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Python语言程序设计基础

第5章 函数和代码复用

函数的基本使用

函数的定义

函数是一段具有特定功能的、可重用的语句组，用函数名表示并通过函数名进行功能调用。

使用函数主要有两个目的：降低编程难度和代码重用。

Python使用def定义一个函数，语法形式：

def <函数名> (<参数列表>):
	<函数体>
	return <返回值列表>

函数调用和执行的一般形式

<函数名>(<参数列表>)

lambda函数

lambda用于定义一种特殊的函数——匿名函数，又称为lambda函数。匿名函数并非没有名字，而是将函数名作为函数结果返回，语法格式如下

<函数名> = lambda <参数列表> : <表达式>
lambda 函数与正常函数一样，等价于如下形式：
def <函数名> (<参数列表>):
    return <表达式>

f =  lambda x,y : x+y 
print(type(f))
print(f(10,20))

函数的参数传递

可选参数与可变数量参数

可以定义函数时直接为这些参数指定默认值，当函数被调用时，如果没有传入对应的参数值，则使用函数定义时的默认值代替。由于函数调用时需要按顺序输入参数，可选参数必须定义在非可选参数的后面。

def dup (str , times = 2):
    print(str * times)
dup("konck~")

在函数定义时，也可以设计可变数量参数，通过在参数前增加星号(*)实现。带有星号的可变参数只能出现在参数列表的后面。调用时，这些参数被当做元组类型传递到参数中，实例如下：

def vfunc(a, *b ):
    print(type(b))
    for n in b:
         print(n,end=‘‘)
        a += n
    return a
vfunc(1,2,3,4,5,6)

参数的位置和名称传递

函数调用时，实参默认采用按着位置的顺序的方式传递给函数

Python还提供了按着形参名称传入实参的方式，由于调用函数时指定了参数名称，所以参数之间的顺序可以任意调整。

函数的返回值

return语句用来退出函数并将函数返回到函数被调用的位置继续执行。函数可以没有return，此时函数不返回值。函数也可以用return返回多个值，多个值以元组类型保存。

def func(a,b):
    return b,a
a = func("knock~",2)
print(a,type(a))

函数对变量的改变

全局变量是指在函数之外定义的变量，一般没有缩进，在程序执行全过程有效。

局部变量是指在函数内部使用的变量，仅在函数内部使用变量，仅在函数内部有效，当函数退出时变量将不存在。

1. 简单数据类型变量无论是否与全局变量重名，仅在函数内部创建和使用，函数退出后变量被释放，如有全局变量，其值不变。

2. 简单数据类型变量在用global保留字声明后，作为全局变量使用，函数退出后该变量保留且值被函数改变。

3. 对于组合数据类型的全局变量，如果在函数内部没有被真实创建的同名变量，则函数内部可以直接使用并修改全局变量的值。

4. 如果函数内部真实创建了组合数据类型变量，无论是否有同名全局变量，函数仅对局部变量进行操作，函数退出后局部变量被释放，全局变量值不变。

模块3 ：datetime库的使用

datetime库概述

datetime库可以从系统中获得时间，并以用户选择的格式输出。

datetime库以格林威治时间为基，每天由3600*24秒精确定义。该库包括两个常量：datetime.MINYEAR和datetime.MXYEAR，分别表示datetime所能代表的最小，最大年份，值分别为1与9999。

datetime.datetime类表达形式最为丰富。引入datetime类的方式如下:

from datetime import datetime

datetime类的使用

datetime类的使用是首先创建一个datetime对象，然后通过对象的方法和属性显示时间。

创建datetime对象有三种方法：datetime.now(),dtetime.utcnow(),datetime.datetime()

1. datetime.now() ,返回一个datetime类型，表示当前日期和时间，精确到微秒

   from datetime import datetime
   today = datetime.now()
   today
   

2. datetime.utcnow()，返回一个datetime类型，表示当前日期和时间的UTC表示，精确到微秒

   today = datetime.utcnow()
   today
   

3. datetime(year,month,day,hour=0,minute=0,second=0,microsecond=0)构造一个日期和时间对象

   someday = datetime(2017,9,1,10,30,34,2)
   someday
   

datetime类对象的常见属性 9个

date类常用的时间格式化方法 3 个

strtime()方法是时间格式化最有效的方法，几乎可以以任何通用格式输出时间

strftime()方法的格式控制符

思考与练习

请利用datetime库将当前系统时间转换为字符串

from datetime import datetime
today = datetime.utcnow()
str=today.strftime("%Y-%m-%d  %H:%M:%S")
print(str)

请利用datetime库输出5种不同的日期格式

思考如何利用datatime库对一个程序的运行计时。

实例7： 七段数码管绘制

IPO描述

输入：当前日期的数字形式

处理：根据每个数字绘制七段数码管表示

输出：绘制当前日期的七段数码管表示

代码：

#七段数码管绘制
import turtle, datetime
#绘制数码管间隔
def drawGap():
    turtle.penup()
    turtle.fd(5)
#绘制单段数码管
def drawLine(draw):
    drawGap()
    turtle.pendown() if draw else turtle.penup()
    turtle.fd(40)
    drawGap()
    turtle.right(90)
#根据数字绘制七段数码管
def drawDigit(d):
    drawLine(True) if d in [2,3,4,5,6,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if d in [0,1,3,4,5,6,7,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if d in [0,2,3,5,6,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if d in [0,2,6,8] else drawLine(False)
    turtle.left(90)
    drawLine(True) if d in [0,4,5,6,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if d in [0,2,3,5,6,7,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if d in [0,1,2,3,4,7,8,9] else drawLine(False)
    turtle.left(180)
    turtle.penup()
    turtle.fd(20)
def drawDate(date):
    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))
def main():
    turtle.setup(800,350,200,200)
    turtle.penup()
    turtle.fd(-350)
    turtle.pensize(5)
    drawDate(datetime.datetime.now().strftime(‘%Y-%m=%d+‘))
    turtle.hideturtle()

main()

代码复用和模块化设计

当代编程语言从代码层面采用函数和对象两种抽象方式，分别对应面向过程和面向对象编程思想

函数是程序的一种基本抽象方式。函数封装的直接好处是代码复用，当更新函数功能时，所有被调用的功能都被更新。

对象是程序的一种高级抽象方式，他将程序代码组织为更高的类。对象它包含表征对象特征的·属性和代表对象操作的方法。

模块化设计 是使用函数和对象设计程序的思考方法，以功能块为基本单位，一般有两个基本要求。

1. 紧耦合：尽可能合理划分功能块，功能块内部耦合紧密
2. 松耦合：模块间关系尽可能简单，功能块之间耦合度低

耦合是指程序结构中各模块之间相互关联的程度。

函数的递归

函数中定义调用的函数自身的方式称为递归。

经典递归例子——阶乘

代码：

def fact(n):
    if n==0 :
        return 1
    else:
        return n * fact(n-1)
num = eval(input("请输入一个整数"))
print(fact(abs(int(num))))

字符串反转

def reverse(s):
    if s == "":
        return s
    else:
        return reverse(s[1:])+ s[0]
str = input ("请输入一个字符串： ")
print(reverse(str))str = input ("请输入一个字符串： ")
print(str[::-1])

str = input ("请输入一个字符串： ")
print(str[::-1])

当Python递归调用到1000层，解析器将终止程序。用户可以通过以下代码设定

import sys
sys.setrecursionlimit(2000)

实例8 科赫曲线绘制

科赫曲线在众多经典数学数学曲线中非常著名，由瑞典数学家科赫于1904年提出，其形状类似于雪花，也被称雪花曲线。

科赫曲线的基本概念和绘制方法如下。

正整数n代表科赫曲线的阶数，表示生成科赫曲线过程的操作次数。

科赫曲线初始化阶数为0，表示一个长度为L的直线。对于直线L，将其等分为3段，中间一段用边长为L/3的等边三角形的两个边代替，得到一阶科赫曲线，它包含4条线段。

进一步对每条线段重复同样的操作后得到2阶科赫曲线，继续重复同样的操作n次就可以得到n阶科赫曲线。

科赫曲线属于分形几何分支，它的绘制过程体现了递归思想，其代码如下：

# 科赫曲线绘制
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(800,400)
    turtle.speed(0)  #控制速度
    turtle.penup()
    turtle.goto(-300,-50)
    turtle.pendown()
    turtle.pendown()
    turtle.pensize(2)
    koch(600,3) #0阶科赫曲线长度，阶数
    turtle.hideturtle()
main()

图形

#漂亮图形
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.speed(10)
    turtle.penup()
    turtle.goto(-200,100)
    turtle.pendown()
    turtle.pensize(2)
    level=5
    koch(400,level)
    turtle.right(120)
    koch(400,level)
    turtle.right(200)
    koch(400,level)
    turtle.hideturtle()
main()

Python内置函数

程序练习题

5.1 用函数简化代码，输出一个更大的田字格。

def drawsq(n):
    line=3*n+1
    for i in range(1,line+1):
        if i%3 ==1:
            print(n*"+----",end="")
            print("+")
        else:
            print ("|    "*n,end="")
            print("|")
            
def main():
    n=eval(input("请输入您要的阶数： "))
    drawsq(n)
    
main()

5.2 实现isOdd()函数，参数为整数，如果整数为奇数，返回True,否则返回False

def isOdd(num):
    try:
        if type(num) == type(0.):
            raise TypeError
        if num%2 == 0:
            return False
        else:
            return True
    except TypeError:
        print(‘这不是一个有效的整数！ ‘)
        
print(isOdd(4))
print(isOdd(3))
print(isOdd(-1))
print(isOdd(‘str‘))
print(isOdd(3.))

5.3 实现isNum()函数，参数为一个字符串，如果这个字符串属于整数、浮点数或复数的表示，则返回True,否则返回False.

# python 中合法的数字有十进制整数，浮点数，十六进制整数，复数
# --------------------------3 也是合法数字
def isNum(num):
    np = ‘+-‘
    numbers = ‘.0123456789‘
    numbersE = ‘.0123456789+-jJEe‘
    x16 = ‘0123456789abcdefABCDEF‘
    
    if num[0] in np:
        try:
            return isNum(num[1:])
        except:
            return False
    elif num[0] in numbers:
        if num[:2] == ‘0x‘: # 16 进制分支
            for i in num[2:]:
                if i not in x16:
                    return False
            return True
        else:
            ele = 0
            point = 0
            last = ‘‘
            numaftere = 0
            q = 0
            for i in num:
                q = q+1
                if i not in numbersE:
                    return False
                else:
                    if point == 0 and i == ‘.‘:
                        point = 1
                        continue
                    if point == 1 and (numaftere == 1 or ele == 0)and i in ‘+-‘: # 一个数字结束，进入了第二个数字(一般是复数)
                        point = 0
                        continue
                    if ele == 0 and i in ‘Ee‘: # 出现了第一个 E， 一个浮点数中只能出现一个 E
                        ele = 1
                        continue
                    if ele == 1 and i in ‘0123456789‘:
                        numaftere = 1
                        continue
                    if ele == 1 and numaftere == 1 and i in ‘+-‘:
                        # 针对复数的特例
                        ele = 0
                        numaftere = 0
                        continue
                    if last ==‘.‘ and i in ‘+-‘:
                        return False
                    elif (point == 1 or last in ‘EeJj‘) and i ==‘.‘:
                        return False
                    elif i in ‘Jj‘ and last in ‘+-‘:
                        return False
                    elif ele == 1 and i in ‘Ee.‘:
                        return False
            last = i
        if last == ‘.‘ and i in ‘+-‘:
            return False
        elif (point == 1 or last in ‘EeJj‘) and i == ‘.‘:
            return False
        elif i in ‘Jj‘ and last in ‘+-.‘:
            return False
        elif ele == 1 and i in ‘Ee.‘:
            return False
        else:
            return True
    else:
        return False
    
# 测试集
print(isNum(‘Hello‘))
print(isNum(‘+++++++++++++++++++++++++++++++++++++‘))
print(isNum(‘+-+-+-+-+-+-3‘))
print(isNum(‘100‘))
print(isNum(‘10e10‘))
print(isNum(‘10e+10‘))
print(isNum(‘10e10.‘))
print(isNum(‘10e10e‘))
print(isNum(‘10e10+4E10‘))
print(isNum(‘10e‘))
print(isNum(‘10e+1j‘))
print(isNum(‘10e10+1.j‘))
print(isNum(‘1.0e+10-j‘))
print(isNum(‘1.0e+1j-3.e‘))
print(isNum(‘1.0e10+1j-3.e10‘))
print(isNum(‘1.3333‘))
print(isNum(‘.3333‘))
print(isNum(‘.333.3‘))
print(isNum(‘.3333e5‘))
print(isNum(‘12345678‘))
print(isNum(‘0abddf‘))
print(isNum(‘0xabddf‘))

5.4 实现multi()函数，参数个数不限，返回所有参数的乘积

def multi(*args):
    sum = 1;
    count = 1;
    for i in args:
        if type(i) is type(1) or type(i) is type(1.):
            sum *= i
        else:
            print(f‘第{count}项不是一个有效的整数！ ‘)
            return;
        count += 1
    return sum;

print(multi(2,3,1.0,5,4.99))
print(multi(2,1,‘str‘))
print(multi())

5.5 实现isPrime()函数，参数为整数，要有异常处理。如果整数是质数，返回True,否则返回False

import math
def isPrime(num):
    try:
        if type(num) == type(0.):
            raise TypeError
        r = int(math.floor(math.sqrt(num)))
    except TypeError:
        print(‘不是一个有效的整数‘)
        return None
    if num == 1:
        return False
    for i in range(2, r+1):
        if num % i == 0:
            return False
    return True

print(isPrime(2))
print(isPrime(44))
print(isPrime(‘str‘))
print(isPrime(1))
print(isPrime(3.3))
print(isPrime(0x18))

5.6 使用datetime库，对自己生日输出不少于10种日期格式

from datetime import datetime

birthday = datetime(1995,1,1,23,00)
print(birthday)
print(‘%s 年%s 月%s 日‘%(birthday.year,birthday.month,birthday.day))
print(‘{0:%Y}-{0:%m}-{0:%d} {0:%a}‘.format(birthday))
print(‘{0:%b}.{0:%d} {0:%Y}‘.format(birthday))
print(‘{0:%d}{1:} {0:%b} {0:%Y}‘.format(birthday,
[‘st‘,‘nd‘,‘rd‘,‘th‘][birthday.day%10-1 if birthday.day%10<=3 else 3]))

5.7 汉诺塔问题

Python123练习题

#6914 七段数码管的绘制

这是"实例"题，与课上讲解实例相同，请作答检验学习效果。

#6923 科赫雪花小包裹

这是"实例"题，与课上讲解实例相同，请作答检验学习效果。

#15213 任意累积

请根据编程模板补充代码，计算任意个输入数字的乘积。????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

注意，仅需要在标注...的地方补充一行或多行代码。

# 请在...补充一行或多行代码

def cmul(...):
 ...

print(eval("cmul({})".format(input())))

解答：

def cmul(a, *b):
 m = a
 for i in b:
     m *= i
 return m

print(eval(f‘cmul({input()})‘))

Python测试题

#15310 随机密码生成

#15310 随机密码生成

描述

补充编程模板中代码，完成如下功能：????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

以整数17为随机数种子，获取用户输入整数N为长度，产生3个长度为N位的密码，密码的每位是一个数字。每个密码单独一行输出。????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

产生密码采用random.randint()函数。????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

输入输出示例

	输入	输出
示例 1	3	634 524 926

#请在...补充代码
import random

def genpwd(length):
    a = 10**(length-1)
    b = 10**length - 1
    return f‘{random.randint(a,b)}‘

length = eval(input())
random.seed(17)
for i in range(3):
    print(genpwd(length))

解答

import random

def genpwd(length):
    a = 10**(length-1)
    b = 10**length - 1
    return "{}".format(random.randint(a, b))

length = eval(input())
random.seed(17)
for i in range(3):
    print(genpwd(length))

#15293 连续质数计算

连续质数计算

描述

补充编程模板中代码，完成如下功能：????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

获得用户输入数字N，计算并输出从N开始的5个质数，单行输出，质数间用逗号,分割。????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

注意：需要考虑用户输入的数字N可能是浮点数，应对输入取整数；最后一个输出后不用逗号。????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

输入输出示例

	输入	输出
示例 1	12	13,17,19,23,29

# 请在...补充一行或多行代码

def prime(m):
    for i in range(2,m):
        if m % i == 0:
            return False
    return True

n = eval(input())

n_ = int(n)
n_ = n_+1 if n_ < n else n_
count = 5

while count > 0:
    if prime(n_):
        if count > 1:
            print(n_, end=",")
        else:
            print(n_, end="")
        count -= 1 
    n_ += 1

解答

def prime(m):
    for i in range(2,m):
        if m % i == 0:
            return False
    return True

n = eval(input())
n_ = int(n)
n_ = n_+1 if n_ < n else n_
count = 5

while count > 0:
    if prime(n_):
        if count > 1:
            print(n_, end=",")
        else:
            print(n_, end="")
        count -= 1 
    n_ += 1

这个代码注意：

(1) 需要对输入小数情况进行判断，获取超过该输入的最小整数（这里没用floor()函数）；

(2) 对输出格式进行判断，最后一个输出后不增加逗号（这里没用.join()方法）。

# Python语言程序设计基础

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