3.函数和代码复用
一、函数的定义与使用
- 使用保留字def定义函数,
lambda
定义匿名函数 - 可选参数(赋初值)、可变参数(
*b
)、名称传递 - 保留字
return
可以返回任意多个结果 - 保留字
global
声明使用全局变量,一些隐式规则
1.1 函数的理解与定义
函数是一段代码的表示
- 函数是一段具有特定功能的、可重用的语句组
- 函数是一种功能的抽象,一般函数表达特定功能
- 两个作用:降低编程难度 和 代码复用
def <函数名>(<参数(0个或多个)>) :
<函数体>
return <返回值>
- 函数定义时,所指定的参数是一种占位符
- 函数定义后,如果不经过调用,不会被执行
- 函数定义时,参数是输入、函数体是处理、结果是输出 (IPO)
1.2 函数的使用及调用过程
调用是运行函数代码的方式
- 调用时要给出实际参数
- 实际参数替换定义中的参数
- 函数调用后得到返回值
函数的调用过程
1.3 函数的参数传递
参数个数
函数可以有参数,也可以没有,但必须保留括号
def <函数名>() :
<函数体>
return <返回值>
def fact() :
print("我也是函数")
可选参数传递
- 函数定义时可以为某些参数指定默认值,构成可选参数
def <函数名>(<非可选参数>, <可选参数>) :
<函数体>
return <返回值>
- 函数定义时可以设计可变数量参数,既不确定参数总数量
def <函数名>(<参数>, *b ) :
<函数体>
return <返回值>
参数传递的两种方式
函数调用时,参数可以按照位置或名称方式传递
def fact(n, m=1) :
s = 1
for i in range(1, n+1):
s *= i
return s//m
1.4 函数的返回值
-
函数可以返回0个或多个结果
-
return
保留字用来传递返回值 - 函数可以有返回值,也可以没有,可以有
return
,也可以没有 -
return
可以传递0个返回值,也可以传递任意多个返回值
-
- 函数调用时,参数可以按照位置或名称方式传递
1.5 局部变量和全局变量
- 基本数据类型,无论是否重名,局部变量与全局变量不同
- 可以通过
global
保留字在函数内部声明全局变量
- 组合数据类型,如果局部变量未真实创建,则是全局变量
1.6 lambda
函数
lambda
函数返回函数名作为结果
- lambda函数是一种匿名函数,即没有名字的函数
- 使用lambda保留字定义,函数名是返回结果
- lambda函数用于定义简单的、能够在一行内表示的函数
<函数名> = lambda <参数>: <表达式>
等价于:
def <函数名>(<参数>) : <函数体> return <返回值>
>>> f = lambda x, y : x + y
>>> f(10, 15)
25
>>> f = lambda : "lambda函数"
>>> print(f())
lambda函数
谨慎使用lambda函数
- lambda函数主要用作一些特定函数或方法的参数
- lambda函数有一些固定使用方式,建议逐步掌握
- 一般情况,建议使用def定义的普通函数
二、实例: 七段数码管绘制
基本思路:
-
步骤1:绘制单个数字对应的数码管
- 七段数码管由7个基本线条组成
- 七段数码管可以有固定顺序
- 不同数字显示不同的线条
import turtle def drawLine(draw): #绘制单段数码管 turtle.pendown() if draw else turtle.penup() turtle.fd(40) turtle.right(90) def drawDigit(digit): #根据数字绘制七段数码管 drawLine(True) if digit in [2,3,4,5,6,8,9] else drawLine(False) drawLine(True) if digit in [0,1,3,4,5,6,7,8,9] else drawLine(False) drawLine(True) if digit in [0,2,3,5,6,8,9] else drawLine(False) drawLine(True) if digit in [0,2,6,8] else drawLine(False) turtle.left(90) drawLine(True) if digit in [0,4,5,6,8,9] else drawLine(False) drawLine(True) if digit in [0,2,3,5,6,7,8,9] else drawLine(False) drawLine(True) if digit in [0,1,2,3,4,7,8,9] else drawLine(False) turtle.left(180) turtle.penup() #为绘制后续数字确定位置 turtle.fd(20) #为绘制后续数字确定位置
-
步骤2:获得一串数字,绘制对应的数码管
import turtle def drawLine(draw): #绘制单段数码管 …(略) def drawDigit(digit): #根据数字绘制七段数码管 …(略) def drawDate(date): #获得要输出的数字 for i in date: drawDigit(eval(i)) #通过eval()函数将数字变为整数 def main(): turtle.setup(800, 350, 200, 200) turtle.penup() turtle.fd(-300) turtle.pensize(5) drawDate('20181010') turtle.hideturtle() turtle.done() main()
-
步骤3:获得当前系统时间,绘制对应的数码管
- 增加七段数码管之间线条间隔
import turtle def drawGap(): #绘制数码管间隔 turtle.penup() turtle.fd(5) def drawLine(draw): #绘制单段数码管 drawGap() turtle.pendown() if draw else turtle.penup() turtle.fd(40) drawGap() turtle.right(90) def drawDigit(digit): #根据数字绘制七段数码管 drawLine(True) if digit in [2,3,4,5,6,8,9] else drawLine(False) drawLine(True) if digit in [0,1,3,4,5,6,7,8,9] else drawLine(False) drawLine(True) if digit in [0,2,3,5,6,8,9] else drawLine(False) drawLine(True) if digit in [0,2,6,8] else drawLine(False) …(略)
- 使用time库获得系统当前时间
- 增加年月日标记
- 年月日颜色不同
import turtle, time …(略) def drawDate(date): #data为日期,格式为 '%Y-%m=%d+' turtle.pencolor("red") for i in date: if i == '-': turtle.write('年',font=("Arial", 18, "normal")) turtle.pencolor("green") turtle.fd(40) elif i == '=': turtle.write('月',font=("Arial", 18, "normal")) turtle.pencolor("blue") turtle.fd(40) elif i == '+': turtle.write('日',font=("Arial", 18, "normal")) else: drawDigit(eval(i)) def main(): turtle.setup(800, 350, 200, 200) turtle.penup() turtle.fd(-300) turtle.pensize(5) drawDate(time.strftime('%Y-%m=%d+',time.gmtime())) turtle.hideturtle() turtle.done() main()
完整代码:
#SevenDigitsDraw.py
import turtle, time
def drawGap(): #绘制数码管间隔
turtle.penup()
turtle.fd(5)
def drawLine(draw): #绘制单段数码管
drawGap()
turtle.pendown() if draw else turtle.penup()
turtle.fd(40)
drawGap()
turtle.right(90)
def drawDigit(d): #根据数字绘制七段数码管
drawLine(True) if d in [2,3,4,5,6,8,9] else drawLine(False)
drawLine(True) if d in [0,1,3,4,5,6,7,8,9] else drawLine(False)
drawLine(True) if d in [0,2,3,5,6,8,9] else drawLine(False)
drawLine(True) if d in [0,2,6,8] else drawLine(False)
turtle.left(90)
drawLine(True) if d in [0,4,5,6,8,9] else drawLine(False)
drawLine(True) if d in [0,2,3,5,6,7,8,9] else drawLine(False)
drawLine(True) if d in [0,1,2,3,4,7,8,9] else drawLine(False)
turtle.left(180)
turtle.penup()
turtle.fd(20)
def drawDate(date):
turtle.pencolor("red")
for i in date:
if i == '-':
turtle.write('年',font=("Arial", 18, "normal"))
turtle.pencolor("green")
turtle.fd(40)
elif i == '=':
turtle.write('月',font=("Arial", 18, "normal"))
turtle.pencolor("blue")
turtle.fd(40)
elif i == '+':
turtle.write('日',font=("Arial", 18, "normal"))
else:
drawDigit(eval(i))
def main():
turtle.setup(800, 350, 200, 200)
turtle.penup()
turtle.fd(-350)
turtle.pensize(5)
# drawDate('2018-10=10+')
drawDate(time.strftime('%Y-%m=%d+',time.gmtime()))
turtle.hideturtle()
turtle.done()
main()
理解方法思维
- 模块化思维:确定模块接口,封装功能
- 规则化思维:抽象过程为规则,计算机自动执行
- 化繁为简:将大功能变为小功能组合,分而治之
三、代码复用与函数递归
3.1 代码复用与模块化设计
-
代码复用
把代码当成资源进行抽象
- 代码资源化:程序代码是一种用来表达计算的“资源”。
- 代码抽象化:使用函数等方法对代码赋予更高级别的定义。
- 代码复用:同一份代码在需要时可以被重复使用。
函数和对象是代码复用的两种主要形式
- 函数:将代码命名在代码层面建立了初步抽象。
- 对象:属性和方法
\<a>.\<b
>和\<a>.\<b>()
,在函数之上再次组织进行抽象。 - 对象的抽象级别高于函数。
-
模块化设计
分而治之
- 通过函数或对象封装将程序划分为模块及模块间的表达。
- 具体包括:主程序、子程序和子程序间关系。
- 分而治之:一种分而治之、分层抽象、体系化的设计思想。
紧耦合 松耦合
- 紧耦合:两个部分之间交流很多,无法独立存在。
- 松耦合:两个部分之间交流较少,可以独立存在。
- 模块内部紧耦合、模块之间松耦合。
3.2 函数递归的理解
3.2.1 递归的定义
函数定义中调用函数本身的方式。
两个关键特征:
- 链条:计算过程存在递归链条。
- 基例:存在一个或多个不需要再次递归的基例。
3.2.2 函数递归的调用过程
-
递归的实现
函数 + 分支语句
- 递归本身是一个函数,需要函数定义方式描述
- 函数内部,采用分支语句对输入参数进行判断
- 基例和链条,分别编写对应代码
-
递归的调用过程
每执行一次递归,会在内存中开辟一块新的空间,将函数复制过去。
3.2.3 函数递归实例解析
-
字符串反转
将字符串s反转后输出
>>> s[::-1] def rvs(s): if s == "" : return s else : return rvs(s[1:])+s[0]
-
斐波那契数列
F(n) = F(n-1) + F(n-2)
def f(n): if n == 1 or n == 2 : return 1 else : return f(n-1) + f(n-2)
-
汉诺塔
count = 0 def hanoi(n, src, dst, mid): global count if n == 1 : print("{}:{}->{}".format(1,src,dst)) count += 1 else : hanoi(n-1, src, mid, dst) print("{}:{}->{}".format(n,src,dst)) count += 1 hanoi(n-1, mid, dst, src)
四、实例:科赫雪花小包裹
用Python绘制科赫曲线
- 科赫曲线的绘制
#KochDrawV1.py
import turtle
def koch(size, n):
if n == 0:
turtle.fd(size)
else:
for angle in [0, 60, -120, 60]:
turtle.left(angle)
koch(size/3, n-1)
def main():
turtle.setup(600,600)
turtle.penup()
turtle.goto(-200, 100)
turtle.pendown()
turtle.pensize(2)
level = 3 # 3阶科赫雪花,阶数
koch(400, level)
turtle.right(120)
koch(400, level)
turtle.right(120)
koch(400, level)
turtle.hideturtle()
main()
-
举一反三
绘制条件的扩展
- 修改分形几何绘制阶数
- 修改科赫曲线的基本定义及旋转角度
- 修改绘制科赫雪花的基础框架图形
分形几何千千万
- 康托尔集、谢尔宾斯基三角形、门格海绵…
- 龙形曲线、空间填充曲线、科赫曲线…
- 函数递归的深入应用…