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从零开始学Python:第八课-函数和模块

原创 Python 作者:千锋Python唐小强 时间:2020-06-30 17:16:03 0 删除 编辑

在讲解本章节的内容之前,我们先来研究一道数学题,请说出下面的方程有多少组正整数解。

从零开始学Python:第八课-函数和模块

你可能已经想到了,这个问题其实等同于将8个苹果分成四组且每组至少一个苹果有多少种方案,因此该问题还可以进一步等价于在分隔8个苹果的7个空隙之间插入三个隔板将苹果分成四组有多少种方案,也就是从7个空隙选出3个空隙放入隔板的组合数,所以答案是

从零开始学Python:第八课-函数和模块

组合数的计算公式如下所示:

从零开始学Python:第八课-函数和模块

根据我们前面学习的知识,可以用循环做累乘来计算阶乘,那么通过下面的Python代码我们就可以计算出组合数

从零开始学Python:第八课-函数和模块

的值,代码如下所示:


"""

输入M和N计算C(M,N)

Version: 0.1
Author: 骆昊
"""
m = int(input( 'm = '))
n = int(input( 'n = '))
# 计算m的阶乘
fm = 1
for num in range(1, m + 1):
   fm *= num
# 计算n的阶乘
fn = 1
for num in range(1, n + 1):
   fn *= num
# 计算m-n的阶乘
fm_n = 1
for num in range(1, m - n + 1):
   fm_n *= num
# 计算C(M,N)的值
print(fm // fn // fm_n)

函数的作用

不知大家是否注意到,上面的代码中我们做了三次求阶乘,虽然m、n、m - n的值各不相同,但是三段代码并没有实质性的区别,属于重复代码。世界级的编程大师Martin Fowler先生曾经说过:“ 代码有很多种坏味道,重复是最坏的一种!”。要写出高质量的代码首先要解决的就是重复代码的问题。对于上面的代码来说,我们可以将计算阶乘的功能封装到一个称为“函数”的代码块中,在需要计算阶乘的地方,我们只需要“调用函数”就可以了。

定义函数

从零开始学Python:第八课-函数和模块

在Python中可以使用def关键字来定义函数,和变量一样每个函数也应该有一个漂亮的名字,命名规则跟变量的命名规则是一致的。在函数名后面的圆括号中可以放置传递给函数的参数,就是我们刚才说到的函数的自变量,而函数执行完成后我们会通过return关键字来返回函数的执行结果,就是我们刚才说的函数的因变量。一个函数要执行的代码块(要做的事情)也是通过缩进的方式来表示的,跟之前分支和循环结构的代码块是一样的。大家不要忘了def那一行的最后面还有一个:,之前提醒过大家,那是在英文输入法状态下输入的冒号。

我们可以通过函数对上面的代码进行重构。 所谓重构,是在不影响代码执行结果的前提下对代码的结构进行调整。重构之后的代码如下所示。


""
"

输入M和N计算C(M,N)

Version: 0.1
Author: 骆昊
" ""


# 定义函数:def是定义函数的关键字、fac是函数名,num是参数(自变量)
def fac(num):
    "" "求阶乘" ""
   result = 1
    for n in range( 1, num + 1):
       result *= n
   # 返回num的阶乘(因变量)
    return result


m = int(input( 'm = '))
n = int(input( 'n = '))
# 当需要计算阶乘的时候不用再写重复代码而是直接调用函数fac
# 调用函数的语法是在函数名后面跟上圆括号并传入参数
print(fac(m) // fac(n) // fac(m - n))

函数的参数

参数的默认值

如果函数中没有return语句,那么函数默认返回代表空值的None。另外,在定义函数时,函数也可以没有自变量,但是函数名后面的圆括号是必须有的。Python中还允许函数的参数拥有默认值,我们可以把上一课“CRAPSdubo游戏”的摇筛子获得点数的功能封装成函数,代码如下所示。


"""

参数的默认值1

Version: 0.1
Author: 骆昊
"""
from random import randint


# 定义摇筛子的函数,n表示筛子的个数,默认值为2
def roll_dice(n=2):
   """摇筛子返回总的点数"""
   total = 0
   for _ in range(n):
       total += randint(1, 6)
   return total


# 如果没有指定参数,那么n使用默认值2,表示摇两颗筛子
print(roll_dice())
# 传入参数3,变量n被赋值为3,表示摇三颗筛子获得点数
print(roll_dice(3))

我们再来看一个更为简单的例子。


"""

参数的默认值2

Version: 0.1
Author: 骆昊
"""


def add (a= 0, b= 0, c= 0):
    """三个数相加求和"""
    return a + b + c


# 调用add函数,没有传入参数,那么a、b、c都使用默认值0
print(add())         # 0
# 调用add函数,传入一个参数,那么该参数赋值给变量a, 变量b和c使用默认值0
print(add(1))        # 1
# 调用add函数,传入两个参数,1和2分别赋值给变量a和b,变量c使用默认值0
print(add(1, 2))     # 3
# 调用add函数,传入三个参数,分别赋值给a、b、c三个变量
print(add(1, 2, 3))  # 6
# 传递参数时可以不按照设定的顺序进行传递,但是要用“参数名=参数值”的形式
print(add(c=50, a=100, b=200))    # 350

注意:带默认值的参数必须放在不带默认值的参数之后,否则将产生SyntaxError错误,错误消息是:non-default argument follows default argument,翻译成中文的意思是“没有默认值的参数放在了带默认值的参数后面”。

可变参数

接下来,我们还可以实现一个对任意多个数求和的add函数,因为Python语言中的函数可以通过星号表达式语法来支持可变参数。所谓可变参数指的是在调用函数时,可以向函数传入0个或任意多个参数。将来我们以团队协作的方式开发商业项目时,很有可能要设计函数给其他人使用,但有的时候我们并不知道函数的调用者会向该函数传入多少个参数,这个时候可变参数就可以派上用场。下面的代码演示了用可变参数实现对任意多个数求和的add函数。


"""

可变参数

Version: 0.1
Author: 骆昊
"""


# 用星号表达式来表示args可以接收0个或任意多个参数
def add(*args):
   total = 0
   # 可变参数可以放在for循环中取出每个参数的值
   for val in args:
       total += val
   return total


# 在调用add函数时可以传入0个或任意多个参数
print(add())
print(add(1))
print(add(1, 2))
print(add(1, 2, 3))
print(add(1, 3, 5, 7, 9))
从零开始学Python:第八课-函数和模块

用模块管理函数

不管用什么样的编程语言来写代码,给变量、函数起名字都是一个让人头疼的问题,因为我们会遇到 命名冲突这种尴尬的情况。最简单的场景就是在同一个.py文件中定义了两个同名的函数,如下所示。



def 
foo
():

   print( 'hello, world!')


def foo ():
   print( 'goodbye, world!')


foo()     # 大家猜猜调用foo函数会输出什么

当然上面的这种情况我们很容易就能避免,但是如果项目是团队协作多人开发的时候,团队中可能有多个程序员都定义了名为foo的函数,这种情况下怎么解决命名冲突呢?答案其实很简单,Python中每个文件就代表了一个模块(module),我们在不同的模块中可以有同名的函数,在使用函数的时候我们通过import关键字导入指定的模块再使用 完全限定名的调用方式就可以区分到底要使用的是哪个模块中的foo函数,代码如下所示。

module1.py



def 
foo
():

   print( 'hello, world!')

module2.py



def 
foo
():

   print( 'goodbye, world!')

test.py


import module1

import module2

# 用“模块名.函数名”的方式(完全限定名)调用函数,
module1.foo()    # hello, world!
module2.foo()    # goodbye, world!

在导入模块时,还可以使用as关键字对模块进行别名,这样我们可以使用更为简短的完全限定名。

test.py


import module1 
as m1

import module2 as m2

m1.foo()     # hello, world!
m2.foo()    # goodbye, world!

上面的代码我们导入了定义函数的模块,我们也可以使用from...import...语法从模块中直接导入需要使用的函数,代码如下所示。

test.py


from module1 
import foo


foo()    # hello, world!

from module2 import foo

foo()    # goodbye, world!

但是,如果我们如果从两个不同的模块中导入了同名的函数,后导入的函数会覆盖掉先前的导入,就像下面的代码中,调用foo会输出hello, world!,因为我们先导入了module2的foo,后导入了module1的foo 。如果两个from...import...反过来写,就是另外一番光景了。

test.py


from module2 
import foo

from module1 import foo

foo()     # hello, world!

如果想在上面的代码中同时使用来自两个模块中的foo函数也是有办法的,大家可能已经猜到了,还是用as关键字对导入的函数进行别名,代码如下所示。

test.py


from module1 
import foo 
as f1

from module2 import foo as f2

f1()     # hello, world!
f2()    # goodbye, world!

标准库中的模块和函数

Python标准库中提供了大量的模块和函数来简化我们的开发工作,我们之前用过的random模块就为我们提供了生成随机数和进行随机抽样的函数;而time模块则提供了和时间操作相关的函数;上面求阶乘的函数在Python标准库中的math模块中已经有了,实际开发中并不需要我们自己编写,而math模块中还包括了计算正弦、余弦、指数、对数等一系列的数学函数。随着我们进一步的学习Python编程知识,我们还会用到更多的模块和函数。

Python标准库中还有一类函数是不需要import就能够直接使用的,我们将其称之为内置函数,这些内置函数都是很有用也是最常用的,下面的表格列出了一部分的内置函数。

从零开始学Python:第八课-函数和模块

简单的总结

函数是功能相对独立且会重复使用的代码的封装。学会使用定义和使用函数,就能够写出更为优质的代码。当然,Python语言的标准库中已经为我们提供了大量的模块和常用的函数,用好这些模块和函数就能够用更少的代码做更多的事情。

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