驟可分為以下3步完成。（1）把A塔上的n-1個(gè)盤片借助C塔移動(dòng)到B塔。（2）把第n個(gè)盤片從A塔移至C塔。（3）把B塔上的n-1個(gè)盤片借助A塔移至C塔。

算法用函數(shù)hanoi

(n,x,y,z)以遞歸算法實(shí)現(xiàn)，hanoi()

函數(shù)的形參為n、x、y、z，分別存儲(chǔ)盤片數(shù)、源塔、借用塔和目的塔。調(diào)用函數(shù)每調(diào)用一次，可以使盤片數(shù)減1，當(dāng)遞歸調(diào)用盤片數(shù)為1時(shí)結(jié)束遞歸。算法描述如下。如果n等于1，則將這一個(gè)盤片從x塔移至z塔，否則有：（1）遞歸調(diào)用hanoi

(n-1,x,z,y)，將n-1個(gè)盤片從x塔借助z塔移動(dòng)到y(tǒng)塔。（2）將n號(hào)盤片從x塔移至z塔。（3）遞歸調(diào)用hanoi(n-1,y,x,z)，將n-1個(gè)盤片從y塔借助x塔移動(dòng)到z塔。5.4函數(shù)的嵌套調(diào)用和遞歸調(diào)用程序代碼：count=0defhanoi(n,x,y,z):globalcountifn==1:count+=1move(count,x,z)else:hanoi(n-1,x,z,y);count+=1move(count,x,z)hanoi(n-1,y,x,z);defmove(n,x,y):print("step%d:Movediskform%cto%c"%(count,x,y))m=int(input("Inputthenumberofdisks:"))print("Thestepstomoving%ddisks:"%m)hanoi(m,'A','B','C')運(yùn)行結(jié)果：Inputthenumberofdisks:3Thestepstomoving3disks:step1:MovediskformAtoCstep2:MovediskformAtoBstep3:MovediskformCtoBstep4:MovediskformAtoCstep5:MovediskformBtoAstep6:MovediskformBtoCstep7:MovediskformAtoC5.4函數(shù)的嵌套調(diào)用和遞歸調(diào)用圖5.6n=3時(shí)函數(shù)的遞歸調(diào)用過(guò)程5.5匿名函數(shù)通過(guò)lambda關(guān)鍵字來(lái)定義的函數(shù)稱為匿名函數(shù)。定義格式如下：lambda[參數(shù)1[,參數(shù)2,參數(shù)3,…,參數(shù)n]]:表達(dá)式表達(dá)式相當(dāng)于匿名函數(shù)的返回值，但只能由一個(gè)表達(dá)式組成，不能有其他的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。例如有以下定義：lambdax,y:x+y該函數(shù)有兩個(gè)參數(shù)，分別是x、y。lambda函數(shù)是一個(gè)函數(shù)對(duì)象，可將該函數(shù)直接賦值給一個(gè)變量，這個(gè)變量就成了一個(gè)函數(shù)對(duì)象，也就是將函數(shù)與變量捆綁到一起了，函數(shù)對(duì)象名可以作為函數(shù)直接調(diào)用。例如：f=lambdax,y:x+yprint(f(2,3))

5.5匿名函數(shù)【例5.19】求正方形的面積。分析：分別使用匿名函數(shù)和普通函數(shù)求面積。#普通函數(shù)defsquare(x):returnx*x#匿名函數(shù)lambda_square=lambdax:x*x#函數(shù)調(diào)用print(square(10))print(lambda_square(10))【例5.20】匿名函數(shù)的多種使用形式。5.5匿名函數(shù)程序代碼：#無(wú)參數(shù)lambda_a=lambda:"Computer"print(lambda_a())

#一個(gè)參數(shù)lambda_b=lambdan:n*1001print(lambda_b(5))

#多個(gè)參數(shù)lambda_c=lambdaa,b,c,d:a+b+c+dprint(lambda_c(1,2,3,4))#嵌套條件分支lambda_d=lambdax,y:xifx>yelseyprint(lambda_d(3,5))#作為函數(shù)參數(shù)deffunc1(a,b,func):print('a=',a)print('b=',b)print('a*b=',func(a,b))

func1(3,5,lambdaa,b:a*b)#作為函數(shù)的返回值deffunc2(a,b):returnlambdac:a*b*creturn_func=func2(2,4)print(return_func(6))運(yùn)行結(jié)果：Computer5005105a=3b=5a*b=15485.6變量的作用域當(dāng)程序中有多個(gè)函數(shù)時(shí)，定義的每個(gè)變量只能在一定的范圍內(nèi)訪問(wèn)，稱之為變量的作用域。按作用域劃分，將變量分為局部變量和全局變量。1.局部變量

在一個(gè)函數(shù)內(nèi)或者語(yǔ)句塊內(nèi)定義的變量稱為局部變量。局部變量的作用域僅限于定義它的函數(shù)體或語(yǔ)句塊中。deffun1(a):x=a+10……deffun2(a,b):x,y=a,b……5.6變量的作用域【例5.21】局部變量應(yīng)用。程序代碼：deffun(x):print("x=",x)x=20print("changedlocalx=",x)x=30fun(30)print("mainx=",x)運(yùn)行結(jié)果：x=30changedlocalx=20mainx=302.全局變量在所有函數(shù)之外定義的變量稱為全局變量，它可以在多個(gè)函數(shù)中被引用。x=30deffunc():globalxprint('x的值是',x)x=20print('全局變量x改為',x)func()print('x的值是',x)5.6變量的作用域5.6變量的作用域【例5.22】全局變量應(yīng)用。程序代碼：x=30deffunc():globalxprint('x的值是',x)x=20print('全局變量x改為',x)func()print('x的值是',x)運(yùn)行結(jié)果：x的值是30全局變量x改為20x的值是20 5.7模塊

將一些常用的功能單獨(dú)放置到一個(gè)文件中，方便其他文件來(lái)調(diào)用，這些文件即為模塊。標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)模塊是Python自帶的函數(shù)模塊。文本處理文件處理操作系統(tǒng)功能網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

從用戶的角度看，模塊也分為標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)模塊和用戶自定義模塊。標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)模塊1.定義模塊用戶建立一個(gè)模塊就是建立擴(kuò)展名為.py的Python程序。defprinter(x):print(x)將以上程序代碼保存成.py程序，例如module.py用戶自定義模塊5.7模塊導(dǎo)入模塊就是給出一個(gè)訪問(wèn)模塊提供的函數(shù)、對(duì)象和類的方法。（1）引入模塊import模塊（2）引入模塊中的函數(shù)

from模塊名import函數(shù)名（3）引入模塊中的所有函數(shù)from模塊名import*2.導(dǎo)入模塊5.7模塊5.8函數(shù)應(yīng)用舉例【例5.24】采取插入排序法將10個(gè)數(shù)據(jù)從小到大進(jìn)行排序。程序代碼：definsert_sort(array):foriinrange(1,len(array)):ifarray[i-1]>array[i]:temp=array[i]#當(dāng)前需要排序的元素暫存到temp中

index=i#用來(lái)記錄排序元素需要插入的位置

whileindex>0andarray[index-1]>temp:array[index]=array[index-1]#把已經(jīng)排序好的元素后移一位，留下需要插入的位置

index-=1array[index]=temp#把需要排序的元素，插入到指定位置b=input("請(qǐng)輸入一組數(shù)據(jù)：")array=[]foriinb.split(','):array.append(int(i))print("排序前的數(shù)據(jù)：")print(array)insert_sort(array)#調(diào)用insert_sort()函數(shù)print("排序后的數(shù)據(jù)：")print(array)運(yùn)行結(jié)果：請(qǐng)輸入一組數(shù)據(jù)：100,43,65,101,54,65,4,2017,123,55排序前的數(shù)據(jù)：[100,43,65,101,54,65,4,2017,123,55]排序后的數(shù)據(jù)：[4,43,54,55,65,65,100,101,123,2017]【例5.25】用遞歸的方法求xn。遞推歸納：遞歸終止：xn→xn-1→xn-2→…→x2→x1當(dāng)n=0時(shí)，x0=15.8函數(shù)應(yīng)用舉例程序代碼：defxn(x,n):ifn==0:f=1else:f=x*xn(x,n-1)returnfx,n=eval(input("pleaseinputxandn"))ifn<0:n=-ny=xn(x,n)y=1/yelse:y=xn(x,n)print(y)運(yùn)行結(jié)果：pleaseinputxandn:3,5243再次運(yùn)行程序結(jié)果如下：pleaseinputxandn:3,-50.00411522633744856【例5.26】計(jì)算從公元1年1月1日到y(tǒng)年m月d日的天數(shù)（含兩端）。例如:從公元1年1月1日到1年2月