Learn python with socratica [My notes] - part 10- Functions

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Lesson 12

编程是会遇到逻辑重复的情况，通俗的讲，就是一个代码块可能会有多处要用到。这个时候，就需要函数了。

  • 用def作为函数体的开头
  • 其后是函数名（参数）：
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dir() # inner functions in python
['In',
 'Out',
 '_',
 '_2',
 '__',
 '___',
 '__builtin__',
 '__builtins__',
 '__doc__',
 '__loader__',
 '__name__',
 '__package__',
 '__spec__',
 '_dh',
 '_i',
 '_i1',
 '_i2',
 '_i3',
 '_ih',
 '_ii',
 '_iii',
 '_oh',
 '_sh',
 'exit',
 'f',
 'get_ipython',
 'quit']

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# a simple example
def f():
    pass # 函数内容需要缩紧，4个空格。pass表示直接略过。

f() # function 'f' did nothing
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# by the way, 'f' is really a function
f # you can get its memory location, but in ipython it just return like this
<function __main__.f>

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# type in dir(), you will find that function 'f' has been in dir()
dir()
['In',
 'Out',
 '_',
 '_2',
 '_3',
 '__',
 '___',
 '__builtin__',
 '__builtins__',
 '__doc__',
 '__loader__',
 '__name__',
 '__package__',
 '__spec__',
 '_dh',
 '_i',
 '_i1',
 '_i2',
 '_i3',
 '_i4',
 '_ih',
 '_ii',
 '_iii',
 '_oh',
 '_sh',
 'exit',
 'f',
 'get_ipython',
 'quit']

可以发现，刚刚定义的函数f已经被放入来dir()中。下面，我们来构造一个有具体意义的函数：

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def ping():
    return 'Ping!' # a simple funtion which return the string: "Ping!"

ping() # use function's name to use it
'Ping!'

下面介绍一个有意思的现象：

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x = ping()
print(x)
Ping!

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dir()
['In',
 'Out',
 '_',
 '_2',
 '_3',
 '_4',
 '_6',
 '__',
 '___',
 '__builtin__',
 '__builtins__',
 '__doc__',
 '__loader__',
 '__name__',
 '__package__',
 '__spec__',
 '_dh',
 '_i',
 '_i1',
 '_i2',
 '_i3',
 '_i4',
 '_i5',
 '_i6',
 '_i7',
 '_i8',
 '_ih',
 '_ii',
 '_iii',
 '_oh',
 '_sh',
 'exit',
 'f',
 'get_ipython',
 'ping',
 'quit',
 'x']

将函数ping()指向x，你会发现，ping和x都被加入到dir()中去了。因此，函数可以通过等号来做映射。用print()等方法将函数的返回值直接打印出来，或者直接使用。这也从另一个方面说明了函数需要有输入输出运算关系的重要性，下面举例说明。

函数：计算球体体积 $V = \frac {4}{3} {\pi} r^3$

其中，$\pi$ 是python中math内建库里有的，$r$是我们需要自己定义的变量。
输入是半径，输出是球的体积，运算关系就是这个公式。

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import math
dir(math) # you will see pi in it.
['__doc__',
 '__loader__',
 '__name__',
 '__package__',
 '__spec__',
 'acos',
 'acosh',
 'asin',
 'asinh',
 'atan',
 'atan2',
 'atanh',
 'ceil',
 'copysign',
 'cos',
 'cosh',
 'degrees',
 'e',
 'erf',
 'erfc',
 'exp',
 'expm1',
 'fabs',
 'factorial',
 'floor',
 'fmod',
 'frexp',
 'fsum',
 'gamma',
 'gcd',
 'hypot',
 'inf',
 'isclose',
 'isfinite',
 'isinf',
 'isnan',
 'ldexp',
 'lgamma',
 'log',
 'log10',
 'log1p',
 'log2',
 'modf',
 'nan',
 'pi',
 'pow',
 'radians',
 'sin',
 'sinh',
 'sqrt',
 'tan',
 'tanh',
 'tau',
 'trunc']

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math.pi
3.141592653589793

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def volume(r):
    '''Return the volume of a sphere with radius r'''
    v = (4.0/3.0) * math.pi * r ** 3 # note that the priority
    return v

volume(2)
33.510321638291124

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volume()
---------------------------------------------------------------------------

TypeError                                 Traceback (most recent call last)

<ipython-input-12-2e3c3020f7da> in <module>()
----> 1 volume()
TypeError: volume() missing 1 required positional argument: 'r'

此时，你就会发现，该函数如果不给输入变量$r$，就会报错。

下面举个升级版的例子：计算三角形的面积（输入：长、高；输出：三角形的面积；运算关系：$A=\frac {1}{2} b \cdot h$）

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def triangle_area(b, h):
    '''Return the area of a triangle with base b and height h.'''
    return 0.5 * b * h

triangle_area(3, 6)
9.0

在python有一类函数中的变量被称为keyword arguments。
比如：1 inch = 2.54 cm, 1 foot = 12 inches。

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def cm(feet = 0, inches = 0): # default arguments
    '''Convert a length from feet and inches to centimeters'''
    inches_to_cm = 2.54 * inches
    feet_to_cm = 12 * 2.54 * feet
    return inches_to_cm + feet_to_cm

# 下面是对该函数的具体用法
cm(feet = 5)
152.4

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cm(inches = 70)
177.8

1
cm(feet = 5, inches = 70)
330.20000000000005

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cm(inches = 70, feet = 5)
330.20000000000005

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cm(5, 70)
330.20000000000005

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cm(70,5)
2146.2999999999997

这里就会发现，在使用该函数的时候，因为设定了变量的默认值，因此可以只给部分变量赋值。
其次，赋值的顺序并没有很大关系。最后是，如果不指定变量名，直接赋值，那么是按照函数声明时的变量顺序。

函数中的变量类型分两种：Keyword，Required。下面举个例子，直观的看它们的不同：

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def g(x=0,y):
    return x+y
  File "<ipython-input-28-76756415651c>", line 1
    def g(x=0,y):
         ^
SyntaxError: non-default argument follows default argument

我们会得到“non-default argument follows default argument”这个错误，keyword argument也叫default argument，变量y也叫required argument。

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def g(y,x=0):
    return x+y

g(5)
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如果将required argument放在前面，那么就不会报错，函数就能用了。

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g(5,x=7)
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Youtube source:
https://www.youtube.com/watch?v=bY6m6_IIN94&list=PLi01XoE8jYohWFPpC17Z-wWhPOSuh8Er-