Python语法基础（U.5）-函数和代码复用

为mooc网站的北京理工大学的 嵩天 、黄天羽 、礼欣 三位老师的课程笔记。
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5 函数和代码复用

5.1 函数的定义与使用

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

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

5.1 函数的定义与使用

5.1.1 函数定义

具有特殊功能的、可重用的语句组…
代码表示：
def <函数名>(<参数(0个或多个)>): <函数体> return <返回值>

5.1.2 函数使用和调用过程

定义不被执行，调用以实际参数代替形式参数获得运算结果；

5.1.3 函数参数传递

1. 函数可有参数也可没有，但必须保留括号；
2. 可选参数必须放在非可选参数后面，用逗号隔开；
3. 可变参数：不确定参数总数量；
   def <函数名> (<参数>, *b ): <函数体> return <返回值>

5.1.4 函数返回值

可返回0个或多个结果；
用小括号，中间用逗号隔开的为：元组类型；用方括号的为：列表类型；

5.1.5 局部变量和全局变量

1. 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；使用global在局部中定义全局变量；

2. 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

3. 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

5.1.6 lambda函数

lambda函数返回函数作为结果：是一种匿名函数（没有名字的函数）；使用lambda保留字定义，函数名是返回结果；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>
E.g：
f = lambda x, y : x + y
f(10, 25)结果为：25；
f = lambda : "lambda函数"
print(f())结果为：lambda函数；

# 5.1.5V1.py
ls = ["F","f"]    #通过使用[]真实创建了一个全局变量列表ls，（列表为组合数据类型）
def func(a):
    ls.append(a)  #在ls中增加一个元素，此时ls是列表类型，未真实创建则等同于全局变量
    return
func("C")         #全局变量ls被修改
print(ls)

['F', 'f', 'C']

# 5.1.5V2.py       #如果一个组合类型在函数中被真实创建，那它就是这个函数的局部变量
ls = ["F","f"]     #通过使用[]真实创建了一个全局变量列表ls
def func(a):
    ls = []        #此处ls是列表类型，真实创建ls是局部变量
    ls.append(a)
    return
func("C")          #局部变量ls被修改
print(ls)

['F', 'f']

5.2 七段数码管绘制

基本思路：

1. 绘制单个数字对应的数码管；
2. 获得一串数字，绘制对应的数码管；
3. 获取当前系统时间，绘制对应的数码管；

步骤：

1. 七段数码管由7个基本线条组成；可以有固定顺序；显示不同的线条；
2. 获取一段数字，绘制多个数码管；
3. 获取当前时间，以使用数码管显示时间；

# NixieTube.py
import turtle, time
def drawGap():
    turtle.penup()
    turtle.fd(5)
def drawLine(draw):      #绘制单段数码管
    drawGap()
    turtle.pendown() if draw else turtle.penup()    #如果draw为真值则画，如果不是则抬起画笔移动
    turtle.fd(40)     #向该方向行进40像素
    drawGap()
    turtle.right(90)  #转向90度
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)     #...
def drawDate(date):   #获得要输出的数字，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))   #通过eval()函数将数字变为整数
def main():
    turtle.setup(800, 350, 200, 200)     #设置画布大小
    turtle.penup()        
    turtle.fd(-300)      #当前画笔初始绘制所在位置
    turtle.pensize(5)
    drawDate(time.strftime('%Y-%m=%d+',time.gmtime()))   #调用函数
    turtle.hideturtle()
    turtle.done()
main()

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；

5.3.1 代码复用

资源化、抽象化、复用；
函数：将代码命名，在代码层面建立初步抽象；对象：属性和方法，在函数之上再次组织进行抽象；

5.3.2 函数递归（类似数学归纳法）

1. 两个关键特征：1) 链条：计算过程中存在的递归链条；2) 基例：存在一个或多个不需要再次递归的基例；
2. 函数和分支语句；
3. 字符串反转：
   • 将字符串s反转后输出：s[::-1]：切片操作，对于字符串s从最开始到最后采用-1的步长进行输出；
     用递归实现反转：
     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)
   • 汉诺塔问题：
     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)

# 5.3.2.py
def fact(n):
    if n == 0:
        return 1
    else:
        return n*fact(n-1)
fact(5)

120

# 5.3.2.py  汉诺塔问题
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)
hanoi(3,"A","C","B")
print(count)

1:A->C
2:A->B
1:C->B
3:A->C
1:B->A
2:B->C
1:A->C
7

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（exe文件、Linux、Mac OS X）；

5.4.1 安装

安装：pip install pyinstaller；

5.4.2 使用

（cmd命令行）：pyinstaller -F <文件名.py>：会生成多个文件夹，在生成的dist文件夹里面会有同名的exe文件；

5.5 科赫雪花小包裹

科赫曲线（雪花曲线）；

# 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阶科赫曲线，阶数
    koch(400, level)
    turtle.right(120)
    koch(400, level)
    turtle.right(120)
    koch(400, level)
    turtle.hideturtle()
main()

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