22 KiB

Исходник Вина История

Отчет по теме 7

Ефимова Людмила, А-03-23

Создание пользовательских функций

1. Настройка текущего каталога

import os
os.chdir("H:\\study\\ПОАС")

2. Создание пользовательской функции

Создание функции предполагает выполнение трех операций: формирование функции, ее сохранение и использование.

2.1. Пример функции без аргументов

def uspeh():
    """Подтверждение успеха операции"""
    print('Выполнено успешно!')    
uspeh()
Выполнено успешно!
type(uspeh)
<class 'function'>
dir() # убедились что функция появилась в пространстве имен
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'os', 'uspeh']
help(uspeh) # инструкция выводит описание функции, указанное в тройных кавычках
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

n,m="привет","пока";sravnenie(n,m) # сравнение символьных строк
привет  больше  пока

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]

slozh((1, 2), (3, 4), (-1, -2), (-3,-4)) #Сложение кортежей
(1, 2, 3, 4, -1, -2, -3, -4)

slozh({1,2,3,4}, {'pym', True, 'pyrym', False}, {"l", "a", "n", 13}, {"hi", "i", "miss", "you"})  #Сложение множеств
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#31>", line 1, in <module>
    slozh({1,2,3,4}, {'pym', True, 'pyrym', False}, {"l", "a", "n", 13}, {"hi", "i", "miss", "you"})  #Сложение множеств
  File "<pyshell#23>", line 3, in slozh
    return a1+a2+a3+a4
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'set' and 'set'
dict1 = {'a': 1}; dict2 = {'b': 2}; dict3 = {'c': 3}; dict4 = {'d': 4}

slozh(dict1, dict2, dict3, dict4) #Сложение словарей
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#33>", line 1, in <module>
    slozh(dict1, dict2, dict3, dict4) #Сложение словарей
  File "<pyshell#23>", line 3, in slozh
    return a1+a2+a3+a4
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'dict' and 'dict'

2.5. Функция, реализующая модель "Вход х - Выход у"

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)
    
plt.xlabel("t, время")
plt.ylabel("Выходной синал")
plt.grid(True)
plt.plot(spsy, label = "Выходной сигнал", color='purple')
plt.show()

3. Функции как объекты

3.1. Получение списка атрибутов объекта-функции

dir(inerz)
['__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__ # пример использования атрибута функции
'Модель устройства с памятью:\nx- текущее значение вх.сигнала,\nT -постоянная времени,\nypred - предыдущее значение выхода устройства'
help(inerz)
Help on function inerz in module __main__:

inerz(x, T, ypred) # получаем обработанную документацию
    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 # сохраняем ссылку на функцию sravnenie в переменной fnkt
v=16fnkt(v,23)
16  меньше  23

3.3. Альтернативное определение функции в программе

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

func()
Функция 2 # так как значение не равно 1, то выполняется else

4. Аргументы функции

4.1. Использование 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 b1.3363755443363323

4.3. Обращение к функции с произвольным (непозиционным) расположением 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
qq=slozh(*b1234) # Перед ссылкой на список или кортеж надо ставить звездочку
b1234
[[1, 2], [-1, -2], [0, 2], [-1, -1]]
qq
[1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, -1]

4.5. Значения аргументов функции, содержащиеся в словаре

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

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

def func5(a, b = 7, **slov7): # со словарем
    """Словарь - сборка аргументов - должен быть последним!"""
    smm = 0
    for elt in slov7.items():
        smm = sum (slov7.values())
    return a * smm + b

numbers = {"a1": 1, "a2": 2, "a3": 3, "a4": 4}
func5(1,2,**numbers)
12

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 # значение не изменилось
90

Пример со списком

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

func2(sps1)
print(sps1)
[1, 99, 3, 4] # список изменился

kort=(1,2,3,4) #Кортеж – неизменяемый тип объекта
func2(kort)
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#104>", line 1, in <module>
    func2(kort)
  File "<pyshell#100>", line 2, in func2
    sps[1]=99
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

5. Специальные типы пользовательских функций

5.1. Анонимные функции(лямбда-функции)

Функции без имени

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

Это – такие функции, которые используются в итерационных процессах, позволяя на каждой итерации получать одно из значений.

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 # приостанавливает выполнение и возвращает очередное значение
        
for mm in func5(7,3):
    print(mm)    
1
4
7

метод next, активирует очередную итерацию выполнения функции

alp=func5(7,3)
print(alp.__next__())
1
print(alp.__next__())
4
print(alp.__next__())
7
print(alp.__next__())
Traceback (most recent call last): # Функция уже выполнила последнюю итерацию, вернулась ошибка
  File "<pyshell#122>", line 1, in <module>
    print(alp.__next__())
StopIteration

6. Локализация объектов в функциях

Все объекты могут быть определены глобально или локально. Глобально определены вне функций

6.1. Примеры на локализацию объектов

Пример 1 Одноименные локальный и глобальный объекты:

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

res=func7(glb)
res
150
glb # глобальное значение не изменилось
10

Пример 2 Ошибка в использовании локального объекта

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

res=func8(glb)
Traceback (most recent call last): # ошибка происходит так как вывод функции осуществляется в 3 строке функции, а ее объявляение в 4
  File "<pyshell#131>", line 1, in <module>
    res=func8(glb)
  File "<pyshell#130>", line 3, in func8
    print(glb)
UnboundLocalError: cannot access local variable 'glb' where it is not associated with a value

Пример 3 Переопределение локализации объекта

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

res=func7(glb)
11
glb # значение изменится так как мы обратились к глобальной переменной внутри функции
8

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

globals().keys() #Перечень глобальных объектов
dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__annotations__', '__builtins__', 'os', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'dict1', 'dict2', 'dict3', 'dict4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func5', 'numbers', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8', 'b'])
locals().keys() #Перечень локальных объектов
dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__annotations__', '__builtins__', 'os', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'dict1', 'dict2', 'dict3', 'dict4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func5', 'numbers', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8', 'b'])

Сейчас они не отличаются, так как эти методы возвращают объекты на уровне вызова этих функций.

hh=func8(glb)
dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__annotations__', '__builtins__', 'os', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'dict1', 'dict2', 'dict3', 'dict4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func5', 'numbers', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8', 'b']) # глобальные переменные
dict_keys(['arg', 'loc1', 'glb']) # локальные переменные
'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__', '__annotations__', '__builtins__', 'os', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'dict1', 'dict2', 'dict3', 'dict4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func5', 'numbers', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8', 'b', 'hh', 'func9'])
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__', '__annotations__', '__builtins__', 'os', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'dict1', 'dict2', 'dict3', 'dict4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func5', 'numbers', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8', 'b', 'hh', 'func9'])

6.4. Моделирование системы

znach=input('k1,T,k2,Xm,A,F,N=').split(',')
k1,T,k2,Xm,A,F,N=1, 4, 6, 8, 0.1, 100, 77 
k1=float(znach[0]) # распаковка каждого значения из списка в отдельную переменную
T=float(znach[1])k2=float(znach[2])
Xm=float(znach[3])
A=float(znach[4])
F=float(znach[5])
N=int(znach[6])
import math
vhod=[]
for i in range(N): # реализация входного сигнала
    vhod.append(A*math.sin((2*i*math.pi)/F))
   
vhod
[0.0, 0.006279051952931338, 0.012533323356430426, 0.01873813145857246, 0.02486898871648548, 0.03090169943749474, 0.03681245526846779, 0.042577929156507266, 0.04817536741017153, 0.05358267949789967, 0.058778525229247314, 0.06374239897486897, 0.06845471059286887, 0.07289686274214116, 0.07705132427757894, 0.08090169943749474, 0.08443279255020152, 0.08763066800438638, 0.09048270524660196, 0.09297764858882514, 0.09510565162951536, 0.09685831611286311, 0.09822872507286887, 0.09921147013144778, 0.09980267284282716, 0.1, 0.09980267284282716, 0.0992114701314478, 0.09822872507286888, 0.09685831611286311, 0.09510565162951537, 0.09297764858882515, 0.09048270524660196, 0.08763066800438635, 0.0844327925502015, 0.08090169943749476, 0.07705132427757894, 0.07289686274214115, 0.06845471059286888, 0.06374239897486898, 0.05877852522924733, 0.0535826794978997, 0.048175367410171525, 0.042577929156507294, 0.03681245526846782, 0.030901699437494753, 0.024868988716485525, 0.01873813145857246, 0.012533323356430454, 0.006279051952931359, 1.2246467991473533e-17, -0.006279051952931335, -0.01253332335643043, -0.018738131458572477, -0.02486898871648546, -0.03090169943749473, -0.03681245526846779, -0.04257792915650723, -0.04817536741017154, -0.053582679497899646, -0.05877852522924727, -0.06374239897486897, -0.06845471059286884, -0.07289686274214116, -0.07705132427757894, -0.08090169943749474, -0.08443279255020153, -0.08763066800438636, -0.09048270524660199, -0.09297764858882515, -0.09510565162951536, -0.09685831611286312, -0.09822872507286888, -0.09921147013144778, -0.09980267284282716, -0.1, -0.09980267284282716]

Функции реализующие компоненты системы

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 нечувствит
    if xtt<gran and xtt>(-gran):
        ytt=0
    elif xtt>=gran:
        ytt=xtt-gran
    elif xtt<=(-gran):
        ytt=xtt+gran
    return ytt

Соединение компонент в соответствии с заданием

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, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1.5141467180616637, 2.436597981398414, 0, -23.648551283064812, -14.586132260625703, 32.08584980450739, 89.54211200549014, 25.7748383079563, -159.50156906660678, -269.78397091031354, 10.068957187950126, 609.1466943956274, 710.2274755410508, -432.96310970489685, -2071.215944848495, -1597.6603885543427, 2476.1333543804712, 6477.956582202103, 2626.2544178282487, -10653.374481183546, -18710.49654358021, -114.61846653968969, 39934.80067535607, 49244.49063253727, -25137.392758059512, -136326.86476806158, -113347.77120772432, 152977.09900234317, 430425.27047852875, 200239.35715241256, -676334.6538246117, -1258436.7595393702, -94814.83077922332, 2579157.721342821, 3366440.70542351, -1395363.2125185598, -8922019.998095734, -7954112.681058888, 9354374.734397378, 28510095.7464239, 14931466.339167053, -42752396.61128703, -84417589.66346069, -11966716.801496733, 166137062.55300295, 229398711.23742872, -74491804.49954477, -582713905.5745344, -555144565.8307699, 567231399.1647252, 1884775004.5638165, 1096722694.409165, -2691873575.07944]

22 KiB Исходник Вина История