python-labs/TEMA7/report.md

Протокол по Теме 7

Бутко Захар Владимирович, А-03-23

1. Начало работы

Запуск IDLE, установление рабочего каталога

2. Создание пользовательской функции.

2.1. Первый пример: функция – без аргументов.

def uspeh():
	"""Подтверждение успеха операции"""
	print('Выполнено успешно!')

uspeh()
Выполнено успешно!
type(uspeh)
<class 'function'>
dir(uspeh)
['__annotate__', '__annotations__', '__builtins__', '__call__', '__class__', '__closure__', '__code__', '__defaults__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__get__', '__getattribute__', '__getstate__', '__globals__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__kwdefaults__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__name__', '__ne__', '__new__', '__qualname__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__type_params__']
help(uspeh)
Help on function uspeh in module __main__:

uspeh()
    Подтверждение успеха операции

2.2. Пример функции с аргументами.

def sravnenie(a,b):
	"""Сравнение a и b"""
	if a>b:
		print(a,' больше ',b)
	elif a<b:
		print(a, ' меньше ',b)
	else:
		print(a, ' равно ',b)

n,m=16,5;sravnenie(n,m)
16  больше  5

2.3. Пример функции, содержащей return.

def logistfun(b,a):
	"""Вычисление логистической функции"""
	import math
	return a/(1+math.exp(-b))

v,w=1,0.7;z=logistfun(w,v)
z
0.6681877721681662

2.4. Сложение для разных типов аргументов

def slozh(a1,a2,a3,a4):
	""" Сложение значений четырех аргументов"""
	return a1+a2+a3+a4

slozh(1,2,3,4)   # Сложение чисел
10
slozh('1','2','3','4')  # Сложение строк
'1234'
b1=[1,2];b2=[-1,-2];b3=[0,2];b4=[-1,-1]
q=slozh(b1,b2,b3,b4)  #Сложение списков
q
[1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, -1]

2.5. Функция, реализующая модель некоторого устройства, на вход которого в текущий момент поступает сигнал х, на выходе получается сигнал y:

def inerz(x,T,ypred):
	""" Модель устройства с памятью:
x- текущее значение вх.сигнала,
	T -постоянная времени,
	ypred - предыдущее значение выхода устройства"""
	y=(x+T*ypred)/(T+1)
	return y
sps=[0]+[1]*100
spsy=[] #Заготовили список для значений выхода
TT=20 #Постоянная времени
yy=0  #Нулевое начальное условие
for xx in sps:
	yy=inerz(xx,TT,yy)
	spsy.append(yy)

spsy
[0.0, 0.047619047619047616, 0.09297052154195011, 0.13616240146852393, 0.177297525208118, 0.21647383353154095, 0.25378460336337233, 0.2893186698698784, 0.3231606379713128, 0.35539108378220263, 0.38608674645924057, 0.4153207109135625, 0.4431625818224405, 0.46967864935470527, 0.4949320470044812, 0.5189829019090297, 0.5418884780085997, 0.5637033123891426, 0.5844793451325168, 0.6042660429833493, 0.6231105171269993, 0.6410576353590469, 0.6581501289133781, 0.6744286942032173, 0.6899320897173498, 0.7046972283022379, 0.7187592650497504, 0.7321516809997624, 0.7449063628569166, 0.7570536789113491, 0.768622551344142, 0.7796405250896592, 0.7901338334187231, 0.800127460398784, 0.8096452003797943, 0.8187097146474231, 0.8273425853784983, 0.8355643670271411, 0.8433946352639439, 0.8508520335847084, 0.8579543176997223, 0.8647183978092594, 0.8711603788659613, 0.8772955989199631, 0.88313866563806, 0.8887034910838667, 0.8940033248417778, 0.899050785563598, 0.9038578910129503, 0.9084360866790003, 0.9127962730276193, 0.9169488314548756, 0.9209036490046435, 0.9246701419091843, 0.9282572780087468, 0.9316735981035684, 0.9349272362891128, 0.9380259393229645, 0.94097708506949, 0.9437877000661808, 0.9464644762535056, 0.9490137869081006, 0.9514417018172386, 0.9537540017307035, 0.9559561921244795, 0.958053516309028, 0.96005096791336, 0.9619533027746285, 0.963765050261551, 0.9654905240586201, 0.9671338324367811, 0.9686988880350297, 0.9701894171762188, 0.971608968739256, 0.9729609226088152, 0.9742484977226811, 0.9754747597358867, 0.976642628319892, 0.9777548841141828, 0.9788141753468407, 0.9798230241398483, 0.9807838325141413, 0.981698888108706, 0.982570369627339, 0.9834003520260372, 0.9841908114533686, 0.9849436299555892, 0.9856605999577039, 0.9863434285311466, 0.9869937414582349, 0.9876130871030808, 0.9882029400981722, 0.988764704855402, 0.9892997189099068, 0.9898092561046732, 0.9902945296234982, 0.9907566948795221, 0.9911968522662116, 0.9916160497773444, 0.9920152855022327, 0.9923955100021263]
import matplotlib.pyplot as plt
plt.figure(figsize=(10, 5))
<Figure size 1000x500 with 0 Axes>
plt.plot(spsy, 'b-', linewidth=2)
[<matplotlib.lines.Line2D object at 0x000001C53CE7FB60>]
plt.title('Выходной сигнал инерционной системы')
Text(0.5, 1.0, 'Выходной сигнал инерционной системы')
plt.xlabel('Время')
Text(0.5, 0, 'Время')
plt.ylabel('Амплитуда')
Text(0, 0.5, 'Амплитуда')
plt.grid()
plt.show()

Результат:

3. Функции как объекты.

3.1. Получение списка атрибутов объекта-функции.

dir(inerz)
['__annotate__', '__annotations__', '__builtins__', '__call__', '__class__', '__closure__', '__code__', '__defaults__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__get__', '__getattribute__', '__getstate__', '__globals__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__kwdefaults__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__name__', '__ne__', '__new__', '__qualname__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__type_params__']
inerz.__doc__
'Модель устройства с памятью:\nx- текущее значение вх.сигнала,\n        T -постоянная времени,\n        ypred - предыдущее значение выхода устройства'
help(inerz)
Help on function inerz in module __main__:

inerz(x, T, ypred)
    Модель устройства с памятью:
    x- текущее значение вх.сигнала,
            T -постоянная времени,
            ypred - предыдущее значение выхода устройства

3.2. Сохранение ссылки на объект-функцию в другой переменной.

fnkt=sravnenie
v=16
fnkt(v,23)
16  меньше  23

3.3. Возможность альтернативного определения функции в программе.

typ_fun=8
if typ_fun==1:
	def func():
		print('Функция 1')
else:
	def func():
		print('Функция 2')

func()
Функция 2

4. Аргументы функции.

4.1. Изучите возможность использования функции в качестве аргумента другой функции

def fun_arg(fff,a,b,c):
	"""fff-имя функции, используемой 
	в качестве аргумента функции fun_arg"""
	return a+fff(c,b)


zz=fun_arg(logistfun,-3,1,0.7)
zz
-2.3318122278318336

4.2. Обязательные и необязательные аргументы.

def logistfun(a,b=1):   #Аргумент b – необязательный; значение по умолчанию=1
	"""Вычисление логистической функции"""
	import math
	return b/(1+math.exp(-a))

logistfun(0.7)     #Вычисление со значением b по умолчанию
0.6681877721681662
logistfun(0.7,2)  #Вычисление с заданным значением b
1.3363755443363323

4.3. Изучите возможность обращения к функции с произвольным (непозиционным) расположением аргументов. При этом надо в обращении к функции указывать имена аргументов:

logistfun(b=0.5,a=0.8)  # Ссылки на аргументы поменялись местами
0.34498724056380625

4.4. Пример со значениями аргументов функции, содержащимися в списке или кортеже.

b1234=[b1,b2,b3,b4]  # Список списков из п.2.4
b1234
[[1, 2], [-1, -2], [0, 2], [-1, -1]]
qq=slozh(*b1234)  #Перед ссылкой на список или кортеж надо ставить звездочку
qq
[1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, -1]

4.5. Пример со значениями аргументов функции, содержащимися в словаре

dic4={"a1":1,"a2":2,"a3":3,"a4":4}
qqq=slozh(**dic4)  #Перед ссылкой на словарь надо ставить две звездочки
qqq
10

4.6. Смешанные ссылки

e1=(-1,6);dd2={'a3':3,'a4':9}
qqqq=slozh(*e1,**dd2)
qqqq
17

4.7. Переменное число аргументов у функции.

def func4(*kort7):
	"""Произвольное число аргументов в составе кортежа"""
	smm=0
	for elt in kort7:
		smm+=elt
	return smm

func4(-1,2)  #Обращение к функции с 2 аргументами
1
func4(-1,2,0,3,6)  #Обращение к функции с 5 аргументами
10

4.8. Комбинация аргументов

def func4(a,b=7,*kort7): #Аргументы: a-позиционный, b- по умолчанию + кортеж
	"""Кортеж - сборка аргументов - должен быть последним!"""
	smm=0
	for elt in kort7:
		smm+=elt
	return a*smm+b


func4(-1,2,0,3,6)
-7

4.9. Изменение значений объектов, используемых в качестве аргументов функции.

a=90    # Числовой объект – не изменяемый тип
def func3(b):
	b=5*b+67

func3(a)
a
90
sps1=[1,2,3,4]  #Список – изменяемый тип объекта
def func2(sps):
	sps[1]=99

func2(sps1)
print(sps1)
[1, 99, 3, 4]
kort=(1,2,3,4)   #Кортеж – неизменяемый тип объекта
func2(kort)
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#75>", line 1, in <module>
    func2(kort)
  File "<pyshell#71>", line 2, in func2
    sps[1]=99
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

5. Специальные типы пользовательских функций

5.1. Анонимные функции.

import math
anfun1=lambda: 1.5+math.log10(17.23)  #Анонимная функция без аргументов
anfun1()   # Обращение к объекту-функции
2.7362852774480286
anfun2=lambda a,b : a+math.log10(b)  #Анонимная функция с 2 аргументами
anfun2(17,234)
19.369215857410143
anfun3=lambda a,b=234: a+math.log10(b) #Функция с необязательным вторым аргументом
anfun3(100)
102.36921585741014

5.2. Функции-генераторы.

def func5(diap,shag):
	""" Итератор, возвращающий значения
	из диапазона от 1 до diap с шагом shag"""
	for j in range(1,diap+1,shag):
		yield j

for mm in func5(7,3):
	print(mm)

1
4
7
alp=func5(7,3)
print(alp.__next__())
1
print(alp.__next__())
4
print(alp.__next__())
7
print(alp.__next__())
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#92>", line 1, in <module>
    print(alp.__next__())
StopIteration

6. Локализация объектов в функциях.

6.1. Примеры на локализацию объектов.

glb=10
def func7(arg):
	loc1=15
	glb=8
	return loc1*arg

res=func7(glb)
res
150

def func8(arg):
	loc1=15
	print(glb)  
	glb=8
	return loc1*arg

res=func8(glb)
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#98>", line 1, in <module>
    res=func8(glb)
  File "<pyshell#97>", line 3, in func8
    print(glb)
UnboundLocalError: cannot access local variable 'glb' where it is not associated with a value

glb=11
def func7(arg):
	loc1=15
	global glb
	print(glb)
	glb=8
	return loc1*arg

res=func7(glb)
11
res
165
glb
8

6.2. Выявление локализации объекта с помощью функций locals() и globals() из builtins.

def func8(arg):
	loc1=15
	glb=8
	print(globals().keys())  #Перечень глобальных объектов «изнутри» функции
	print(locals().keys())  #Перечень локальных объектов «изнутри» функции
	return loc1*arg

hh=func8(glb)
dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__builtins__', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8'])
dict_keys(['arg', 'loc1', 'glb'])
'glb' in globals().keys()
True

6.3. Локализация объектов при использовании вложенных функций.

def func9(arg2,arg3):
	def func9_1(arg1):
		loc1=15
		glb1=8
		print('glob_func9_1:',globals().keys())
		print('locl_func9_1:',locals().keys())
		return loc1*arg1
	loc1=5
	glb=func9_1(loc1)
	print('loc_func9:',locals().keys())
	print('glob_func9:',globals().keys())
	return arg2+arg3*glb

kk=func9(10,1)
glob_func9_1: dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__builtins__', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8', 'hh', 'func9', 'loc1'])
locl_func9_1: dict_keys(['arg1', 'loc1', 'glb1'])
loc_func9: dict_keys(['arg2', 'arg3', 'func9_1', 'loc1', 'glb'])
glob_func9: dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__builtins__', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8', 'hh', 'func9', 'loc1'])
kk
85

6.4. Большой пример – моделирование системы, состоящей из последовательного соединения реального двигателя, охваченного отрицательной обратной связью с тахогенератором в ней, и нелинейного звена типа «зона нечувствительности», при подаче на неё синусоидального входного сигнала.

import math
znach=input('k1,T,k2,Xm,A,F,N=').split(',')
k1,T,k2,Xm,A,F,N=1.5,0.1,0.8,0.2,1.0,10,50
k1 = float(znach[0])
T = float(znach[1])
k2 = float(znach[2])
Xm = float(znach[3])
A = float(znach[4])
F = float(znach[5])
N = int(znach[6])
vhod=[]
for i in range(N):
		vhod.append(A*math.sin((2*i*math.pi)/F))

print("Входной сигнал:", vhod)
def realdvig(xtt, kk1, TT, yti1, ytin1):
    """Модель реального двигателя"""
    yp = kk1 * xtt  # усилитель
    yti1 = yp + yti1  # Интегратор
    ytin1 = (yti1 + TT * ytin1) / (TT + 1)
    return [yti1, ytin1]

def tahogen(xtt, kk2, yti2):
    """Модель тахогенератора"""
    yp = kk2 * xtt   # усилитель
    yti2 = yp + yti2  # интегратор
    return yti2

def nechus(xtt, gran):
    """Зона нечувствительности"""
    if xtt < gran and xtt > (-gran):
        ytt = 0
    elif xtt >= gran:
        ytt = xtt - gran
    elif xtt <= (-gran):
        ytt = xtt + gran
    return ytt

yi1 = 0; yin1 = 0; yi2 = 0
vyhod = []

for xt in vhod:
    xt1 = xt - yi2   # отрицательная обратная связь
    [yi1, yin1] = realdvig(xt1, k1, T, yi1, yin1)
    yi2 = tahogen(yin1, k2, yi2)
    yt = nechus(yin1, Xm)
    vyhod.append(yt)

    
print('y=', vyhod)
y= [0, 0.6015253440351906, 1.096895249493391, 0.14963802472452992, -1.4055603261317517, -2.5023946767056238, -1.3746543603374242, 0.7777548679354078, 2.3930377777245795, 1.589728806501168, -0.18435823514401645, -1.262236228089791, -0.1499221532340092, 1.1432335494953787, 0.9284774407601177, -1.092316839336339, -3.1053851997702706, -1.9708827095800603, 1.4179982683905918, 4.178467267009747, 2.8704598657124154, -0.9554762632284055, -3.6907891747930823, -2.0460936031856565, 1.5516985830908399, 3.050939390566601, 0, -3.803109375076022, -3.7144283665966316, 1.1278012079884292, 6.1915501329945455, 5.067998743352809, -1.4695723076381413, -7.114338992237411, -5.15766901200028, 2.1332451522780023, 6.998570550403378, 3.258668282071149, -4.636620081834843, -7.5743517324240575, -0.7423964478503129, 8.407306390701049, 9.309658304307437, -0.5482852890529228, -11.499859882265268, -10.552533675209967, 2.0050221789726197, 13.153568445829352, 9.570130082024441, -5.115533432227267]