Python语言程序设计（嵩天）-第5周-函数和代码复用

5.1 函数的定义与使用
5.2 实例7: 七段数码管绘制
5.3 代码复用与函数递归
5.4模块4: PyInstaller库的使用
5.5实例8: 科赫雪花小包裹

导学

前课复习

数字类型及操作：

整数类型的无限范围及4种进制表示
浮点数类型的近似无限范围、小尾数及科学计数法
+、-、*、/、//、%、**、二元增强赋值操作符
abs()、divmod()、pow()、round()、max()、min()
int()、float()、complex()

for…in…(计算思维)：

def…while…("笨办法"试错)

字符串类型及操作

正向递增序号、反向递减序号、<字符串>[M:N:K]
+、*、len()、str()、hex()、oct()、ord()、chr()
.lower()、.upper()、.split()、.count()、.replace()
.center()、.strip()、.join(）、.format()格式化

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程序的分支结构

单分支if 二分支if-else 及紧凑形式
多分支if-elif-else 及条件之间关系
not and or > >= == <= < !=
异常处理try-except-else-finally

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程序的循环结构

for…in遍历循环: 计数、字符串、列表、文件…
while无限循环
continue和break保留字: 退出当前循环层次
循环else的高级用法: 与break有关

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本课概要

5.1 函数的定义与使用
5.2 实例7: 七段数码管绘制
5.3 代码复用与函数递归
5.4模块4: PyInstaller库的使用
5.5实例8: 科赫雪花小包裹

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序
练习(可选)- 5道编程@Python123
测验- 10道单选+2道编程@Python123

- 5.1 函数的定义与使用

函数的理解与定义
函数的使用及调用过程
函数的参数传递
函数的返回值
局部变量和全局变量
lambda函数

小结：

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

5.1.1- 函数的理解与定义

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函数的定义：

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

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y = f(x)

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)

5.1.2- 函数的使用及调用过程

函数的调用：
调用是运行函数代码的方式
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函数的调用过程：
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5.1.3- 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
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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
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函数定义时可以设计可变数量参数，既不确定参数总数量
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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

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5.1.4- 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

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5.1.5- 局部变量和全局变量

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规则1: 局部变量和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

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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

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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

5.1.6- lambda函数

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

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lambda函数的应用
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

5.2.1 问题分析

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七段数码管绘制

需求：用程序绘制七段数码管，似乎很有趣
该怎么做呢？
turtle绘图体系➡️七段数码管绘制

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5.2.2 实例讲解（上）

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
步骤2：获得一串数字，绘制对应的数码管
步骤3：获得当前系统时间，绘制对应的数码管

步骤1: 绘制单个数码管

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

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#SevenDigitsDrawV1.py
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()turtle.fd(20) 
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2: 获取一段数字，绘制多个数码管
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#SevenDigitsDrawV2.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()

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5.2.3 实例讲解（下）

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
步骤2：获得一串数字，绘制对应的数码管
步骤3：获得当前系统时间，绘制对应的数码管

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步骤3: 获取系统时间，绘制七段数码管
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5.3.4 举一反三

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

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- 5.3 代码复用与函数递归

代码复用与模块化设计
函数递归的理解
函数递归的调用过程
函数递归实例解析

小结：
-模块化设计：松耦合、紧耦合
-函数递归的2个特征：基例和链条
-函数递归的实现：函数+ 分支结构

5.3.1-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

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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

模块化设计
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

5.3.2-函数递归的理解

如何理解递归呢？
递归很简单，无非就是一个函数调用自己而已…
-看过《盗梦空间》吗？本质上就是递归…
-学过数学归纳法吗？本质上就是递归…
-听过这个故事吗？本质上就是递归…
“从前有座山，山里有座庙，庙里有个老和尚在讲故事…”

递归的含义
函数定义中调用函数自身的方式
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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nk时命题成立，证明当n=nk+1时命题也成立
递归是数学归纳法思维的编程体现

5.3.3-函数递归的调用过程

递归的实现
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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

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5.3.4-函数递归实例解析

字符串反转
将字符串s反转后输出
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斐波那契数列
一个经典数列
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汉诺塔

函数+ 分支结构
递归链条
递归基例

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

PyInstaller库基本介绍
PyInstaller库概述
将.py源代码转换成无需源代码的可执行文件

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PyInstaller库是第三方库

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

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PyInstaller库使用说明
简单的使用
(cmd命令行) pyinstaller-F <文件名.py>

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PyInstaller库常用参数
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使用举例
pyinstaller–i curve.ico –F SevenDigitsDrawV2.py

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- 5.5实例8: 科赫雪花小包裹

5.5.1 问题分析

科赫雪花
高大上的分形几何

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-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
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科赫雪花绘制
用Python绘制科赫曲线

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5.5.2 实例讲解（上）

科赫雪花小包裹(上)
科赫曲线的绘制
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递归思想：函数+分支
递归链条：线段的组合
递归基例：初始线段

#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)     # 0阶科赫曲线长度，阶数turtle.hideturtle()
main()

科赫曲线的绘制➡️科赫雪花的绘制

#KochDrawV2.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()