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翕酉桂
5 years ago
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1 函数和环境通用和专用的方法, 实例局部函数定义变量和作用域 ( 全局和局部 ) 嵌套的作用域名字和变量 ( 函数 ) 的约束关系 global 和 nonlocal 声明, 变量查找函数执行中的环境变化计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-1-

2 通用和专用的方法解决计算问题, 存在一些通用的方法, 针对具体问题也可能开发出一些具体的专用方法前面讨论过几个计算中常用的通用方法确定一组候选, 然后从中找出所需的解 ( 一个解 ) 关键 : 保证解位于候选集中, 选择不能漏掉解生成和筛选 : 生成一批候选, 从中筛选出所需的对象通常筛选出的是一组对象关键 : 生成机制, 合用的筛选函数 ( 谓词 ) 下面讨论中还会介绍一些方法下面通过一个具体实例说明情况计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-2-

3 例 : 求立方根希望找到一个接近其立方根的数, 例如, 要求得到的根的立方与原数的差不超过一种简单的通用方法是用一系列数值做试验, 选出最接近的值如果试验的数值足够密集, 就可能得到足够好的解首先考虑按照步长做试验函数代码和一些细节 : 将负数求根归结到正数统一处理 math 包里的 fabs(x) 求绝对值试验发现 : 用一定步长检查, 未必能保证对所有可能数值找到的根都满足要求 ( 对大些的数都找不到 ) 反思计算方法 : 步长 ( 精度 ) 与计算时间, 步长与结果计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-3-

4 例 : 求立方根用固定步长检查, 很费时, 而且不能很好满足需要现在考虑一种逼近方法 ( 另一种通用方法 ): 取一个包含解 ( 立方根 ) 的区间逐步缩小区间范围, 而且保证解包含在其中区间足够小时, 以其中点作为解的近似值问题 : 如何缩小? 任何能保证不丢掉解的方法都可以考虑一种方法 : 二分区间后转到合适的半区间一尺之棰, 日取其半, 万世不绝, 但区间可以变得任意短, 得到任意精度的解程序代码考虑初始区间设置的问题, 取 [0, y] 合适吗? 计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-4-

5 例 : 求立方根通用方法具有广泛的适用性, 但解决问题的效率相对较低研究给出的立方根逼近公式用公式求立方根, 达到精度 ( 相对误差 ) 定义函数从 x 开始迭代收敛性由理论保证需要前后两个迭代值, 以便判断计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-5-

6 专用和通用方法 : 比较适用性 : 通用方法可能用于解决许多不同的问题专用方法只能用于特定的问题效率 : 一般而言, 专用方法的效率较高可以分析和试验如果要解决一个具体问题, 但一时找不到专用的特殊的算法, 也可以考虑通用的方法计算机长于反复操作, 可以在很短时间里做很多尝试试探法是最基本的计算方法下面考虑函数的结果组织计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-6-

7 例 : 求立方根 ( 函数抽象 ) 以求立方根的函数为例把计算下一逼近值和判断结束条件的操作抽象出来定义 improve 和 accept 函数换一种逼近方法或判断标准, 只需要修改函数定义 ( 示例 ) 问题 : 从使用者的角度, 他们实际上只关注 cbrt cbrt 里使用的 () 为它定义的 )improve 和 accept 函数很特殊, 其他人一般不会用到它们但这两个辅助函数也出现在全局环境里, 很不好 : o 定义其他函数和变量时必须顾及它们的名字, 可能误改在一个局部使用的东西 ( 函数 / 变量 ), 应尽可能在局部定义计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-7-

8 例 : 求立方根 ( 嵌套函数 ) Python 允许把函数定义其他函数的内部这种函数只在其定义所在的函数内部可用用于建立局部概念, 保护局部信息提高程序可读性, 更容易修改维护避免过多的全局变量相互干扰避免由于重名无意中造成的错误这种错误很难检查编程原则 : 信息应该尽可能的局部化应利用 Python 的程序结构, 尽可能做好信息局部化, 包括辅助函数的局部化定义整理修改后的 cbrt 函数代码计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-8-

9 Python 程序结构一个完整的 Python 程序就是一个模块模块里可以定义一些模块层的变量和函数还可以有其他定义, 后面介绍这些都模块层面的定义称为全局定义在函数里可以有局部定义函数的参数是局部的, 只能在本函数的内部用函数体里定义的函数也是局部的, 其名字与函数的约束只在本函数体里面有效函数还可以有局部变量 Python 还存在另外的具有局部定义成分的结构, 后面讨论引进复杂的结构有实际需要, 但也带来一些需要弄清楚的问题计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-9-

10 变量和作用域程序里可能出现许多名字 ( 标识符 ), 表示程序变量需要弄清哪个名字说的是哪个变量特别是弄清在一个程序里, 哪些名字出现代表同一个变量, 哪些虽然名字相同, 但表示的是不同的变量朴素方法 : 保证整个程序里的每个名字只有一个意义一般而言这件事很难做到例如, 使用他人开发的模块, 其中可能用到一些名字, 而使用者并不清楚从一个函数的角度看, 变量的一些不同情况本函数的局部变量 ( 包括本函数的参数 ) 全局变量 ( 在当前模块里定义, 但定义在所有函数之外 ) 本函数的外围函数定义的变量 ( 如果本函数嵌套在其中 ) 计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-10-

11 变量, 作用域, 名字空间作用域 : 决定名字和变量之间约束关系的程序结构在 Python 里, 一个作用域确定了一个名字空间 (namespace) 全局作用域 : o 一个模块是一个全局作用域, 在这个作用域里定义的是全局变量和函数, 这些定义在整个模块的范围内有效 o 执行时建立全局名字空间, 全局名字及其约束值都在其中函数作用域 o 一个函数体是一个作用域, 在这里可以定义局部函数和变量, 局部函数 / 变量和函数参数在本函数的体内部有效 o 执行时建立一个局部名字空间, 局部名字在其中有约束函数定义可以出现在全局作用域里, 也可以出现在其定义所在的函数形成的外围作用域里, 形成作用域嵌套计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-11-

12 变量和名字空间基本原则 : 在不同作用域里定义的名字, 即使同名也相互无关例如 : 两个不同函数可以有同名的参数, 相互无关当作用域出现嵌套时, 内层作用域里定义的名字约束将遮蔽外围作用域里同名的定义例如 : 函数 fun 里有参数取名 print( 或给 print 赋值 ), 在 fun 里系统内置函数 print 就不能用了, 在函数外可用在一个名字空间里, 一个标识符只有最多一个定义例如, 不能同时有一个全局变量 x 和一个全局函数 x 给全局名字 print 赋值, 将导致其原有约束丢失需要弄清程序里出现的每个名字 ( 的每个使用 ), 实际表示 ( 指称 ) 的是在哪个作用域里定义的变量计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-12-

13 变量和作用域用 def 定义的函数 ( 显式定义, 情况很清楚 ) def 以明确的方式, 在其所在的作用域 ( 对应名字空间 ) 里定义 ( 建立 ) 给定的函数名, 并使其约束于相应的函数对象函数的形式参数 ( 在函数头部显式描述, 情况很清楚 ) 在函数体的局部名字空间里定义具有这些参数名的局部变量形参也是本函数的局部变量, 其初值来自实参, 可重新赋值有关变量的规定 (Python 里的变量无须说明, 隐式定义 ) Python 的默认规定 : 赋值即定义在一个作用域 ( 全局或局部 ) 里给一个变量赋值, 就在相应名字空间里定义了这个变量 ( 如果没有其他说明 ) for 的循环变量看作赋值 ( 按默认规定 ),for 语句执行结束后该变量仍存在, 其值为循环中的最后取值计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-13-

14 变量和作用域 : 例一个例子 : x = 1 def f () : y = x # 将报变量没定义错误 x = 2 return x + y 原因 : 在一个作用域里, 一个名字至多有一个定义 ( 基本原则 ) 在 f 的函数体里,x 只有一个定义赋值即定义, 在这个作用域里 x 被赋值, 因此 x 是局部变量在语句 y = x 执行时, 局部变量 x 还没有定义, 因此取它的值是非法的计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-14-

15 修改全局或非局部变量按照默认规定, 在函数里无法修改非局部的变量给变量赋值就引进了一个局部变量, 操作效果局限在函数内如确实需要修改非局部变量, 必须在函数里使用声明语句全局变量声明语句 global 变量, 语义 : 声明本函数体里出现的 ( 这些 ) 变量是全局变量, 到全局作用域里去找其定义 ( 如无定义, 给其赋值将建立全局定义 ) 非局部变量声明语句 nonlocal 变量, 语义 : 声明在本函数体出现的 ( 这些 ) 变量不是局部变量, 到本函数外围的非全局作用域里查找定义 ( 无定义是错误 ) 如果外围有多层非局部作用域, 从内向外逐层检查找最近的定义计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-15-

16 变量查找设在函数 f 的体里出现了 x, 要确定其定义, 顺序做 : 如果 f 有参数 x 或局部函数定义 x, 则 x 的定义已确定如果 x 声明为 global, 到全局名字空间去找 x 的定义如果 x 声明为 nonlocal, 到 f 定义所在的作用域 (f 的外围作用域 ) 找 x 的定义 ( 可能在更外围, 非全局作用域 ) 如果 x 在 f 的体里被赋值,x 就是 f 的局部变量否则 (x 没声明也没赋值 ),x 非局部, 到 f 定义所在的作用域找 x 的定义, 如没有就到更外围的作用域去找, 这种查找一直进行到全局作用域如果查找到全局作用域仍不能找到所查名字的定义, 就是变量未定义 ( 错误 ) 注意,global 清晰指明了有关变量的定义所在的名字空间, 而 nonlocal 只说明了从外围定义域出发去找定义因此后者要求必须已有定义, 前者的规定更宽松, 没定义可以建立计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-16-

17 变量和作用域看一个例子 ( 见代码文件 ) Python 允许任意嵌套的函数作用域, 允许在复杂的作用域结构中任意使用同样的标识符 ( 作为变量名或函数名 ) 合法的结构都有意义, 有明确的语义解释, 能执行但实践中 o 应该有节制的使用复杂结构 o 避免不必要名字重复定义和相互遮蔽关系过度复杂的嵌套不是好的编程实践 o 影响程序的可读性 o 过分复杂, 有可能隐藏着不易发现的错误注意 : 外围作用域关系是静态的, 基于它建立名字空间的关系计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-17-

18 函数调用与环境现在讨论程序执行中由于函数调用和返回导致的运行环境变化函数定义中的代码出现在函数的局部作用域里, 在代码里需要 ( 也可以 ) 使用用函数的参数和局部变量也可能需要使用全局的和其他非局部的变量或函数函数调用时程序执行进入函数体, 函数结束时执行返回到调用函数的位置 ( 之后 ) 显然在一个函数被调用的执行期间和函数调用之前之后, 两种情况下能看到的环境应该是不一样的在调用期间能看到函数的参数和局部变量等, 而在函数调用之前和之后, 都不应该看到它们函数调用结束后, 应该回到函数调用前同样的环境计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-18-

19 函数调用与环境函数调用时的操作 : 根据函数名 ( 按名字空间的查找规则 ) 找到应该执行的函数 ( 对象 ) 注意, 调用函数只是使用, 按前面规则, 这个查找可能经过一系列名字空间, 直至全局名字空间从左到右依次求值实参表达式, 得到一组实参 ( 对象 ) 为函数建立一个局部名字空间后开始执行函数体代码代码执行完毕或者遇到 return, 函数返回进入函数 : 建立局部名字空间的初始状态后执行函数体各形式参数约束到对应的实参 ( 默认为按位置一一约束 ) 局部变量 ( 根据作用域规定 ) 加入局部环境, 其值无定义开始执行函数体代码计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-19-

20 函数调用与环境全局环境名字空间 g1 g2 def f (a b c) : global g1, g2 nonlocal n1, n2 x =...a...u...v... y =...b...g1... g1 =... n1 = u, v 必须在外围或全局名字空间有定义非局部外围名字空间局部名字空间计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-20- n1 x n2 y

21 函数调用与环境函数执行结束 ( 代码结束或遇到 return) 计算出需要返回的值 ( 如果有 ) 撤销局部名字空间回到函数调用前的环境 ( 原名字空间及其相关名字空间 ) 函数值返回 ( 可能赋值 ) 从调用点之后继续函数结束后, 其执行中建立局部约束全部失效 ( 丢掉 ) 相关局部环境已撤销, 其中的所有约束都不再存在再次调用同一个函数时, 将建立一个新的局部名字空间, 与前次这种函数执行时建立的局部名字空间无关计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-21-

22 全局定义和局部定义 Python 程序以模块为单位, 一个.py 文件是一个模块模块层的定义是模块里的全局定义用 def 定义的函数在函数之外的赋值定义的变量在全局作用域的其他定义 ( 后面会看到 ) 函数 ( 等 ) 内部的定义是局部定义在一个模块运行时首先建立其全局定义的名字, 执行中建立它们的约束一个函数被调用时, 才建立其局部定义的名字空间可用 import 把另一模块导入当前环境 ( 通过模块名和. 使用 ) 或把另一模块里的全局定义 ( 全部或部分 ) 导入当前环境计算概论 (Python 程序设计 ) 裘宗燕,2015/4/2//-22-

Microsoft PowerPoint - 3. 函数Functionl.ppt [兼容模式]

Microsoft PowerPoint - 3. 函数Functionl.ppt [兼容模式] 函数 Function 如何重用代码 How to reuse code 3 4 = 3*3*3*3 3 4,6 5 : 拷贝 - 粘帖代码 (Copy-paste code) 3 4,6 5,12 10 : 拷贝 - 粘帖代码 (Copy-paste code) Bad! 使用函数 (with a function) 使用函数 (with a function) 使用函数 (with a function)