Python程序設(shè)計授課教師：第7章函數(shù)式編程課程描述函數(shù)式編程是一種典范。本章首先對函數(shù)式編程的基本概念進行介紹，然后介紹Python語言是如何實現(xiàn)函數(shù)式編程的。本章知識點7.1函數(shù)式編程概述7.2Python函數(shù)式編程常用的函數(shù)7.3閉包函數(shù)7.4迭代器和生成器7.1函數(shù)式編程概述7.1.1函數(shù)式編程的概念7.1.2函數(shù)式編程的優(yōu)點7.1.1函數(shù)式編程的概念函數(shù)式編程是一種編程的基本風格，也就是構(gòu)建程序的結(jié)構(gòu)和元素的方式。函數(shù)式編程將計算過程看作是數(shù)學函數(shù)，也就是可以使用表達式編程。在函數(shù)的代碼中，函數(shù)的返回值只依賴傳入函數(shù)的參數(shù)，因此使用相同的參數(shù)調(diào)用函數(shù)2次，會得到相同的結(jié)果。1．頭等函數(shù)（First-classfunction）如果一個編程語言把函數(shù)視為頭等函數(shù)，則可以稱其擁有頭等函數(shù)。擁有頭等函數(shù)的編程語言可以將函數(shù)作為其他函數(shù)的參數(shù)，也可以將函數(shù)作為作為其他函數(shù)的返回值?？梢园押瘮?shù)賦值給變量或存儲在元組、列表、字典、集合等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。在擁有頭等函數(shù)的編程語言中，函數(shù)名沒有任何特殊的狀態(tài)，而是將函數(shù)看作是function類型的二進制類型。2．高階函數(shù)（Higher-orderfunction）高階函數(shù)是頭等函數(shù)的一種實踐，它是可以將其他函數(shù)作為參數(shù)或返回結(jié)果的函數(shù)。例如，定義一個高階函數(shù)map()，有2個參數(shù)，一個是函數(shù)func()，一個是列表list，map()函數(shù)將list里面的所有元素應用函數(shù)func()，并將處理結(jié)果組成一個列表list1，最后將list1作為map()函數(shù)的返回結(jié)果。3．純函數(shù)純函數(shù)具有如下特性：純函數(shù)與外界交換數(shù)據(jù)只有唯一渠道——參數(shù)和返回值。純函數(shù)不操作全局變量，沒有狀態(tài)、無I/O操作，不改變傳入的任何參數(shù)的值。理想情況下，不會給他傳入任何外部數(shù)據(jù)。很容易把一個純函數(shù)移植到一個新的運行環(huán)境，最多只需要修改類型定義即可。純函數(shù)具有引用透明性（ReferentialTransparency）。也就是說，對于同一個輸入值，它一定得到相同的輸出值，而與在什么時候、在什么情況下執(zhí)行該函數(shù)無關(guān)。7.1.2函數(shù)式編程的優(yōu)點1．便于進行單元測試2．便于調(diào)試3．適合并行執(zhí)行7.2Python函數(shù)式編程常用的函數(shù)7.2.1lambda表達式7.2.2map()函數(shù)7.2.3filter()函數(shù)7.2.4reduce()函數(shù)7.2.5zip()函數(shù)7.2.6普通編程方式與函數(shù)式編程的對比7.2.1lambda表達式lambda函數(shù)也是一種匿名函數(shù)，是從數(shù)學里的λ演算得名的。λ演算可以用來定義什么是一個可計算函數(shù)。匿名函數(shù)并非沒有名字，而是將函數(shù)名作為函數(shù)結(jié)果返回。1．lambda函數(shù)Python的lambda表達式的函數(shù)體只能有唯一的一條語句，也就是返回值表達式語句。其語法如下：返回函數(shù)名=lambda參數(shù)列表:函數(shù)返回值表達式語句例如，下面的lambda表達式可以計算x、y和z等3個參數(shù)的和：sum=lambdax,y,z:x+y+z可以使用sum(x,y,z)調(diào)用上面的lambda表達式?！纠?-1】使用lambda表達式的例子。sum=lambdax,y,z:x+y+zprint(sum(1,2,3))運行結(jié)果為：6【例7-1】中的lambda表達式相當于下面的函數(shù)。defsum(x,y,z): returnx+y+z2．lambda表達式序列可以將lambda表達式作為序列（如列表、元組或字典等）元素，從而實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)表的功能，也就是函數(shù)的列表。lambda表達式序列的定義方法如下：序列名=[(lambda表達式1),(lambda表達式2),…]調(diào)用序列中l(wèi)ambda表達式的方法如下：序列名[索引](lambda表達式的參數(shù)列表)【例7-2】定義一個lambda表達式序列。第1個元素用于計算參數(shù)的平方，第2個元素用于計算參數(shù)的立方，第3個元素用于計算參數(shù)的四次方。代碼如下：Arr=[(lambdax:x**2),(lambdax:x**3),(lambdax:x**4)]print(Arr[0](2),Arr[1](2),Arr[2](2))程序分別計算并打印2的平方、立方和四次方。運行結(jié)果如下：48163．將lambda表達式作為函數(shù)的返回值可以在普通函數(shù)中返回lambda表達式?！纠?-3】定義一個函數(shù)math。當參數(shù)o等于1時返回計算加法的lambda表達式；當參數(shù)o等于2時返回計算計算減法的lambda表達式；當參數(shù)o等于3時返回計算乘法的lambda表達式；當參數(shù)o等于4時返回計算除法的lambda表達式。代碼如下：defmath(o):if(o==1):returnlambdax,y:x+yif(o==2):returnlambdax,y:x-yif(o==3):returnlambdax,y:x*yif(o==4):returnlambdax,y:x/yaction=math(1)#返回加法lambda表達式print("10+2",action(10,2))action=math(2)#返回減法lambda表達式print("10-2=",action(10,2))action=math(3)#返回乘法lambda表達式print("10*2,=",action(10,2))action=math(4)#返回除法lambda表達式print("10/2,=",action(10,2))【例7-3】運行結(jié)果如下：10+21210-2=810*2,=2010/2,=5.07.2.2map()函數(shù)map()函數(shù)用于將指定序列中的所有元素作為參數(shù)調(diào)用指定函數(shù)，并將結(jié)果構(gòu)成一個新的序列返回。map函數(shù)的語法如下：結(jié)果序列=map(映射函數(shù),序列1[,序列2,…])在map()函數(shù)的參數(shù)中，可以有多個序列，這取決于映射函數(shù)的參數(shù)數(shù)量。序列1、序列2等序列中元素會按順序作為映射函數(shù)的參數(shù)，映射函數(shù)的返回值將作為map()函數(shù)的返回序列的元素?！纠?-4】使用map()函數(shù)依次計算2、4、6、8和10的平方。arr=map(lambdax:x**2,[2,4,6,8,10])foreinenumerate(arr):print(e)本例中映射函數(shù)是一個lambda表達式，用于計算參數(shù)的平方。因為映射函數(shù)只有1個參數(shù)，所以map()函數(shù)中只有1個序列參數(shù)。map()對序列參數(shù)應用lambda表達式，將計算結(jié)果作為序列返回?！纠?-4】運行結(jié)果如下：(0,4)(1,16)(2,36)(3,64)(4,100)【例7-5】在map()函數(shù)中對兩個序列進行處理。arr=map(lambdax,y:x+y,[1,3,5,7,9],[2,4,6,8,10])foreinenumerate(arr):print(e)本例中映射函數(shù)是一個有2個參數(shù)的lambda表達式，用于計算參數(shù)之和。因為映射函數(shù)有2個參數(shù)，所以map()函數(shù)中有2個序列參數(shù)。map()對2個序列參數(shù)中對應位置的元素應用lambda表達式，將計算結(jié)果作為序列返回?！纠?-5】運行結(jié)果如下：(0,3)(1,7)(2,11)(3,15)(4,19)7.2.3filter()函數(shù)filter()函數(shù)可以對指定序列執(zhí)行過濾操作，具體定義如下：filter(函數(shù)function,序列sequence)函數(shù)function接受一個參數(shù)，返回布爾值True或False。序列sequence可以是列表、元組或字符串。filter()函數(shù)以序列sequence中的每個元素為參數(shù)調(diào)用function函數(shù)，調(diào)用結(jié)果為True的元素最后將作為filter()函數(shù)的結(jié)果返回?！纠?-6】使用filter()函數(shù)的例子。defis_even(x): returnx%2==0arr=filter(is_even,[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10])foreinenumerate(arr):print(e)【例7-6】運行結(jié)果如下：(0,2)(1,4)(2,6)(3,8)(4,10)7.2.4reduce()函數(shù)reduce()函數(shù)用于將指定序列中的所有元素作為參數(shù)，按一定的規(guī)則調(diào)用指定函數(shù)。reduce函數(shù)的語法如下：計算結(jié)果=reduce(映射函數(shù),序列)映射函數(shù)必須有2個參數(shù)。reduce()函數(shù)首先以序列的第1和第2個元素為參數(shù)調(diào)用映射函數(shù)，然后將返回結(jié)果與序列的第3個元素為參數(shù)調(diào)用映射函數(shù)。以此類推，直至應用到序列的最后一個元素，將計算結(jié)果作為reduce()函數(shù)的返回結(jié)果?！纠?-7】使用reduce()函數(shù)計算2、4、6、8、10的和。fromfunctoolsimportreducedefmyadd(x,y):returnx+ysum=reduce(myadd,(2,4,6,8,10))print(sum)【例7-7】程序運行過程：（1）reduce()函數(shù)首先使用2和4為參數(shù)調(diào)用myadd()函數(shù)，得到結(jié)果6。（2）使用結(jié)果6和序列的第3個元素6為參數(shù)調(diào)用myadd()函數(shù)，得到結(jié)果12。（3）使用結(jié)果12和序列的第4個元素8為參數(shù)調(diào)用myadd()函數(shù)，得到結(jié)果20。（4）使用結(jié)果20和序列的第5個元素10為參數(shù)調(diào)用myadd()函數(shù)，得到結(jié)果30。7.2.5zip()函數(shù)zip()函數(shù)以一系列列表作為參數(shù)，將列表中對應的元素打包成一個個元組，然后返回由這些元組組成的列表?！纠?-8】使用zip()函數(shù)的例子。a=[1,2,3]b=[4,5,6]zipped=zip(a,b)forelementinzipped:print(element)【例7-8】運行結(jié)果如下：(1,4)(2,5)(3,6)【例7-9】使用zip()函數(shù)時傳入?yún)?shù)長度不等的例子。a=[1,2,3]b=[4,5,6,7,8,9]zipped=zip(a,b)forelementinzipped:print(element)注意：調(diào)用zip()函數(shù)時以長度最短的列表長度為基準進行壓縮?！纠?-9】運行結(jié)果如下：(1,4)(2,5)(3,6)7.2.5zip()函數(shù)將打包結(jié)果前面加上操作符*，并以此作為參數(shù)調(diào)用zip()函數(shù)，可以將打包結(jié)果解壓?！纠?-10】使用zip()函數(shù)將打包結(jié)果解壓的例子。a=[1,2,3]b=[4,5,6]zipped=zip(a,b)unzipped=zip(*zipped)forelementinunzipped:print(element)【例7-10】運行結(jié)果如下：(1,2,3)(4,5,6)7.2.6普通編程方式與函數(shù)式編程的對比【例7-11】以普通編程方式計算列表元素中正數(shù)之和。list=[2,-6,11,-7,8,15,-14,-1,10,-13,18]sum=0foriinrange(len(list)):iflist[i]>0:sum+=list[i]print(sum)運行結(jié)果如下：647.2.6普通編程方式與函數(shù)式編程的對比【例7-12】以函數(shù)式編程方式實現(xiàn)【例7-11】的功能。fromfunctoolsimportreducelist=[2,-6,11,-7,8,15,-14,-1,10,-13,18]sum=filter(lambdax:x>0,list)s=reduce(lambdax,y:x+y,sum)print(s)7.2.6普通編程方式與函數(shù)式編程的對比相比而言，函數(shù)式編程具有如下特點：（1）代碼更簡單。（2）數(shù)據(jù)，操作，返回值都放在一起。（3）沒有循環(huán)體，幾乎沒有臨時變量，也就不用勞神去分析程序的流程行尾數(shù)據(jù)變化過程。（4）代碼用來描述要做什么，而不是怎么去做。7.3閉包函數(shù)在Python中，閉包指函數(shù)的嵌套?？梢栽诤瘮?shù)內(nèi)部定義一個嵌套函數(shù)，將嵌套函數(shù)視為一個對象，所以可以將嵌套函數(shù)作為定義它的函數(shù)的返回結(jié)果。閉包的基本形式是：在函數(shù)F1中，定義F2，F(xiàn)2只能引用F1定義的變量，之后F1函數(shù)返回F2的函數(shù)名字。而后可以將F1的執(zhí)行結(jié)果賦給一個新的函數(shù)名，該函數(shù)可以在之后隨時執(zhí)行。

7.3閉包函數(shù)在Python中，閉包所需要具備的條件：必須有一個嵌套函數(shù)。嵌套函數(shù)必須引用外部函數(shù)中的變量。外部函數(shù)必須將嵌套函數(shù)作為返回值返回?！纠?-13】使用閉包的例子。deffunc_lib():defadd(x,y):returnx+yreturnadd#返回函數(shù)對象fadd=func_lib()print(fadd(1,2))運行結(jié)果：37.4迭代器和生成器7.4.1迭代器7.4.2生成器7.4.1迭代器迭代器是訪問序列內(nèi)元素的一種方式。迭代器對象從序列（列表、元組、字典、集合）的第一個元素開始訪問，直到所有的元素都被訪問一遍后結(jié)束。迭代器不能回退，只能往前進行迭代。1．iter()函數(shù)使用iter()函數(shù)可以獲取序列的迭代器對象，方法如下：

迭代器對象=iter(序列對象)使用next()函數(shù)可以獲取迭代器的下一個元素，方法如下：

next(迭代器對象)

如果所有元素均已經(jīng)返回過，則拋出StopIteration異常?！纠?-14】使用iter()函數(shù)的例子。list=[111,222,333]it=iter(list)print(next(it))print(next(it))print(next(it))運行結(jié)果如下：1112223332．enumerate()函數(shù)使用enumerate()函數(shù)可以將列表或元組生成一個有序號的序列。【例7-15】使用enumerate()函數(shù)的例子。list=[111,222,333]forindex,valinenumerate(list):print("第%d個元素是%s"%(index+1,val))運行結(jié)果如下：第1個元素是111第2個元素是222第3個元素是3337.4.2生成器生成器是一個特殊的函數(shù)，它具有如下特點：（1）生成器