《人工智能基礎(chǔ)》課件-第7章 函數(shù)

本章導讀在實際開發(fā)過程中，經(jīng)常會遇到很多完全相同或者非常相似的操作，這時，可以將實現(xiàn)類似操作的代碼封裝為函數(shù)，然后在需要的地方調(diào)用該函數(shù)。這樣不僅可以實現(xiàn)代碼的復用，還可以使代碼更有條理性，增加代碼的可靠性。本章首先介紹函數(shù)的定義和調(diào)用，并詳細介紹函數(shù)的參數(shù)和返回值；然后介紹函數(shù)的嵌套、遞歸函數(shù)、匿名函數(shù)以及變量的作用域；接著介紹模塊的導入和創(chuàng)建方法；最后通過兩個典型案例，讓讀者進一步掌握函數(shù)在程序設(shè)計中的應用。第7章函數(shù)學習目標掌握函數(shù)的定義和調(diào)用方法熟悉函數(shù)的返回值和函數(shù)參數(shù)傳遞的過程理解函數(shù)的嵌套調(diào)用與遞歸調(diào)用的定義和使用方法了解匿名函數(shù)掌握局部變量和全局變量的區(qū)別和典型用法掌握模塊的導入與創(chuàng)建方法以及包的使用方法7.1函數(shù)的定義和使用7.2

函數(shù)的參數(shù)

7.3

函數(shù)的嵌套

7.4

遞歸函數(shù)

7.5

變量作用域7.6

匿名函數(shù)7.7

模塊

7.8

典型案例7.1函數(shù)的定義和使用7.1.1函數(shù)的定義7.1.2函數(shù)的調(diào)用7.1.3函數(shù)的返回值函數(shù)是一段具有特定功能的、可重復使用的代碼段，它能夠提高程序的模塊化和代碼的復用率。Python提供了很多內(nèi)建函數(shù)（如print()、input()、int()函數(shù)等）標準庫函數(shù)（如math庫中的sqrt()函數(shù)）用戶還可以自己編寫函數(shù)，稱為自定義函數(shù)。在Python中，定義函數(shù)的一般形式為：def函數(shù)名([形式參數(shù)列表]):

函數(shù)體使用def關(guān)鍵字來定義函數(shù)函數(shù)名可以是任何有效的Python標識符函數(shù)名后的圓括號內(nèi)是形式參數(shù)列表（簡稱形參），形式參數(shù)列表是調(diào)用該函數(shù)時傳遞給它的值，可以有零個、一個或多個，當傳遞多個參數(shù)時各參數(shù)之間由逗號分隔。函數(shù)體是函數(shù)每次被調(diào)用時執(zhí)行的代碼，由一行或多行語句組成。例如：

注意（1）即使該函數(shù)不需要接收任何參數(shù)，也必須保留一對空的圓括號。（2）括號后面的冒號不能省略。（3）函數(shù)體相對于def關(guān)鍵字必須保持一定的空格縮進。defprint_text():print("Helloworld!")定義名為“print_text()”的函數(shù)，該函數(shù)的功能是輸出“Helloworld!”定義了函數(shù)后，就相當于有了一段具有特定功能的代碼，要想執(zhí)行這些代碼，需要調(diào)用函數(shù)。函數(shù)調(diào)用的一般形式為：函數(shù)名([實際參數(shù)列表])例：編程實現(xiàn)輸出如下內(nèi)容，要求使用函數(shù)。************************Helloworld!************************defprint_line():print("************")defprint_text():print("Helloworld!")print_line() #調(diào)用函數(shù)print_line() #調(diào)用函數(shù)print_text() #調(diào)用函數(shù)print_line() #調(diào)用函數(shù)print_line() #調(diào)用函數(shù)程序運行效果函數(shù)并非總是直接輸出數(shù)據(jù)，它還可以處理一些數(shù)據(jù)，并返回一個或一組值。函數(shù)返回的值被稱為返回值。在Python中，函數(shù)使用return語句返回值。return語句用來退出函數(shù)并將程序返回到函數(shù)被調(diào)用的位置繼續(xù)執(zhí)行。return語句可以同時返回0個、1個或多個結(jié)果給函數(shù)被調(diào)用處的變量。例：編寫函數(shù)實現(xiàn)求兩數(shù)中較小數(shù)。defminimal(x,y): #自定義計算較小值函數(shù)

ifx>y: #如果x>y成立，返回y的值

returnyelse: #否則返回x的值

returnxa=float(input('輸入第一個數(shù)據(jù)：')) #顯示提示語并接收a的值b=float(input('輸入第二個數(shù)據(jù)：')) #顯示提示語并接收b的值c=minimal(a,b) #調(diào)用函數(shù)，將較小值賦給cprint('較小值為：',c) #輸出c的值程序運行效果

注意如果函數(shù)沒有return語句，Python將認為該函數(shù)以returnNone結(jié)束，即返回空值。函數(shù)也可以用return語句返回多個值，多個值以元組類型保存。例：編寫程序，要求輸入字符串，計算字符串中大寫字母和小寫字母的個數(shù)并輸出，計算過程用函數(shù)實現(xiàn)。defdemo(s): #定義函數(shù)

a=0

#變量a用于存儲大寫字母個數(shù)

b=0 #變量b用于存儲小寫字母個數(shù)

forchins: #循環(huán)判斷字符串中的每個字母

ifch.isupper(): #調(diào)用isupper()方法判斷是否為大寫字母

a+=1 #如果是a加1elifch.islower(): #調(diào)用islower()方法判斷是否為小寫字母

b+=1 #如果是b加1returna,b #返回a和b的值s=input('請輸入字符串') #輸入字符串c=demo(s) #調(diào)用函數(shù)返回a和b的值給變量cprint(c,type(c)) #輸出變量c及變量c的類型print('大寫字母的個數(shù)為：',c[0],'，小寫字母的個數(shù)為：',c[1])#輸出結(jié)果程序運行效果7.2函數(shù)的參數(shù)7.2.2參數(shù)類型7.2.1實參和形參定義函數(shù)時，圓括號內(nèi)是使用逗號分隔的形式參數(shù)列表（簡稱形參），調(diào)用函數(shù)時向其傳遞實參，根據(jù)不同的參數(shù)類型，將實參的值或引用傳遞給形參。1．傳值當參數(shù)類型為固定數(shù)據(jù)類型（如整數(shù)、浮點數(shù)、字符串、元組等）時，在函數(shù)內(nèi)部直接修改形參的值不會影響實參。例：閱讀以下程序，分析輸出結(jié)果。defChangeInt(a):a=10a=2ChangeInt(a)print('a=',a)程序運行效果但當參數(shù)類型為可變數(shù)據(jù)類型（如列表、字典、集合等）時，在函數(shù)內(nèi)部使用下標或其他方式為其增加、刪除元素或修改元素值時，修改后的結(jié)果是可以反映到函數(shù)之外的，即實參也會得到相應的修改。2．傳引用例：閱讀以下程序，分析輸出結(jié)果。defchangeme(mylist):

mylist.append([1,2,3,4])

print("函數(shù)內(nèi)取值:",mylist)returnmylist=[10,20,30]changeme(mylist)print("函數(shù)外取值:",mylist)程序運行效果1．位置參數(shù)調(diào)用函數(shù)時，實參和形參的順序必須嚴格一致，并且實參和形參的數(shù)量必須相同。例：運行以下程序，分析運行結(jié)果。defprintme(a,b,c):print(a,b,c)printme(1,2,3)printme(1,2)程序運行效果2．默認值參數(shù)在定義函數(shù)時，可以為函數(shù)的參數(shù)設(shè)置默認值，這個參數(shù)被稱為默認值參數(shù)。帶有默認值參數(shù)的函數(shù)定義語法如下：在調(diào)用帶有默認值參數(shù)的函數(shù)時，可以不用為設(shè)置了默認值的形參進行傳值，此時函數(shù)將會直接使用函數(shù)定義時設(shè)置的默認值，也可以通過顯式賦值來替換其默認值。def函數(shù)名(…,形參名=默認值):

函數(shù)體

知識庫可以使用“函數(shù)名.__defaults__”隨時查看函數(shù)所有默認值參數(shù)的當前值，其返回值為一個元組，其中的元素依次表示每個默認值參數(shù)的當前值。例：默認值參數(shù)。defprintinfo(name,age=35): #定義函數(shù)，打印任何傳入的字符串

print("名字:",name)print("年齡:",age)return#調(diào)用printinfo函數(shù)print(printinfo.__defaults__) #輸出函數(shù)默認值參數(shù)printinfo("root",50) #顯式賦值print("------------------------")printinfo("root") #使用默認值參數(shù)程序運行效果

提示在定義帶有默認值參數(shù)的函數(shù)時，默認值參數(shù)必須出現(xiàn)在函數(shù)形參列表的最右端，否則會提示語法錯誤。deff(a=1,b,c=3):print(a,b,c)例如：以下函數(shù)的定義是錯誤的：多次調(diào)用函數(shù)并不為默認值參數(shù)傳遞值時，默認值參數(shù)只在定義時進行一次解釋和初始化，對于列表、字典這樣可變類型的默認值參數(shù)，這一點可能會導致邏輯錯誤。因此，一般來說，要避免使用列表、字典、集合或其他可變數(shù)據(jù)類型作為函數(shù)參數(shù)的默認值。例：閱讀以下程序，分析運行結(jié)果。defdemo(newitem,old_list=[]):old_list.append(newitem)returnold_listprint(demo('5',[1,2,3,4]))print(demo('a'))print(demo('b'))程序運行效果如果在定義函數(shù)時某個參數(shù)的默認值為一個變量，那么參數(shù)的默認值只依賴于函數(shù)定義時該變量的值。例：運行以下程序，分析運行結(jié)果。a=1deff(n=a):print(n)a=5f()程序運行效果3．關(guān)鍵字參數(shù)關(guān)鍵字參數(shù)是指調(diào)用函數(shù)時的參數(shù)傳遞方式，是一種按參數(shù)名字傳遞值的方式。使用關(guān)鍵字參數(shù)允許函數(shù)調(diào)用時參數(shù)的順序與定義時不一致，Python解釋器能夠用參數(shù)名匹配參數(shù)值。例：關(guān)鍵字參數(shù)。defprintinfo(name,age):

print("名字:",name)

print("年齡:",age)return#調(diào)用printinfo函數(shù)printinfo(age=50,name="runoob")程序運行效果4．不定長參數(shù)通常在定義一個函數(shù)時，若希望函數(shù)能夠處理比定義時更多的參數(shù)，此時可以在函數(shù)中使用不定長參數(shù)。def函數(shù)名([形參列表,]*args,**kwargs):

函數(shù)體*args用來接收任意多個實參并將其放在一個元組中**kwargs用來接收類似于關(guān)鍵字參數(shù)一樣顯式賦值形式的多個實參并將其放入字典中例：不定長參數(shù)。deff(a,b,*args,**kwargs):print(a)print(b)print(args)print(kwargs)f(1,2,3,4,5,x=6,z=7)程序運行效果7.3函數(shù)的嵌套Python允許函數(shù)的嵌套定義，即在函數(shù)內(nèi)部可以再定義另外一個函數(shù)。defprint_line(): #定義print_line()函數(shù)

print("************")defprint_text(): #嵌套定義print_text()函數(shù)

print("Helloworld!")print_text() #調(diào)用print_text()函數(shù)print_line() #調(diào)用print_line()函數(shù)例如：以下代碼就是在print_line()函數(shù)中嵌套定義了print_text()函數(shù)1．嵌套定義2．嵌套調(diào)用Python還允許在一個函數(shù)中調(diào)用另外一個函數(shù)，這就是函數(shù)的嵌套調(diào)用。例：計算1!+2!+3!+…+10!的值并輸出，使用函數(shù)的嵌套調(diào)用實現(xiàn)。deffac(k): #定義fac函數(shù)，計算階乘

i=2t=1whilei<=k:t*=ii=i+1returnt #返回階乘結(jié)果defsum(n): #定義sum函數(shù)，求累加

s=0i=1whilei<=n:s=s+fac(i) #調(diào)用fac函數(shù)

i+=1returns #返回累加結(jié)果print('1!+2!+3!…10!=',sum(10)) #調(diào)用sum函數(shù)程序運行效果7.4遞歸函數(shù)Python支持函數(shù)的遞歸調(diào)用，所謂遞歸就是函數(shù)直接或間接地調(diào)用其本身。直接遞歸調(diào)用間接遞歸調(diào)用

提示這兩種遞歸調(diào)用都是無休止地調(diào)用自身。因此，為了防止無限遞歸，所有遞歸函數(shù)都需要設(shè)定終止條件。例：計算n的階乘。deff(n): #定義遞歸函數(shù)

ifn==1: #當n等于1時返回1return1else: #當n不為1是返回f(n-1)*nreturnf(n-1)*nn=int(input('請輸入一個正整數(shù)：')) #輸入一個整數(shù)print(n,'的階乘結(jié)果為：',f(n)) #調(diào)用函數(shù)f并輸出結(jié)果程序運行效果7.5變量作用域7.5.2global和nonlocal關(guān)鍵字7.5.1局部變量和全局變量所謂局部變量，指的是定義在函數(shù)內(nèi)的變量，只能在函數(shù)內(nèi)使用，它與函數(shù)外具有相同名稱的其他變量沒有任何關(guān)系。不同函數(shù)中，可以使用相同名字的局部變量，它們代表不同對象，互不干擾。此外，函數(shù)的形式參數(shù)也屬于局部變量，作用范圍僅限于函數(shù)內(nèi)部。在函數(shù)之外定義的變量稱為全局變量，全局變量在整個程序范圍內(nèi)有效。例：分析以下程序的運行結(jié)果。total=0 #全局變量totaldefsum(arg1,arg2): #返回2個參數(shù)的和

total=arg1+arg2 #局部變量totalprint("函數(shù)內(nèi)是局部變量:",total) #輸出局部變量total的值

returntotalsum(10,20) #調(diào)用sum函數(shù)print("函數(shù)外是全局變量:",total) #輸出全局變量total的值程序運行效果當內(nèi)部作用域想要使用外部作用域的變量時，可使用global和nonlocal關(guān)鍵字。1．global關(guān)鍵字在函數(shù)內(nèi)部修改一個定義在函數(shù)外的變量時，須使用global關(guān)鍵字明確聲明變量。在函數(shù)內(nèi)部通過global關(guān)鍵字來聲明或定義全局變量，可分為兩種情況：（1）一個變量已在函數(shù)外定義，如果在函數(shù)內(nèi)需要使用該變量的值或修改該變量的值，并將修改結(jié)果反映到函數(shù)外，可以在函數(shù)內(nèi)用關(guān)鍵字global明確聲明該全局變量。（2）在函數(shù)內(nèi)部直接使用global關(guān)鍵字將一個變量聲明為全局變量，如果在函數(shù)外沒有定義該全局變量，在調(diào)用該函數(shù)后，會創(chuàng)建新的全局變量。例：分析以下程序的運行結(jié)果。num=1deffun():globalnum #使用global關(guān)鍵字聲明變量為全局變量

num+=1print('函數(shù)內(nèi)num的值為',num)fun()print('函數(shù)外num的值為',num)程序運行效果2．nonlocal關(guān)鍵字如果要在一個嵌套的函數(shù)中修改嵌套作用域中的變量，則須使用nonlocal關(guān)鍵字。例：分析以下程序的運行結(jié)果。defouter():num=1definner():nonlocalnum #nonlocal關(guān)鍵字聲明

num=2print('inner函數(shù)中num的值為',num)inner()print('outer函數(shù)中num的值為',num)outer()程序運行效果7.6匿名函數(shù)關(guān)鍵字lambda用于定義一種特殊的函數(shù)——匿名函數(shù)，又稱lambda函數(shù)。匿名函數(shù)并非沒有名字，而是將函數(shù)名作為函數(shù)結(jié)果返回，其語法格式如下：函數(shù)名=lambda[參數(shù)列表]:表達式簡單地說，lambda函數(shù)用于定義簡單的、能夠在一行內(nèi)表示的函數(shù)，返回一個函數(shù)類型。>>>sum=lambdaarg1,arg2:arg1+arg2 #定義lambda函數(shù)>>>print('相加后的值為:',sum(10,20)) #調(diào)用sum函數(shù)相加后的值為:30例如：lambda函數(shù)常用在臨時需要一個類似于函數(shù)的功能，但又不想定義函數(shù)的場合。例如，作為內(nèi)置函數(shù)sorted()和列表方法sort()的key參數(shù)。例：給定多位學生信息（包括學號、姓名和成績），按成績排序后輸出。stu=[{'num':'201801','name':'Wangwu','score':89},{'num':'201802','name':'Liujun','score':95},{'num':'201803','name':'Limeng','score':85}] #定義學生信息stu.sort(key=lambdax:x['score']) #按成績排序forsinstu:print('學號:',s['num'],'姓名:',s['name'],'成績:',s['score']) #輸出列表程序運行效果7.7模塊7.7.1模塊的導入7.7.2模塊的創(chuàng)建7.7.3__name__屬性7.7.4包1．導入整個模塊使用import導入整個模塊的基本格式如下：import模塊名[as別名]使用這種方式導入模塊后，調(diào)用模塊中的函數(shù)時需要在函數(shù)名前加上模塊名作為前綴：模塊名.函數(shù)名>>>importmath #導入標準庫math>>>math.sqrt(4) #求4的開方2.0例如：

提示當模塊名字很長時，可以使用語句“import模塊名as別名”為導入的模塊設(shè)置別名，然后使用“別名.函數(shù)名”的方式調(diào)用函數(shù)。>>>importrandomasr >>>r.randint(1,100) 47例如：2．導入特定的函數(shù)當我們只需要用到模塊中的某個函數(shù)時，可只導入特定的函數(shù)。from模塊名import函數(shù)名[as別名]在調(diào)用函數(shù)時，不需要使用模塊名作為前綴。>>>frommathimportsqrt #只導入模塊中的指定函數(shù)>>>sqrt(9) #調(diào)用函數(shù)，求9的開方3.0>>>fromrandomimportrandintasr #給導入的函數(shù)指定別名r>>>r(1,10) #調(diào)用函數(shù)，獲得[1,10]區(qū)間的隨機整數(shù)10例如：3．導入模塊中所有函數(shù)使用星號“*”可以導入模塊中的所有內(nèi)容（包括函數(shù)和變量等）。from模塊名import*這是“導入特定的函數(shù)”用法的一種極端情況，可以一次導入模塊中的所有內(nèi)容。>>>frommathimport* #導入標準庫math中的所有內(nèi)容>>>pi #常數(shù)π3.141592653589793>>>log2(8) #計算以2為底的對數(shù)值3.0>>>sqrt(16) #計算16的開方4.0例如：在Python中，每個Python文件都可以作為一個模塊，模塊的名字就是文件名。defminimal(x,y): #自定義計算較小值函數(shù)

ifx>y: #如果x>y成立，返回y的值

returnyelse: #否則返回x的值

returnx例如：現(xiàn)有一個文件“test.py”，其中定義了求較小值的函數(shù)minimal()。例：編寫程序，通過調(diào)用上述“test”模塊中的minimal()函數(shù)，計算兩數(shù)中的較小值。importtest #導入test模塊a=float(input('輸入第一個數(shù)據(jù)：')) #輸入a的值b=float(input('輸入第二個數(shù)據(jù)：')) #輸入b的值c=test.minimal(a,b) #調(diào)用函數(shù)，將較小值賦給cprint('較小值為：',c) #輸出c的值程序運行效果在實際開發(fā)過程中，開發(fā)人員為了讓模塊能夠在項目中達到想要的效果，會自行在模塊中添加測試信息。defminimal(x,y): #自定義計算較小值函數(shù)

ifx>y: #如果x>y成立，返回y的值

returnyelse: #否則返回x的值

returnx#用來測試r=minimal(2,3)print('測試2和3的較小值為:',r)例如：在“test_1.py”文件中添加測試代碼如下：例：運行以下程序，分析運行結(jié)果。importtest_1 #導入test_1模塊c=test_1.minimal(5,6) #調(diào)用函數(shù)，將較小值賦給cprint('較小值為：',c) #輸出較小值c程序運行效果Python提供了一個__name__屬性，通過__name__屬性可以識別程序的使用方式：當作為模塊導入時，則其__name__屬性的值被自動設(shè)置為模塊名；如果作為程序直接運行，則其__name__屬性被自動設(shè)置為字符串“__main__”。defminimal(x,y): #自定義計算較小值函數(shù)

ifx>y: #如果x>y成立，返回y的值

returnyelse: #否則返回x的值

returnx#用來測試if__name__=='__main__': #識別當前的運行方式

r=minimal(2,3)print('測試2和3的較小值為:',r)例如：想要實現(xiàn)將“test_1.py”作為程序直接運行時，執(zhí)行測試代碼；而“test_1.py”作為模塊導入時，不執(zhí)行測試代碼，可將“test_1.py”文件中的代碼作如下修改：為了組織好模塊，通常會將多個模塊放在一個目錄中。我們將Python模塊文件所在的目錄稱為包，且該目錄下必須存在__init__.py文件（文件內(nèi)容可以為空）。package_1|——__init__.py|——module_1.py|——module_2py|——module_3pymain.py例如：有如下包結(jié)構(gòu)：importpackage_1.module_1 #導入模塊package_1.module_1.f() #調(diào)用函數(shù)#也可以用以下語句實現(xiàn)frompackage_1importmodule_1 #導入模塊module_1.f() #調(diào)用函數(shù)如果main.py想要調(diào)用package_1包中模塊module_1中的f()函數(shù)：7.8典型案例例：哥德巴赫猜想：每個不小于6的偶數(shù)都是兩個奇素數(shù)之和，編寫程序驗證歌德巴赫猜想對20以內(nèi)的正偶數(shù)成立。defprime(i): #定義函數(shù)，判斷i是否為素數(shù)

ifi<=1: #如果小于等于1，返回0（i不是素數(shù)）

return0ifi==2: #如果等于2，返回1（i是素數(shù)）

return1forjinrange(2,i): #判斷i是否為素數(shù)

ifi%j==0: #i可以被j除盡，余數(shù)為0return0 #返回0，i不是素數(shù)

elifi!=j+1: #如果i不等于j+1，繼續(xù)

continueelse:return1 #否則，i等于j+1，返回1（i是素數(shù)）n=0foriinrange(6,21,2):k=2whilek<=i/2:j=i-kflag1=prime(k) #調(diào)用prime函數(shù)

ifflag1: #如果k為素數(shù)

flag2=prime(j) #調(diào)用prime函數(shù)

ifflag2: #如果k和j都是素數(shù)

print(i,'=',k,'+',j) #輸出結(jié)果

n+=1k=k+1程序運行效果例：設(shè)計一個學生管理系統(tǒng)，完成學生基本信息（包括學號、姓名和性別）的錄入、刪除和查看功能。stuInfos=[] #用來保存學生的所有信息defprintMenu(): #打印功能提示

print("="*20)print("學生管理系統(tǒng)V1.0")print("1.添加學生信息")print("2.刪除學生信息")print("3.顯示所有學生信息")print("0.退出系統(tǒng)")print("="*20)#添加一個學生信息defaddStuInfo():newNum=input("請輸入新學生的學號：") #提示并獲取學生的學號

newName=