Python數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用 課件 第4章函數(shù)

1云南財(cái)經(jīng)大學(xué)信息學(xué)院

Python數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用第四章函數(shù)目錄

4.1函數(shù)的定義與調(diào)用4.1.1函數(shù)的定義

4.1.2函數(shù)的調(diào)用

4.2參數(shù)與返回值4.2.1默認(rèn)參數(shù)4.2.2關(guān)鍵字參數(shù)4.2.3可變長(zhǎng)參數(shù)4.2.4返回值4.3變量的作用域4.3.1局部變量4.3.2全局變量4.4遞歸（1）知識(shí)目標(biāo)：掌握函數(shù)的定義及調(diào)用，掌握定義函數(shù)時(shí)，如何設(shè)置參數(shù)和返回值，掌握局部變量和全局變量的使用，學(xué)會(huì)應(yīng)用遞歸函數(shù)來(lái)解決問(wèn)題。

（2）技能目標(biāo)：函數(shù)是編程中非常重要的組成部分，學(xué)會(huì)應(yīng)用函數(shù)實(shí)現(xiàn)特定功能、提高代碼復(fù)用率、增強(qiáng)程序的可讀性和可維護(hù)性。

（3）素質(zhì)目標(biāo)：?通過(guò)學(xué)習(xí)函數(shù)的定義與使用，掌握如何使用Python解決實(shí)際問(wèn)題，?同時(shí)培養(yǎng)邏輯思維和編程能力，?為未來(lái)的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。3學(xué)習(xí)目標(biāo)

函數(shù)的概念最早起源于數(shù)學(xué)領(lǐng)域，用于描述數(shù)學(xué)關(guān)系中的輸入與輸出。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，函數(shù)的概念也被引入到了計(jì)算機(jī)編程中。編程函數(shù)用于將一組相關(guān)的指令封裝在一起，形成一個(gè)可以重復(fù)使用的代碼塊。通過(guò)函數(shù)，程序員可以更高效地編寫和維護(hù)代碼，從而提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。在Python中，使用函數(shù)可以加強(qiáng)代碼的復(fù)用性、減少代碼冗余，從而提高程序編寫的效率。

本章主要介紹了函數(shù)的概念、函數(shù)的分類及定義、函數(shù)的調(diào)用、返回值、函數(shù)的參數(shù)、變量的作用域及函數(shù)遞歸的使用方法等。

4本章導(dǎo)讀54.1函數(shù)的定義與調(diào)用

在程序設(shè)計(jì)里，函數(shù)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)特定功能的可重復(fù)使用的代碼段，是用于構(gòu)建更大、更復(fù)雜程序的部件。在Python中，使用函數(shù)可以加強(qiáng)代碼的復(fù)用性、減少代碼冗余，從而提高程序編寫的效率。

函數(shù)必須先創(chuàng)建（定義）才可以使用，用戶通過(guò)調(diào)用函數(shù)名來(lái)完成相應(yīng)代碼段的功能，無(wú)需關(guān)心具體實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，只需傳遞參數(shù)，得到函數(shù)運(yùn)行的最終結(jié)果即可。相同的函數(shù)可以在一個(gè)或多個(gè)程序里多次調(diào)用。舉個(gè)例子，譬如：利用凈水器對(duì)自來(lái)水進(jìn)行深度處理，假設(shè)把凈水器比作是一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)把一步一步的對(duì)水進(jìn)行過(guò)濾處理的過(guò)程封裝了起來(lái)，用戶無(wú)需關(guān)心具體的處理過(guò)程，只需要傳遞參數(shù)（自來(lái)水），然后讓凈水器自動(dòng)運(yùn)行，最終就可獲得處理結(jié)果（凈化后的水）。

4.1函數(shù)的定義與調(diào)用4.1.1函數(shù)的定義Python中的函數(shù)分為：內(nèi)置函數(shù)、自定義函數(shù)和匿名函數(shù)。1.內(nèi)置函數(shù)是系統(tǒng)中預(yù)先定義好的一些常用函數(shù)和方法，這些函數(shù)不需要引用庫(kù)，直接使用即可。如：數(shù)學(xué)運(yùn)算類的函數(shù)（sum()、eval()）、IO操作類的函數(shù)（input()、print()）、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的函數(shù)(datetime庫(kù)中的today()、now())等。Python的內(nèi)置函數(shù)如表4-1所示。4.1函數(shù)的定義與調(diào)用表4-1Python的內(nèi)置函數(shù)表abs()delattr()hash()memoryview()set()all()dict()help()min()setattr()any()dir()hex()next()slice()ascii()divmod()id()object()sorted()bin()enumerate()input()oct()staticmethod()bool()eval()int()open()str()bytes()exec()isinstance()ord()sum()bytearray()filter()issubclass()pow()super()complex()float()iter()print()tuple()callable()format()len()property()type()chr()frozenset()list()range()vars()classmethod()getattr()locals()repr()zip()compile()globals()map()reversed()__import__()

hasattr()max()round()

4.1函數(shù)的定義與調(diào)用2.自定義函數(shù)是由用戶自己定義的。定義一個(gè)函數(shù)要使用def語(yǔ)句，語(yǔ)法格式如下：def函數(shù)名(參數(shù)1，參數(shù)2，...，參數(shù)n)：

函數(shù)體（語(yǔ)句塊）

return值def：英文單詞define的簡(jiǎn)寫，是定義函數(shù)的關(guān)鍵詞。

函數(shù)名：函數(shù)的名稱，必須符合Python中的命名要求，一般用小寫字母和單下畫線、數(shù)字等組合，如：my_sum、func1等。函數(shù)名后的：(冒號(hào))必不可少。

參數(shù)：參數(shù)寫在函數(shù)名后的圓括號(hào)里，為函數(shù)體提供數(shù)據(jù)，參數(shù)個(gè)數(shù)不限，可以是0個(gè)，1個(gè)或多個(gè)。

函數(shù)體：進(jìn)行一系列邏輯計(jì)算的語(yǔ)句塊，相對(duì)于def縮進(jìn)四個(gè)空格。

返回值：函數(shù)執(zhí)行完畢后返回給調(diào)用者的數(shù)據(jù)。返回值沒(méi)有類型及個(gè)數(shù)限制，若有返回值，則使用return結(jié)束函數(shù)并返回值，否則不帶return表達(dá)式相當(dāng)于返回None。Python函數(shù)有兩種類型參數(shù)，一種是函數(shù)定義里的形參，一種是調(diào)用函數(shù)時(shí)傳入的實(shí)參。接下來(lái)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，深入理解函數(shù)。4.1函數(shù)的定義與調(diào)用實(shí)例4-2編寫程序比較2個(gè)數(shù)的大小，輸出2個(gè)數(shù)的最大值。（有參函數(shù)）defmax(num1,num2):

ifnum1>num2:max=num1

elsemax=num2

returnmaxmax1=max(2,15)print("最大值是：",max1)該程序輸出結(jié)果如下：最大值是：15

在函數(shù)定義階段括號(hào)內(nèi)有參數(shù)，稱為有參函數(shù)，調(diào)用時(shí)必須傳入實(shí)際參數(shù)。如果函數(shù)體代碼需要依賴外部傳入的值，必須定義為有參函數(shù)。4.1函數(shù)的定義與調(diào)用3.匿名函數(shù)

lambda函數(shù)也稱匿名函數(shù)，即沒(méi)有函數(shù)名的函數(shù)。lambda只是一個(gè)單行的表達(dá)式，函數(shù)體比def簡(jiǎn)單很多，其語(yǔ)法結(jié)構(gòu)如下：

lambda參數(shù)1，參數(shù)2,，...參數(shù)N：表達(dá)式

單行表達(dá)式?jīng)Q定了lambda函數(shù)只能完成非常簡(jiǎn)單的功能。實(shí)例4-3lambda函數(shù)示例f=lambdax,y:x*yf(2,3)6

函數(shù)輸入?yún)?shù)x和y，輸出值是積x*y,并將輸出值賦給變量f，變量f成為具有乘法功能的函數(shù)。

4.1.2函數(shù)的調(diào)用

函數(shù)在定義的階段不會(huì)立即執(zhí)行，而是等函數(shù)被程序調(diào)用時(shí)才執(zhí)行。對(duì)實(shí)例4-2的程序執(zhí)行流程分析如下：

1.程序運(yùn)行時(shí)，首先跳過(guò)def塊定義的函數(shù)代碼，而從主程序的第一行，也就是圖中第5行標(biāo)注的max1=max(2,15)這行開(kāi)始運(yùn)行，即調(diào)用函數(shù)max。2.程序在調(diào)用處暫停（圖中第5行）執(zhí)行，然后跳轉(zhuǎn)到def定義的函數(shù)體的第一行，并將實(shí)參2傳遞給形參num1，實(shí)參15傳遞給形參num2，即num1=2,num2=15。4.1函數(shù)的定義與調(diào)用4.1函數(shù)的定義與調(diào)用

3.繼續(xù)執(zhí)行完函數(shù)體中的所有語(yǔ)句，計(jì)算出max=15，再跳回到程序暫停處（圖中第5行）繼續(xù)執(zhí)行,將數(shù)值15作為函數(shù)返回值，即max(2,15)=15，得到max1=15。4.繼續(xù)執(zhí)行完主程序中的所有語(yǔ)句，輸出max1。Python函數(shù)必須先定義后調(diào)用，函數(shù)一旦定義后就可以反復(fù)調(diào)用，從而避免代碼冗余。4.2參數(shù)與返回值

4.2.1默認(rèn)參數(shù)

定義函數(shù)時(shí)，如果給參數(shù)設(shè)置了默認(rèn)值，當(dāng)調(diào)用該函數(shù)時(shí)沒(méi)有傳遞對(duì)應(yīng)的實(shí)參，就會(huì)使用這個(gè)默認(rèn)值。示例如下：實(shí)例4-4默認(rèn)參數(shù)示例>>>defadd(a,b=1):returna+b>>>add(2)3>>>add(2,3)54.2參數(shù)與返回值

4.2.2關(guān)鍵字參數(shù)

實(shí)參默認(rèn)情況下是按位置從左至右順序傳遞給函數(shù)，而關(guān)鍵字參數(shù)通過(guò)“鍵-值”形式加以指定，允許通過(guò)變量名進(jìn)行匹配，而不是通過(guò)位置，從而讓函數(shù)更加清晰。例如：實(shí)例4-5關(guān)鍵字參數(shù)示例>>>deffunc(a,b,c): print(a,b,c)>>>func(1,2,3)#順序傳遞，1傳給a，2傳給b，3傳給c1,2,3>>>func(c=3,a=1,b=2)#關(guān)鍵字參數(shù)1,2,3采用關(guān)鍵字參數(shù)后，參數(shù)通過(guò)變量名進(jìn)行傳遞，參數(shù)的位置可以任意調(diào)整。4.2參數(shù)與返回值

實(shí)例4-1無(wú)參函數(shù)deffunc():

print("Pythonisinteresting!")func()該程序輸出結(jié)果如下：Pythonisinteresting!

在函數(shù)定義階段括號(hào)內(nèi)沒(méi)有參數(shù)，稱為無(wú)參函數(shù)，調(diào)用時(shí)也無(wú)需傳入?yún)?shù)。如果函數(shù)體的代碼邏輯不需要依賴外部傳入的值，必須定義為無(wú)參函數(shù)。

這個(gè)函數(shù)的作用就是打印出一句話，但是沒(méi)有return，相當(dāng)于返回的值是None。4.2參數(shù)與返回值

4.2.3可變長(zhǎng)參數(shù)

可變長(zhǎng)參數(shù)就是向一個(gè)函數(shù)傳遞不定個(gè)數(shù)的參數(shù)。例如，我們要定義一個(gè)函數(shù)用于計(jì)算咖啡店每單的銷售額，由于每單的咖啡品種及數(shù)量都不一樣，因此傳入的參數(shù)個(gè)數(shù)也就不同，這個(gè)時(shí)候后就可以使用可變長(zhǎng)參數(shù)來(lái)定義函數(shù)。

可變長(zhǎng)參數(shù)，一種在參數(shù)前加一個(gè)星號(hào)（*），數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為元組；另一種在參數(shù)前加兩個(gè)星號(hào)（**），數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為字典。示例如下：實(shí)例4-6可變長(zhǎng)參數(shù)示例1>>>deff1(a,*args):

print(a,args)>>>f1(1,2,3,4)1(2,3,4)1按照位置傳遞給a；2、3、4被當(dāng)做元組類型數(shù)據(jù)傳遞給args。4.2參數(shù)與返回值

實(shí)例4-7可變長(zhǎng)參數(shù)示例2>>>deftest(**kwargs):

print(kwargs)

print(type(kwargs))

forkey,valueinkwargs.items():

print("{}={}".format(key,value))>>>test(name='jerry',age=18,address='kunming')該程序輸出結(jié)果為：{'age':18,'name':'jerry','address':'kunming'}<class'dict'>age=18name=jerryaddress=kunmingkwargs是一個(gè)字典，傳入的參數(shù)以鍵值對(duì)的形式存放到字典里。參數(shù)定義的順序必須是：必選參數(shù)–>默認(rèn)參數(shù)–>可變長(zhǎng)參數(shù)。4.2參數(shù)與返回值

4.2.4返回值

return語(yǔ)句用于結(jié)束函數(shù)，并將結(jié)果及控制權(quán)返回給調(diào)用者。執(zhí)行到return語(yǔ)句時(shí)，會(huì)退出函數(shù)，return之后的語(yǔ)句不再執(zhí)行。

在實(shí)際編程環(huán)境中，一些函數(shù)沒(méi)有return語(yǔ)句，只需要干活，不需要返回值（返回None），譬如，實(shí)例4-1定義的函數(shù)就只干活(打印語(yǔ)句)。但在大部分情況下，函數(shù)的運(yùn)行結(jié)果需要用在其它運(yùn)算中，所以函數(shù)必須返回一個(gè)結(jié)果，而不是只局限于把結(jié)果打印出來(lái)。接下來(lái)，通過(guò)幾個(gè)微實(shí)例進(jìn)行分析。1.無(wú)返回值的函數(shù)實(shí)例4-8無(wú)返回值的函數(shù)示例1>>>deftest1():

print(“Iamrunningatest”)>>>a=test1()>>>print(a)該程序輸出結(jié)果為：IamrunningatestNone

上面這個(gè)函數(shù)沒(méi)有return語(yǔ)句,返回給變量a的是None（無(wú)返回值），None沒(méi)什么利用價(jià)值，所以無(wú)需用一個(gè)變量來(lái)存儲(chǔ)。通常采用以下的方式進(jìn)行調(diào)用。4.2參數(shù)與返回值

實(shí)例4-9無(wú)返回值的函數(shù)示例2>>>deftest1():

print(“Iamrunningatest”)>>>test1() 該程序輸出結(jié)果為：Iamrunningatest2.有返回值的函數(shù)實(shí)例4-10有返回值的函數(shù)示例>>>defsquare_sum(a,b):c=a**2+b**2

returnc>>>s=square_sum(1,2)>>>print(s)該程序輸出結(jié)果為：54.2.4返回值

3.返回多個(gè)值

return也可以返回多個(gè)值，多個(gè)值以元組類型返回。實(shí)例4-11返回多個(gè)值的函數(shù)示例>>>deftest2():return1,2,3,4,5,6>>>a=test2()>>>print(a)該程序輸出結(jié)果為：(1,2,3,4,5,6)4.3變量的作用域

作用域就是一個(gè)變量的可用范圍，由變量名被賦值的位置所決定，根據(jù)作用域的不同可將變量分為兩類：局部變量和全局變量。4.3.1局部變量

局部變量是指定義在函數(shù)內(nèi)部的變量，其作用域是局部的，只能被函數(shù)內(nèi)部引用，在函數(shù)外無(wú)效。例如：實(shí)例4-12變量示例1>>>deffunc():a=123#a是局部變量print(a)>>>func()1234.3變量的作用域

局部變量只能在函數(shù)內(nèi)部使用，一旦函數(shù)運(yùn)行退出后，局部作用域被銷毀，局部變量就不存在了，超出函數(shù)體的范圍引用就會(huì)出錯(cuò)，例如：實(shí)例4-13變量示例2>>>deffunc():a=123>>>func()>>>print(a)此時(shí)，會(huì)得到一個(gè)錯(cuò)誤提示：NameError:name'a'isnotdefined4.3變量的作用域4.3.2全局變量全局變量一般定義在所有函數(shù)體之外，其作用域是全局的，在程序整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中都有效。

若在函數(shù)體內(nèi)定義全局變量（將內(nèi)部作用域修改為全局作用域的變量），必須在定義的時(shí)候加上關(guān)鍵詞global。例如：實(shí)例4-14變量示例3>>>s=0#全局變量>>>defadd(a,b)：

s=a+b#此處的s為局部變量print(s)>>>add(1,2)>>>print(s)運(yùn)行結(jié)果為：

304.3變量的作用域

從以上結(jié)果得知，add（）函數(shù)將s當(dāng)作局部變量，add()運(yùn)行退出后，釋放s，而函數(shù)體外的全局變量s的值仍然為0，沒(méi)有被更改。如果在add()函數(shù)內(nèi)的變量s前加上關(guān)鍵詞global，則運(yùn)行結(jié)果會(huì)發(fā)生改變。示例如下：

實(shí)例4-15變量示例4s=0#全局變量>>>defadd(a,b)

globals#s定義為全局變量

s=a+b

print(s)>>>add(1,2)>>>print(s)運(yùn)行結(jié)果為：

34.3變量的作用域

函數(shù)內(nèi)的s加上關(guān)鍵字global后，變成了全局作用域的變量，add(1,2)函數(shù)運(yùn)行后隨即改變了全局變量s的值。全局變量在函數(shù)內(nèi)部不經(jīng)過(guò)聲明也可以被引用，例如：實(shí)例4-16變量示例5>>>x,y=1,2#x,y均為全局變量>>>deffunc():

globalz#z定義為全局變量

z=x*y#引用全局變量x和y

returnz>>>func()運(yùn)行結(jié)果為：24.3變量的作用域

通過(guò)以上幾個(gè)實(shí)例的學(xué)習(xí)，我們對(duì)變量的作用域總結(jié)如下：1）一個(gè)函數(shù)內(nèi)的局部變量不能被其它函數(shù)引用。2）局部變量不能被全局作用域中的代碼引用。3）局部作用域內(nèi)可以訪問(wèn)全局變量。

此外，雖然全局變量和局部變量可以使用相同的變量名，也就是同名的不同變量，不過(guò)這種做法容易造成程序出錯(cuò)，所以通常建議局部變量和全局變量使用不同的名字。4.4遞歸

遞歸指的是函數(shù)直接或間接地調(diào)用自身以進(jìn)行循環(huán)的方式。使用遞歸關(guān)鍵在于將問(wèn)題分解為更為簡(jiǎn)單的子問(wèn)題，遞歸不能無(wú)限制的調(diào)用本身，否則會(huì)耗盡資源，最終必須以一個(gè)或多個(gè)基本實(shí)例（非遞歸狀況）結(jié)束。

斐波那契數(shù)列又稱黃金分割數(shù)列，是最典型的一個(gè)遞歸例子，由數(shù)學(xué)家列昂納多·斐波那契以兔子繁殖為例子而引入，指的是這樣一個(gè)數(shù)列：0，1，1，2，3，5，8，13，21，34，……。該數(shù)列的第0項(xiàng)是0，第1項(xiàng)是第一個(gè)1，從第二項(xiàng)以后的每一項(xiàng)都等于前兩項(xiàng)之和。斐波納契數(shù)列通常按照遞推方法定義如下：

F(n)=F(n-1)+F(n-2)

我們可以用遞歸函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)斐波那契數(shù)列的計(jì)算。4.4遞歸實(shí)例4-8根據(jù)用戶輸入的整數(shù)n，計(jì)算輸出斐波那契數(shù)列的第n個(gè)數(shù)。#fibo.pydeffibo(n):ifn==0:return0elif