Python 函數式編程

Python 提供 3 種內建函數和 lambda 表達式等來支持函數式編程。

匿名函數

Python 允許用 lambda 關鍵字創造匿名函數。匿名顧名思義就是沒有名字,即不需要以標準的方式來聲明,比如說,使用 def 加函數名來聲明。一個完整的 lambda “語句”代表了一個表達式,這個表達式的定義體必須和聲明放在同一行。語法如下:

lambda [arg1[, arg2, ... argN]]: expression

參數是可選的,如果使用參數的話,參數通常也會出現在表達式中。

注意:lambda 表達式返回可調用的函數對象。其實 lambda 表達式本身就是一個函數,這個函數定義了輸入(冒號左邊)和輸出(冒號右邊),只不過這個函數沒有名字,但是我們可以把它賦給一個變量。

比如簡單的加法函數。一般我們是這么寫的:

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

lambda 表達式這么寫:

lambda x, y : x + y

我們可以把 lambda x, y : x + y 賦值給 f ,然后給 f 傳參數:

>>> f = lambda x, y : x + y
>>> f
 at 0x10377f320>
>>> f(-10,8)
-2
>>> f(12, 100)
112
>>> f(-33, -22)
-55

可以看到,f 確實是個函數,可以接收兩個參數,并返回這兩個參數的和,等價于上面的 add 函數。

使用場景

1、函數式編程
2、閉包
簡單粗暴地理解為閉包就是一個定義在函數內部的函數,閉包使得變量即使脫離了該函數的作用域范圍也依然能被訪問到。

高階函數

高階函數英文叫 Higher-order function 。一般函數的輸入參數和返回值都只能是變量或常量,如果某個函數可以接收函數作為其輸入參數,或者其返回值中包含函數,那么該函數就是高階函數。
Python 中有三個內建的用來支持函數式編程的高階函數,分別是 filter()map()reduce()

filter()

filter(function, sequence) 返回一個 sequence (序列),返回的序列中包括了輸入序列中所有調用 function(item) 后返回值為 true 的元素。

舉個栗子:

>>> def f(x): return x % 3 == 0 or x % 5 == 0
...
>>> filter(f, range(2, 25))
[3, 5, 6, 9, 10, 12, 15, 18, 20, 21, 24]

因為 filter() 的輸入參數中包含函數 f() ,所以 filter() 是高階函數。上面的例子中返回 2~24 中能被 3 或 5 整除的數組成的列表。

當然,也可以使用匿名函數 lambda 表達式實現:

>>> filter(lambda x : x % 3 == 0 or x % 5 == 0, range(2, 25))
[3, 5, 6, 9, 10, 12, 15, 18, 20, 21, 24]

或者使用列表生成式:

>>> [x for x in range(2, 25) if x % 3 == 0 or x % 5 == 0]
[3, 5, 6, 9, 10, 12, 15, 18, 20, 21, 24]

map()

map() 與 filter() 相似,因為它也能通過函數來處理序列。map()將函數調用“映射”到序列的每個元素上,并返回一個含有所有返回值的列表。

舉個栗子:

>>> def cube(x): return x**3
...
>>> map(cube, range(1,11))

[1, 8, 27, 64, 125, 216, 343, 512, 729, 1000]

上面的例子中,將 1~10 里的每個數分別調用 cube() ,并將返回值(x 的 3 次方)放入列表中。

lambda 表達式:

>>> map(lambda x : x**3, range(1, 11))
[1, 8, 27, 64, 125, 216, 343, 512, 729, 1000]

列表生成式:

>>> [x**3 for x in range(1, 11)]
[1, 8, 27, 64, 125, 216, 343, 512, 729, 1000]

注意:map() 也可以處理多個序列。

>>> map(lambda x, y: x + y, [1, 3, 5], [2, 4, 6])
[3, 7, 11]
>>> map(lambda x, y: (x+y, x-y), [1, 3, 5], [2, 4, 6])
[(3, -1), (7, -1), (11, -1)]
>>> map(None, [1, 3, 5], [2, 4, 6])
[(1, 2), (3, 4), (5, 6)]

reduce()

reduce(function, sequence) 返回一個單值,它是這樣構造的:首先以序列的前兩個元素調用函數 function,再以返回值和第三個參數調用,依次執行下去。

例如,以下程序計算 0 到 5 的整數之和:

>>> def add(x, y): return x+y
...
>>> reduce(add, range(0, 5))
10

實際上 reduce() 執行了如下的運算:

((((0+1)+2)+3)+4)   ==>  10

lambda 表達式:

reduce(lambda x, y : x + y, range(0, 5))

偏函數

偏函數解決這樣的問題:如果我們有函數是多個參數的,我們希望能固定其中某幾個參數的值(類似于默認值)。

舉個栗子:

int() 函數可以把字符串轉換為整數,當僅傳入字符串時,int() 函數默認按十進制轉換:

>>> int('11111')
11111

但 int() 函數還提供額外的 base 參數(默認值為10) 。如果傳入 base 參數,就可以做 N 進制的轉換:

>>> int('11111',8)
4681
>>> int('11111',base=16)
69905

假設要轉換大量的二進制字符串,每次都傳入 int(x, base=2) 非常麻煩,于是,我們想到,可以定義一個 int2() 的函數,默認把 base=2 傳進去:

def int2(x, base=2):
    return int(x, base)

這樣,我們就可以方便地轉換二進制了:

>>> int2('1000000')
64
>>> int2('1010101')
85

functools.partial 就是幫助我們創建一個偏函數的,不需要我們自己定義 int2() ,可以直接使用下面的代碼創建一個新的函數 int2 :

>>> import functools
>>> int2 = functools.partial(int, base=2)
>>> int2('11111')
31
>>> int2('10000')
16

總結一下,functools.partial 的作用就是,把一個函數的某些參數給固定住(也就是設置默認值),返回一個新的函數,調用這個新函數會更簡單。

需要注意的是,上面的新的 int2 函數,僅僅是把 base 參數重新設定默認值為 2 ,但也可以在函數調用時傳入其他值:

>>> int2('11111',base=10)
11111
>>> int2('11111',base=8)
4681
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