python学习笔记之五：抽象

本文会介绍如何将语句组织成函数，还会详细介绍参数和作用域的概念，以及递归的概念及其在程序中的用途。

一. 创建函数

函数是可以调用，它执行某种行为并且返回一个值。用def语句即可定义一个函数：（并非所有的函数都会返回一些东西）

def fibs(num):
    result = [0,1]
    for i in range(num-2):
        result.append(result[-2]+result[-1])
    return result

记录函数

如果想给函数写文档以便让人理解的话，可以加入注释（以#开头）。另一个方式就是直接写上字符串，它会作为函数的一部分进行存储，这成为文档字符串。

def square(x):
    '计算x的平方'
    return x*x

#文档字符串可以按如下方式访问：
>>> square._doc_
'计算x的平方'

二. 参数魔法

函数使用起来很简单，创建起来也不复杂，但是函数参数的用法有时就不可思议了。

2.1 我能改变参数吗

在函数内为参数赋予新值，不会改变外部任何变量的值：

>>> def to_change(n):
    n = 's'

>>> name = 'b'
>>> to_change(name)
>>> name
'b'

字符串（以及数字和元组）是不可变的，即无法被修改。但是如果将可变的数据结构如列表用作参数时，参数就会被改变了。

>>> def change(n):
    n[0] = 'ss'

>>> names = ['aa','zz']
>>> change(names)
>>> names
['ss', 'zz']

2.2 关键字参数和默认值

目前为止，我们所使用的参数都叫做位置参数。有时候参数顺序是很难记住的，为了让事情简单些，可以提供参数的名字：

>>> def hello(greeting,name):
        print '%s,%name!'

>>> hello(greeting = 'hello',name = 'world')
hello,world!

这样一来，参数顺序就完全没影响了，但是参数名和值一定要对应。

这样使用参数名提供的参数叫做关键字参数，主要作用在于可以明确每个参数的作用。

关键字参数最厉害的地方在于可以在函数中给参数提供默认值：

>>> def hello(greeting = 'hello',name = 'world'):
        print '%s,%name!'

当参数具有默认值时，调用的时候就不用提供参数了，可以不提供，提供一些或提供所有的参数。

>>> hello()
'hello,world!'
>>> hello('greeting')
'greeting,world!'
>>> hello(name = 'universe')
'hello,universe!'

2.3 收集参数

如果函数中能存储多个名字就好了，用户可以给函数提供任意多的参数，我们需要这样做：定义函数时提供一个参数，在前面加个星号。

>>> def print_para(*paras):
    print paras

>>> print_para('ss')
('ss',)
>>> print_para(1,2,3)
(1, 2, 3)

参数前的星号将所有值放置在同一个元组中，可以说是将这些“其余位置的参数”收集起来再使用。如果不提供任何收集元素，参数得到的是一个空元组()。

但是如果需要处理关键字参数的“收集”操作，我们需要2个星号“**”：

>>> def print_params(x,y,z=3,*pospar,**keypar):
    print x,y,z
    print pospar
    print keypar

>>> print_params(1,2,3,5,6,7,foo=1,bar=2)
1 2 3
(5, 6, 7)
{'foo': 1, 'bar': 2}
>>> print_params(1,2)
1 2 3
()
{}

请仔细体味上面的例子，前三个参数是固定的，第四个参数pospar是位置参数，可以收集多个参数，第五个参数是关键字参数，可以收集多个关键字参数。当没有输入时，默认为空元组或者空字典。

 2.4 反转过程

刚刚已经讨论过如何将参数收集为元组和字典了，如果使用*和**的话，还可以执行相反的操作。（1）在调用的时候使用

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

>>> params =(1,2)
>>> add(*params)
3

（2）在定义的时候使用

>>> def with_stars(**kds):
    print kds['name'],'is',kds['age'],'years old'

>>> args = {'name':'Mr.Gumby','age':42}
>>> with_stars(**args)
Mr.Gumby is 42 years old

 三. 作用域

在执行x=1赋值语句后，名称x引用到值1。这就像用字典一样，键引用值，当然，变量和所对应的值用的是个‘不可见’的字典。内建vars函数可以返回这个字典：

>>> x=1
>>> scope = vars()
>>> scope['x']
1
>>> scope['x'] += 1
>>> x
2

这个不可见的字典叫做命名空间或者作用域。除了全局作用域外，每个函数调用都会创建一个新的作用域。

一般学过编程的基本都知道什么是作用域了，这里就不细讲了。

四. 递归

递归的定义包括它们自身定义内容的引用。

一个有用的递归函数包含以下几部分：

（1）当函数直接返回值时有基本实例（最小可能性问题）

（2）递归实例，包括一个或者多个问题最小部分的递归调用。

这里的关键是将问题分解为小部分，递归不能永远继续下去，因为它总是以最小可能性问题结束，而这些问题又存储在基本实例中。

下面我们来看3个经典的递归例子：

A.阶乘

>>> def factorial(n):
    if n == 1:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n-1)

B.幂

>>> def power(x,n):
    if n == 0:
        return 1
    else:
        return x * power(x,n-1)

C.二元查找（假设number必然在序列sequence中）

>>> def search(sequence,number,lower,upper):
    if lower == upper:
        assert num == sequence[upper]
        return upper
    else:
        middle = (lower+upper) // 2
        if number > sequence[middle]:
            return search(sequence,number,middle+1,upper)
        else:
            return search(sequence,number,lower,middle)