Python数据分析及应用 课件 第4章函数

1云南财经大学信息学院

Python数据分析及应用第四章函数目录

4.1函数的定义与调用4.1.1函数的定义

4.1.2函数的调用

4.2参数与返回值4.2.1默认参数4.2.2关键字参数4.2.3可变长参数4.2.4返回值4.3变量的作用域4.3.1局部变量4.3.2全局变量4.4递归（1）知识目标：掌握函数的定义及调用，掌握定义函数时，如何设置参数和返回值，掌握局部变量和全局变量的使用，学会应用递归函数来解决问题。

（2）技能目标：函数是编程中非常重要的组成部分，学会应用函数实现特定功能、提高代码复用率、增强程序的可读性和可维护性。

（3）素质目标：‌通过学习函数的定义与使用，掌握如何使用Python解决实际问题，‌同时培养逻辑思维和编程能力，‌为未来的学习和职业发展奠定坚实基础。3学习目标

函数的概念最早起源于数学领域，用于描述数学关系中的输入与输出。随着计算机科学的发展，函数的概念也被引入到了计算机编程中。编程函数用于将一组相关的指令封装在一起，形成一个可以重复使用的代码块。通过函数，程序员可以更高效地编写和维护代码，从而提高代码的可读性和可维护性。在Python中，使用函数可以加强代码的复用性、减少代码冗余，从而提高程序编写的效率。

本章主要介绍了函数的概念、函数的分类及定义、函数的调用、返回值、函数的参数、变量的作用域及函数递归的使用方法等。

4本章导读54.1函数的定义与调用

在程序设计里，函数是用来实现特定功能的可重复使用的代码段，是用于构建更大、更复杂程序的部件。在Python中，使用函数可以加强代码的复用性、减少代码冗余，从而提高程序编写的效率。

函数必须先创建（定义）才可以使用，用户通过调用函数名来完成相应代码段的功能，无需关心具体实现的细节，只需传递参数，得到函数运行的最终结果即可。相同的函数可以在一个或多个程序里多次调用。举个例子，譬如：利用净水器对自来水进行深度处理，假设把净水器比作是一个函数，该函数把一步一步的对水进行过滤处理的过程封装了起来，用户无需关心具体的处理过程，只需要传递参数（自来水），然后让净水器自动运行，最终就可获得处理结果（净化后的水）。

4.1函数的定义与调用4.1.1函数的定义Python中的函数分为：内置函数、自定义函数和匿名函数。1.内置函数是系统中预先定义好的一些常用函数和方法，这些函数不需要引用库，直接使用即可。如：数学运算类的函数（sum()、eval()）、IO操作类的函数（input()、print()）、标准库中的函数(datetime库中的today()、now())等。Python的内置函数如表4-1所示。4.1函数的定义与调用表4-1Python的内置函数表abs()delattr()hash()memoryview()set()all()dict()help()min()setattr()any()dir()hex()next()slice()ascii()divmod()id()object()sorted()bin()enumerate()input()oct()staticmethod()bool()eval()int()open()str()bytes()exec()isinstance()ord()sum()bytearray()filter()issubclass()pow()super()complex()float()iter()print()tuple()callable()format()len()property()type()chr()frozenset()list()range()vars()classmethod()getattr()locals()repr()zip()compile()globals()map()reversed()__import__()

hasattr()max()round()

4.1函数的定义与调用2.自定义函数是由用户自己定义的。定义一个函数要使用def语句，语法格式如下：def函数名(参数1，参数2，...，参数n)：

函数体（语句块）

return值def：英文单词define的简写，是定义函数的关键词。

函数名：函数的名称，必须符合Python中的命名要求，一般用小写字母和单下画线、数字等组合，如：my_sum、func1等。函数名后的：(冒号)必不可少。

参数：参数写在函数名后的圆括号里，为函数体提供数据，参数个数不限，可以是0个，1个或多个。

函数体：进行一系列逻辑计算的语句块，相对于def缩进四个空格。

返回值：函数执行完毕后返回给调用者的数据。返回值没有类型及个数限制，若有返回值，则使用return结束函数并返回值，否则不带return表达式相当于返回None。Python函数有两种类型参数，一种是函数定义里的形参，一种是调用函数时传入的实参。接下来通过一个简单的例子，深入理解函数。4.1函数的定义与调用实例4-2编写程序比较2个数的大小，输出2个数的最大值。（有参函数）defmax(num1,num2):

ifnum1>num2:max=num1

elsemax=num2

returnmaxmax1=max(2,15)print("最大值是：",max1)该程序输出结果如下：最大值是：15

在函数定义阶段括号内有参数，称为有参函数，调用时必须传入实际参数。如果函数体代码需要依赖外部传入的值，必须定义为有参函数。4.1函数的定义与调用3.匿名函数

lambda函数也称匿名函数，即没有函数名的函数。lambda只是一个单行的表达式，函数体比def简单很多，其语法结构如下：

lambda参数1，参数2,，...参数N：表达式

单行表达式决定了lambda函数只能完成非常简单的功能。实例4-3lambda函数示例f=lambdax,y:x*yf(2,3)6

函数输入参数x和y，输出值是积x*y,并将输出值赋给变量f，变量f成为具有乘法功能的函数。

4.1.2函数的调用

函数在定义的阶段不会立即执行，而是等函数被程序调用时才执行。对实例4-2的程序执行流程分析如下：

1.程序运行时，首先跳过def块定义的函数代码，而从主程序的第一行，也就是图中第5行标注的max1=max(2,15)这行开始运行，即调用函数max。2.程序在调用处暂停（图中第5行）执行，然后跳转到def定义的函数体的第一行，并将实参2传递给形参num1，实参15传递给形参num2，即num1=2,num2=15。4.1函数的定义与调用4.1函数的定义与调用

3.继续执行完函数体中的所有语句，计算出max=15，再跳回到程序暂停处（图中第5行）继续执行,将数值15作为函数返回值，即max(2,15)=15，得到max1=15。4.继续执行完主程序中的所有语句，输出max1。Python函数必须先定义后调用，函数一旦定义后就可以反复调用，从而避免代码冗余。4.2参数与返回值

4.2.1默认参数

定义函数时，如果给参数设置了默认值，当调用该函数时没有传递对应的实参，就会使用这个默认值。示例如下：实例4-4默认参数示例>>>defadd(a,b=1):returna+b>>>add(2)3>>>add(2,3)54.2参数与返回值

4.2.2关键字参数

实参默认情况下是按位置从左至右顺序传递给函数，而关键字参数通过“键-值”形式加以指定，允许通过变量名进行匹配，而不是通过位置，从而让函数更加清晰。例如：实例4-5关键字参数示例>>>deffunc(a,b,c): print(a,b,c)>>>func(1,2,3)#顺序传递，1传给a，2传给b，3传给c1,2,3>>>func(c=3,a=1,b=2)#关键字参数1,2,3采用关键字参数后，参数通过变量名进行传递，参数的位置可以任意调整。4.2参数与返回值

实例4-1无参函数deffunc():

print("Pythonisinteresting!")func()该程序输出结果如下：Pythonisinteresting!

在函数定义阶段括号内没有参数，称为无参函数，调用时也无需传入参数。如果函数体的代码逻辑不需要依赖外部传入的值，必须定义为无参函数。

这个函数的作用就是打印出一句话，但是没有return，相当于返回的值是None。4.2参数与返回值

4.2.3可变长参数

可变长参数就是向一个函数传递不定个数的参数。例如，我们要定义一个函数用于计算咖啡店每单的销售额，由于每单的咖啡品种及数量都不一样，因此传入的参数个数也就不同，这个时候后就可以使用可变长参数来定义函数。

可变长参数，一种在参数前加一个星号（*），数据结构为元组；另一种在参数前加两个星号（**），数据结构为字典。示例如下：实例4-6可变长参数示例1>>>deff1(a,*args):

print(a,args)>>>f1(1,2,3,4)1(2,3,4)1按照位置传递给a；2、3、4被当做元组类型数据传递给args。4.2参数与返回值

实例4-7可变长参数示例2>>>deftest(**kwargs):

print(kwargs)

print(type(kwargs))

forkey,valueinkwargs.items():

print("{}={}".format(key,value))>>>test(name='jerry',age=18,address='kunming')该程序输出结果为：{'age':18,'name':'jerry','address':'kunming'}<class'dict'>age=18name=jerryaddress=kunmingkwargs是一个字典，传入的参数以键值对的形式存放到字典里。参数定义的顺序必须是：必选参数–>默认参数–>可变长参数。4.2参数与返回值

4.2.4返回值

return语句用于结束函数，并将结果及控制权返回给调用者。执行到return语句时，会退出函数，return之后的语句不再执行。

在实际编程环境中，一些函数没有return语句，只需要干活，不需要返回值（返回None），譬如，实例4-1定义的函数就只干活(打印语句)。但在大部分情况下，函数的运行结果需要用在其它运算中，所以函数必须返回一个结果，而不是只局限于把结果打印出来。接下来，通过几个微实例进行分析。1.无返回值的函数实例4-8无返回值的函数示例1>>>deftest1():

print(“Iamrunningatest”)>>>a=test1()>>>print(a)该程序输出结果为：IamrunningatestNone

上面这个函数没有return语句,返回给变量a的是None（无返回值），None没什么利用价值，所以无需用一个变量来存储。通常采用以下的方式进行调用。4.2参数与返回值

实例4-9无返回值的函数示例2>>>deftest1():

print(“Iamrunningatest”)>>>test1() 该程序输出结果为：Iamrunningatest2.有返回值的函数实例4-10有返回值的函数示例>>>defsquare_sum(a,b):c=a**2+b**2

returnc>>>s=square_sum(1,2)>>>print(s)该程序输出结果为：54.2.4返回值

3.返回多个值

return也可以返回多个值，多个值以元组类型返回。实例4-11返回多个值的函数示例>>>deftest2():return1,2,3,4,5,6>>>a=test2()>>>print(a)该程序输出结果为：(1,2,3,4,5,6)4.3变量的作用域

作用域就是一个变量的可用范围，由变量名被赋值的位置所决定，根据作用域的不同可将变量分为两类：局部变量和全局变量。4.3.1局部变量

局部变量是指定义在函数内部的变量，其作用域是局部的，只能被函数内部引用，在函数外无效。例如：实例4-12变量示例1>>>deffunc():a=123#a是局部变量print(a)>>>func()1234.3变量的作用域

局部变量只能在函数内部使用，一旦函数运行退出后，局部作用域被销毁，局部变量就不存在了，超出函数体的范围引用就会出错，例如：实例4-13变量示例2>>>deffunc():a=123>>>func()>>>print(a)此时，会得到一个错误提示：NameError:name'a'isnotdefined4.3变量的作用域4.3.2全局变量全局变量一般定义在所有函数体之外，其作用域是全局的，在程序整个运行过程中都有效。

若在函数体内定义全局变量（将内部作用域修改为全局作用域的变量），必须在定义的时候加上关键词global。例如：实例4-14变量示例3>>>s=0#全局变量>>>defadd(a,b)：

s=a+b#此处的s为局部变量print(s)>>>add(1,2)>>>print(s)运行结果为：

304.3变量的作用域

从以上结果得知，add（）函数将s当作局部变量，add()运行退出后，释放s，而函数体外的全局变量s的值仍然为0，没有被更改。如果在add()函数内的变量s前加上关键词global，则运行结果会发生改变。示例如下：

实例4-15变量示例4s=0#全局变量>>>defadd(a,b)

globals#s定义为全局变量

s=a+b

print(s)>>>add(1,2)>>>print(s)运行结果为：

34.3变量的作用域

函数内的s加上关键字global后，变成了全局作用域的变量，add(1,2)函数运行后随即改变了全局变量s的值。全局变量在函数内部不经过声明也可以被引用，例如：实例4-16变量示例5>>>x,y=1,2#x,y均为全局变量>>>deffunc():

globalz#z定义为全局变量

z=x*y#引用全局变量x和y

returnz>>>func()运行结果为：24.3变量的作用域

通过以上几个实例的学习，我们对变量的作用域总结如下：1）一个函数内的局部变量不能被其它函数引用。2）局部变量不能被全局作用域中的代码引用。3）局部作用域内可以访问全局变量。

此外，虽然全局变量和局部变量可以使用相同的变量名，也就是同名的不同变量，不过这种做法容易造成程序出错，所以通常建议局部变量和全局变量使用不同的名字。4.4递归

递归指的是函数直接或间接地调用自身以进行循环的方式。使用递归关键在于将问题分解为更为简单的子问题，递归不能无限制的调用本身，否则会耗尽资源，最终必须以一个或多个基本实例（非递归状况）结束。

斐波那契数列又称黄金分割数列，是最典型的一个递归例子，由数学家列昂纳多·斐波那契以兔子繁殖为例子而引入，指的是这样一个数列：0，1，1，2，3，5，8，13，21，34，……。该数列的第0项是0，第1项是第一个1，从第二项以后的每一项都等于前两项之和。斐波纳契数列通常按照递推方法定义如下：

F(n)=F(n-1)+F(n-2)

我们可以用递归函数来实现斐波那契数列的计算。4.4递归实例4-8根据用户输入的整数n，计算输出斐波那契数列的第n个数。#fibo.pydeffibo(n):ifn==0:return0elif