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  • Python:Base4(map,reduce,filter,自定义排序函数(sorted),返回函数,闭包,匿名函数(lambda) )

    1.python把函数作为参数:

    在2.1小节中,我们讲了高阶函数的概念,并编写了一个简单的高阶函数:

    def add(x, y, f):
        return f(x) + f(y)

    如果传入abs作为参数f的值:

    add(-5, 9, abs)

    根据函数的定义,函数执行的代码实际上是:

    abs(-5) + abs(9)

    由于参数 x, y 和 f 都可以任意传入,如果 f 传入其他函数,就可以得到不同的返回值。

    任务

    利用add(x,y,f)函数,计算:

    计算平方根可以用函数:

    >>> math.sqrt(2)
    1.4142...

    参考代码:

    import math
    def add(x, y, f):
        return f(x) + f(y)
    print add(25, 9, math.sqrt)






    2.python中map()函数:

    map()是 Python 内置的高阶函数,它接收一个函数 f 和一个 list,并通过把函数 f 依次作用在 list 的每个元素上,得到一个新的 list 并返回。

    例如,对于list [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

    如果希望把list的每个元素都作平方,就可以用map()函数:

    因此,我们只需要传入函数f(x)=x*x,就可以利用map()函数完成这个计算:

    def f(x):
        return x*x
    print map(f, [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9])

    输出结果:

    [1, 4, 9, 10, 25, 36, 49, 64, 81]

    注意:map()函数不改变原有的 list,而是返回一个新的 list。

    利用map()函数,可以把一个 list 转换为另一个 list,只需要传入转换函数。

    由于list包含的元素可以是任何类型,因此,map() 不仅仅可以处理只包含数值的 list,事实上它可以处理包含任意类型的 list,只要传入的函数f可以处理这种数据类型。

    任务

    假设用户输入的英文名字不规范,没有按照首字母大写,后续字母小写的规则,请利用map()函数,把一个list(包含若干不规范的英文名字)变成一个包含规范英文名字的list:

    输入:['adam', 'LISA', 'barT']
    输出:['Adam', 'Lisa', 'Bart']



    format_name(s)函数接收一个字符串,并且要返回格式化后的字符串,利用map()函数,就可以输出新的list。

    参考代码:

    def format_name(s):
        return s[0].upper() + s[1:].lower()
    print map(format_name, ['adam', 'LISA', 'barT'])





    3.python中reduce()函数:

    reduce()函数也是Python内置的一个高阶函数。reduce()函数接收的参数和 map()类似,一个函数 f,一个list,但行为和 map()不同,reduce()传入的函数 f 必须接收两个参数,reduce()对list的每个元素反复调用函数f,并返回最终结果值。

    例如,编写一个f函数,接收x和y,返回x和y的和:

    def f(x, y):
        return x + y

    调用 reduce(f, [1, 3, 5, 7, 9])时,reduce函数将做如下计算:

    先计算头两个元素:f(1, 3),结果为4;
    再把结果和第3个元素计算:f(4, 5),结果为9;
    再把结果和第4个元素计算:f(9, 7),结果为16;
    再把结果和第5个元素计算:f(16, 9),结果为25;
    由于没有更多的元素了,计算结束,返回结果25。

    上述计算实际上是对 list 的所有元素求和。虽然Python内置了求和函数sum(),但是,利用reduce()求和也很简单。

    reduce()还可以接收第3个可选参数,作为计算的初始值。如果把初始值设为100,计算:

    reduce(f, [1, 3, 5, 7, 9], 100)

    结果将变为125,因为第一轮计算是:

    计算初始值和第一个元素:f(100, 1),结果为101。

    任务

    Python内置了求和函数sum(),但没有求积的函数,请利用recude()来求积:

    输入:[2, 4, 5, 7, 12]
    输出:2*4*5*7*12的结果

    reduce()接收的函数f需要两个参数,并返回一个结果,以便继续进行下一轮计算。

    参考代码:

    def prod(x, y):
        return x * y
    print reduce(prod, [2, 4, 5, 7, 12])




    4.python中filter()函数:

    filter()函数是 Python 内置的另一个有用的高阶函数,filter()函数接收一个函数 f 和一个list,这个函数 f 的作用是对每个元素进行判断,返回 True或 False,filter()根据判断结果自动过滤掉不符合条件的元素,返回由符合条件元素组成的新list。

    例如,要从一个list [1, 4, 6, 7, 9, 12, 17]中删除偶数,保留奇数,首先,要编写一个判断奇数的函数:

    def is_odd(x):
        return x % 2 == 1

    然后,利用filter()过滤掉偶数:

    filter(is_odd, [1, 4, 6, 7, 9, 12, 17])

    结果:[1, 7, 9, 17]

    利用filter(),可以完成很多有用的功能,例如,删除 None 或者空字符串:

    def is_not_empty(s):
        return s and len(s.strip()) > 0
    filter(is_not_empty, ['test', None, '', 'str', '  ', 'END'])

    结果:['test', 'str', 'END']

    注意: s.strip(rm) 删除 s 字符串中开头、结尾处的 rm 序列的字符。

    当rm为空时,默认删除空白符(包括' ', ' ', ' ', ' '),如下:

    a = '     123'
    a.strip()

    结果: '123'

    a='		123
    '
    a.strip()

    结果:'123'
     

    任务

    请利用filter()过滤出1~100中平方根是整数的数,即结果应该是:

    [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

    filter() 接收的函数必须判断出一个数的平方根是否是整数,而 math.sqrt()返回结果是浮点数。

    参考代码:

    import math
    def is_sqr(x):
        r = int(math.sqrt(x))
        return r*r==x
    print filter(is_sqr, range(1, 101))





    5.python中自定义排序函数:

    Python内置的 sorted()函数可对list进行排序:

    >>>sorted([36, 5, 12, 9, 21])
    [5, 9, 12, 21, 36]

    但 sorted()也是一个高阶函数,它可以接收一个比较函数来实现自定义排序,比较函数的定义是,传入两个待比较的元素 x, y,如果 x 应该排在 y 的前面,返回 -1,如果 x 应该排在 y 的后面,返回 1。如果 x 和 y 相等,返回 0。

    因此,如果我们要实现倒序排序,只需要编写一个reversed_cmp函数:

    def reversed_cmp(x, y):
        if x > y:
            return -1
        if x < y:
            return 1
        return 0

    这样,调用 sorted() 并传入 reversed_cmp 就可以实现倒序排序:

    >>> sorted([36, 5, 12, 9, 21], reversed_cmp)
    [36, 21, 12, 9, 5]

    sorted()也可以对字符串进行排序,字符串默认按照ASCII大小来比较:

    >>> sorted(['bob', 'about', 'Zoo', 'Credit'])
    ['Credit', 'Zoo', 'about', 'bob']

    'Zoo'排在'about'之前是因为'Z'的ASCII码比'a'小。

    任务

    对字符串排序时,有时候忽略大小写排序更符合习惯。请利用sorted()高阶函数,实现忽略大小写排序的算法。

    输入:['bob', 'about', 'Zoo', 'Credit']
    输出:['about', 'bob', 'Credit', 'Zoo']

    对于比较函数cmp_ignore_case(s1, s2),要忽略大小写比较,就是先把两个字符串都变成大写(或者都变成小写),再比较。

    参考代码:

    def cmp_ignore_case(s1, s2):
        u1 = s1.upper()
        u2 = s2.upper()
        if u1 < u2:
            return -1
        if u1 > u2:
            return 1
        return 0
    print sorted(['bob', 'about', 'Zoo', 'Credit'], cmp_ignore_case)

    6.python中返回函数:

    Python的函数不但可以返回int、str、list、dict等数据类型,还可以返回函数!

    例如,定义一个函数 f(),我们让它返回一个函数 g,可以这样写:

    def f():
        print 'call f()...'
        # 定义函数g:
        def g():
            print 'call g()...'
        # 返回函数g:
        return g

    仔细观察上面的函数定义,我们在函数 f 内部又定义了一个函数 g。由于函数 g 也是一个对象,函数名 g 就是指向函数 g 的变量,所以,最外层函数 f 可以返回变量 g,也就是函数 g 本身。

    调用函数 f,我们会得到 f 返回的一个函数:

    >>> x = f()   # 调用f()
    call f()...
    >>> x   # 变量x是f()返回的函数:
    <function g at 0x1037bf320>
    >>> x()   # x指向函数,因此可以调用
    call g()...   # 调用x()就是执行g()函数定义的代码

    请注意区分返回函数和返回值:

    def myabs():
        return abs   # 返回函数
    def myabs2(x):
        return abs(x)   # 返回函数调用的结果,返回值是一个数值

    返回函数可以把一些计算延迟执行。例如,如果定义一个普通的求和函数:

    def calc_sum(lst):
        return sum(lst)

    调用calc_sum()函数时,将立刻计算并得到结果:

    >>> calc_sum([1, 2, 3, 4])
    10

    但是,如果返回一个函数,就可以“延迟计算”:

    def calc_sum(lst):
        def lazy_sum():
            return sum(lst)
        return lazy_sum

    # 调用calc_sum()并没有计算出结果,而是返回函数:

    >>> f = calc_sum([1, 2, 3, 4])
    >>> f
    <function lazy_sum at 0x1037bfaa0>

    # 对返回的函数进行调用时,才计算出结果:

    >>> f()
    10

    由于可以返回函数,我们在后续代码里就可以决定到底要不要调用该函数。

    任务

    请编写一个函数calc_prod(lst),它接收一个list,返回一个函数,返回函数可以计算参数的乘积。

    参考代码:

    def calc_prod(lst):
        def lazy_prod():
            def f(x, y):
                return x * y
            return reduce(f, lst, 1)
        return lazy_prod
    f = calc_prod([1, 2, 3, 4])
    print f()




    7.python中闭包:

    在函数内部定义的函数和外部定义的函数是一样的,只是他们无法被外部访问:

    def g():
        print 'g()...'
    
    def f():
        print 'f()...'
        return g

    将 g 的定义移入函数 f 内部,防止其他代码调用 g:

    def f():
        print 'f()...'
        def g():
            print 'g()...'
        return g

    但是,考察上一小节定义的 calc_sum 函数:

    def calc_sum(lst):
        def lazy_sum():
            return sum(lst)
        return lazy_sum

    注意: 发现没法把 lazy_sum 移到 calc_sum 的外部,因为它引用了 calc_sum 的参数 lst。

    像这种内层函数引用了外层函数的变量(参数也算变量),然后返回内层函数的情况,称为闭包(Closure)。

    闭包的特点是返回的函数还引用了外层函数的局部变量,所以,要正确使用闭包,就要确保引用的局部变量在函数返回后不能变。举例如下:

    # 希望一次返回3个函数,分别计算1x1,2x2,3x3:
    def count():
        fs = []
        for i in range(1, 4):
            def f():
                 return i*i
            fs.append(f)
        return fs
    
    f1, f2, f3 = count()

    你可能认为调用f1(),f2()和f3()结果应该是1,4,9,但实际结果全部都是 9(请自己动手验证)。

    原因就是当count()函数返回了3个函数时,这3个函数所引用的变量 i 的值已经变成了3。由于f1、f2、f3并没有被调用,所以,此时他们并未计算 i*i,当 f1 被调用时:

    >>> f1()
    9     # 因为f1现在才计算i*i,但现在i的值已经变为3

    因此,返回函数不要引用任何循环变量,或者后续会发生变化的变量。

    任务

    返回闭包不能引用循环变量,请改写count()函数,让它正确返回能计算1x1、2x2、3x3的函数。

    考察下面的函数 f:

    def f(j):
        def g():
            return j*j
        return g

    它可以正确地返回一个闭包g,g所引用的变量j不是循环变量,因此将正常执行。

    在count函数的循环内部,如果借助f函数,就可以避免引用循环变量i。

    参考代码:

    def count():
        fs = []
        for i in range(1, 4):
            def f(j):
                def g():
                    return j*j
                return g
            r = f(i)
            fs.append(r)
        return fs
    f1, f2, f3 = count()
    print f1(), f2(), f3()




    8.python中匿名函数:

    高阶函数可以接收函数做参数,有些时候,我们不需要显式地定义函数,直接传入匿名函数更方便。

    在Python中,对匿名函数提供了有限支持。还是以map()函数为例,计算 f(x)=x时,除了定义一个f(x)的函数外,还可以直接传入匿名函数:

    >>> map(lambda x: x * x, [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9])
    [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

    通过对比可以看出,匿名函数 lambda x: x * x 实际上就是:

    def f(x):
        return x * x

    关键字lambda 表示匿名函数,冒号前面的 x 表示函数参数。

    匿名函数有个限制,就是只能有一个表达式,不写return,返回值就是该表达式的结果。

    使用匿名函数,可以不必定义函数名,直接创建一个函数对象,很多时候可以简化代码:

    >>> sorted([1, 3, 9, 5, 0], lambda x,y: -cmp(x,y))
    [9, 5, 3, 1, 0]

    返回函数的时候,也可以返回匿名函数:

    >>> myabs = lambda x: -x if x < 0 else x 
    >>> myabs(-1)
    1
    >>> myabs(1)
    1

    任务

    利用匿名函数简化以下代码:

    def is_not_empty(s):
        return s and len(s.strip()) > 0
    filter(is_not_empty, ['test', None, '', 'str', '  ', 'END'])

    定义匿名函数时,没有return关键字,且表达式的值就是函数返回值。

    参考代码:

    print filter(lambda s: s and len(s.strip())>0, ['test', None, '', 'str', '  ', 'END'])


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