第五章函数和代码复用

方法论
-Python基本代码抽象即函数的使用方法
实践能力
-学会编写带有函数并复用代码的程度

5.1 函数的定义与使用

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：降低变成难度和代码复用
def <函数名>(<参数(0个或多个)>):
<函数体>
return <返回值>
案例：计算n!

def fact(n):s = 1for i in range(1, n+1):s *= ireturn s

-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）
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

a = fact(10)
print(a)

3、函数的参数传递
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”)
（1）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>
可选参数一定放在非可选参数之后
案例：计算n!//m

def fact(n, m=1):s = 1for i in range(1, n+1):s *= ireturn s//m

m为可选参数，给出参数即采用给出的参数，不给出参数即采用默认参数
（2）可变参数传递
函数定义时可以设计可变数量参数，即不确定参数总数量
def <函数名>(<参数>, *b):
<函数体>
return <返回值>
案例：计算n!乘数

def fact(n, *b):s = 1for i in range(1, n+1):s *= ifor item in b:s *= itemreturn s

(3）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
例如：
fact(10, 5)
fact(m=5, n=10)
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

def fact(n, m=1):s = 1for i in range(1, n+1):s *= ireturn s//m, n, m

5、局部变量和全局变量

规则1：局部变量个全局变量是不同变量
-局部变量是函数内部的占位符，与全局变量可能重名但不同
-函数运算结束后，局部变量被释放
-可以使用global保留字在函数内部使用全局变量

n, s = 10, 100
def fact(n):global sfor i in range(1, n+1):s *= ireturn s
print(fact(n), s)

规则2：局部变量为组合数据类型且未创建，等同于全局变量

ls = ["F", "f"]
def func(a):ls.append(a)return 
func("C")
print(ls)

输出为：[“F”, “f”, “C”]

ls = ["F", "f"]
def func(a):ls = []ls.append(a)return 
func("C")
print(ls)

输出为：[“F”, “f”]
使用规则
-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
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>
实例

f = lambda x, y : x + y
f(10, 15)

输出：25

f = lambda : "lambda函数"
print(f())

输出：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

5.2 实例7：七段数码管绘制

-需求：用程序绘制七段数码管
-turtle绘图体系
基本思路
-步骤一：绘制单个数字对应的数码管
-步骤二：获得一串数字，绘制对应的数码管
-步骤三：获得当前系统时间，绘制对应的数码管

-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.pendow() 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, 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

import turtle
def drawLine(draw):   #绘制单段数码管……
def drawDigit(digit):   #根据数字绘制七段数码管……
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.hidenturtle()turtle.done()
main()

-增加七段数码管之间的线条间隔

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draeGap()turtle.pendow() if draw else turtle.penup()turtle.fd(40)draeGap()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, 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)……

-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
……
def drawDate(date): #data为日期，格式为"%Y-%m=%d+"turtle.pencolor("red")for i in date:if i == '-':turtle.wright('年', font=("Arial", 18, "normal"))turtle.pencolor("green")turtle.fd(40)elif i == "=":turtle.wright('月', font=("Arial", 18, "normal"))turtle.pencolor("blue")turtle.fd(40)elif i == "+":turtle.wright('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.hidenturtle()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
应用问题的扩展
-绘制带小数点的七段数码管
-带刷新的时间倒计时效果
-绘制高级的数码管

5.3 代码复用与函数递归

1、代码复用与模块化设计
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
（1）代码复用
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
（2）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
2、函数递归的理解
（1）递归的定义
函数定义中调用函数自身的方式
递归函数
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
类似数学归纳法
-数学归纳法
-证明当n取第一个值n₀时命题成立
-假设当n_k时命题成立，证明当n=n_k+1时命题也成立
-递归是数学归纳法思维的编程体现
3、函数递归的调用过程
（1）递归的实现

def fact(n):if n == 0:return 1else:return n*fact(n-1)

函数+分支语句
-递归本身就是一个函数，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
4、函数递归实例解析
（1）字符串反转
将字符串s反转后输出
s[::-1]

def rvs(s):if s == '':return selse:return rvs(s[1:])+s[0]

（2）斐波那契数列
一个经典数列

def f(n):if n == 1 or n == 2:return 1else:return f(n-1) + f(n-2)

（3）汉诺塔问题

count = 0
def hanoi(n, src, dst, mid):global countif n == 1:print("{}:{}->{}".format(1, src, dst))count += 1else:hanoi(n-1, src, mid, dst)print("{}:{}->{}".format(n, src, dst))count += 1hanoi(n-1, mid, dst, src)

5.4 模块4：PyInstaller库的使用

将.py源代码转换成无需源代码的可执行文件
在这里插入图片描述
Pyinstaller库第三方库
-官方网站：http://www.pyinstaller.org
-第三方库：使用前需要额外安装
-安装第三方库需要使用pip工具
（cmd命令行）pip install pyinstaller
（1）简单的使用
（cmd命令行）pyinstaller -F <文件名.py>
在这里插入图片描述
前两个文件夹可删除，dist文件夹中有跟py文件同名的可执行文件，双击即可执行程序功能。
（2）PyInstaller库常用参数

需要打包的计算机才需要安装PyInstaller，打包好的可执行文件可以在任何没有安装python环境和PyInstaller的计算机上运行

5.5 实例8：科赫雪花小包裹

（1）科赫雪花
高大上的分形几何
-分形几何是一种迭代的几何图形，广泛存在于自然界中
科赫曲线，也叫雪花曲线
（2）科赫雪花绘制

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(800, 400)turtle.penup()turtle.goto(-300, -50)turtle.pendown()turtle.pensize(2)koch(600, 3)turtle.hideturtle()
main()

科赫雪花的绘制

#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 = 3koch(400, level)turtle.right(120)koch(400, level)turtle.right(120)koch(400, level)turtle.hideturtle()
main()

pyinstaller -i curvr.ico -F KochDrawV2.py
在这里插入图片描述
（3）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