# Отчёт по Теме 7 Кузьменко Елена, А-02-23 ## 1. Запустили интерактивную оболочку IDLE. Задали рабочий каталог: ```py >>> import os >>> os.chdir('C:\\Users\\Admin\\Desktop\\python-labs\\TEMA7') >>> os.getcwd() 'C:\\Users\\Admin\\Desktop\\python-labs\\TEMA7' ``` ## 2. Пользовательская функция. Создание функции предполагает выполнение трех операций: формирование функции, ее сохранение и использование. В общем виде функция в языке Python представляется так: def <Имя функции>([<Список аргументов >]): [<отступы>"""<Комментарий по назначению функции>"""] <отступы><Блок инструкций – тело функции> [<отступы>return <Значение или вычисляемое выражение>] ### 2.1. Функция без аргументов. ```py >>> def uspeh(): """Подтверждение успеха операции""" print('Выполнено успешно!') >>> uspeh() Выполнено успешно! >>> type(uspeh) >>> dir() ['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'os', 'uspeh'] ``` Помощь по созданной функции: ```py >>> help(uspeh) Help on function uspeh in module __main__: uspeh() Подтверждение успеха операции ``` __main__ — функция создана в основном выполняемом скрипте(модуль main). 2.2. Функция с аргументами. ```py >>> def sravnenie(a,b): """Сравнение a и b""" if a>b: print(a,' больше ',b) elif a>> n, m = 16, 5; sravnenie(n, m) 16 больше 5 ``` Функцию можно выполнить с аргументами - символьными строками: ```py >>> sravnenie("abc", "ABC") abc больше ABC ``` Здесь сравниваются первые символы 'a' и 'A', которые читаются в соответсвие с кодами символов в Unicode/ASCII - 97 и 65(97>65) ### 2.3. Функция с содержанием return. ```py >>> 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 ``` Функция return позволяет возвращать определенные значения. ### 2.4. Сложение для разных типов аргументов. ```py >>> 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] ``` Применение функции slozh() для сложения кортежей, словарей и множеств: ```py >>> slozh((1,2),(4,5),(0,3),(1,1)) # Сложение кортежей (1, 2, 4, 5, 0, 3, 1, 1) >>> slozh({"A": 1, "A1": 2}, {"B": 3, "B1": 4}, {"C": 5, "C1": 6}, {"D": 7, "D1": 8}) # Сложение словарей Traceback (most recent call last): File "", line 1, in slozh({"A": 1, "A1": 2}, {"B": 3, "B1": 4}, {"C": 5, "C1": 6}, {"D": 7, "D1": 8}) File "", line 3, in slozh return a1+a2+a3+a4 TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'dict' and 'dict' >>> slozh({1,2,3},{0,1,2},{4,6,7},{10,11,12}) # Сложение множеств Traceback (most recent call last): File "", line 1, in slozh({1,2,3},{0,1,2},{4,6,7},{10,11,12}) File "", line 3, in slozh return a1+a2+a3+a4 TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'set' and 'set' ``` Можно заметить, что сложение не поддерживается для словарей и множеств. ### 2.5. Функция, реализующая модель некоторого устройства. ```py >>> 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, ..., 0.9923955100021263] ``` Выходной сигнал в виде графика: ```py >>> import pylab >>> pylab.plot(spsy) [] >>> pylab.xlabel("Время, T") Text(0.5, 0, 'Время, T') >>> pylab.ylabel("Выходной сигнал, y") Text(0, 0.5, 'Выходной сигнал, y') >>> pylab.grid(True) >>> pylab.show() ``` ![](1.PNG) ## 3. Функции как объекты. ### 3.1. Атрибуты объекта-функции. ```py >>> dir(inerz) # Список атрибутов ['__annotations__', '__call__', '__class__', '__closure__', '__code__', '__defaults__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__get__', '__getattribute__', '__globals__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__kwdefaults__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__name__', '__ne__', '__new__', '__qualname__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__'] >>> inerz.__doc__ # Возвращает строку документации(то что в тройных скобочках) ' Модель устройства с памятью:\n\tx- текущее значение вх.сигнала,\n\tT -постоянная времени,\n\typred - 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. Ссылка на объект-функцию. Позволяет присваивать переменной функцию и обращаться к ней: ```py >>> fnkt = sravnenie >>> v = 16 >>> fnkt(v, 23) 16 меньше 23 ``` ### 3.3. Альтернативное определение функции в программе. ```py >>> 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. Функция как аргумент другой функции. ```py >>> 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. ```py >>> 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. Произвольное расположение аргументов функции. ```py >>> logistfun(b = 0.5,a = 0.8) # Ссылки на аргументы поменялись местами 0.34498724056380625 >>> logistfun(0.8, 0.5) 0.34498724056380625 ``` ### 4.4. Аргументы функции, содержащиеся в списке или кортеже. ```py >>> b1234 = [b1, b2, b3, b4] # Список списков из п.2.4 >>> slozh(b1, b2, b3, b4) [1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, -1] >>> qq = slozh(*b1234); qq # Перед ссылкой на список или кортеж ставится звездочка [1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, -1] ``` ### 4.5. Аргументы функции, содержащиеся в словаре. ```py >>> 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. ```py >>> e1 = (-1,6); dd2 = {'a3' : 3, 'a4' : 9} >>> qqqq = slozh(*e1,**dd2); qqqq 17 ``` ### 4.7. Переменное число аргументов функции. ```py >>> 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. ```py >>> 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 ``` Подобным образом можно использовать словарь в списке аргументов: ```py >>> def func4(a,b = 7,**dic7): #Аргументы: a-позиционный, b- по умолчанию + кортеж """Словрь - сборка аргументов - должен быть последним!""" smm = 0 for elt in dic7.values(): smm += elt return a * smm + b >>> func4(-1, 2, **{"x1" : 0, "x2" : 3, "x3" : 6}) -7 ``` ### 4.9. Изменение значений объектов. ```py >>> a = 90 # Числовой объект – неизменяемый тип >>> def func3(b): b = 5 * b + 67 >>> func3(a) >>> a # Число осталось неизменным 90 ``` Пример со списком: ```py >>> sps1 = [1,2,3,4] #Список – изменяемый тип объекта >>> def func2(sps): sps[1] = 99 >>> func2(sps1) >>> print(sps1) # Список поменял значение на втором элементе [1, 99, 3, 4] ``` Кортеж: ```py >>> kort = (1,2,3,4) #Кортеж – неизменяемый тип объекта >>> func2(kort) Traceback (most recent call last): File "", line 1, in func2(kort) File "", line 2, in func2 sps[1] = 99 TypeError: 'tuple' object does not support item assignment >>> kort (1, 2, 3, 4) ``` ## 5. Специальные типы функций. ### 5.1. Анонимные функции. Анонимные функции или по-другому их называют лямбда-функциями – это функции без имени (поэтому их и называют анонимными), определяемые по следующей схеме: lambda [<Аргумент1>[,<Аргумент2>,…]]:<Возвращаемое значение или выражение> Анонимная функция возвращает ссылку на объект-функцию, которую можно присвоить другому объекту. ```py >>> 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. Это – такие функции, которые используются в итерационных процессах, позволяя на каждой итерации получать одно из значений. Для этого в функцию включают инструкцию yield приостанавливающую её выполнение и возвращающую очередное значение. ```py >>> 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 ``` Часто используют метод __next__, активирующий очередную итерацию выполнения функции. ```py >>> 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 "", line 1, in print(alp.__next__()) StopIteration ``` ## 6. Локализация объектов в функциях. Локальными являются объекты, которые создаются в функциях присваиванием им некоторых значений. Они записываются в пространство имен, создаваемое в функции. Глобальные – это те объекты, значения которых заданы вне функции. Они определены в пространствах имен вне функции. Локализация может быть переопределена путем прямого объявления объектов как глобальных с помощью дескриптора global. ### 6.1. Примеры на локализацию объектов. #### Пример 1. Одноименные локальный и глобальный объекты. ```py >>> glb = 10 >>> def func7(arg): loc1 = 15 glb = 8 return loc1*arg >>> res = func7(glb); res 150 >>> glb 10 # Глобальная переменная сохранила свое значение, в функции действия производились с локальной переменной glb ``` #### Пример 2. Ошибка в использовании локального объекта. ```py >>> def func8(arg): loc1 = 15 print(glb) # Локальный объект ещё не был задействован glb = 8 return loc1*arg >>> res = func8(glb) Traceback (most recent call last): File "", line 1, in res = func8(glb) File "", line 3, in func8 print(glb) UnboundLocalError: local variable 'glb' referenced before assignment ``` #### Пример 3. Переопределение локализации объекта. ```py >>> glb = 11 >>> def func7(arg): loc1 = 15 global glb # Переопределение с помощью дескриптора global print(glb) glb = 8 return loc1*arg >>> res = func7(glb) 11 >>> glb 8 # Как итог: значение изменилось ``` ### 6.2. Выявлеие локализации объекта с помощью функций locals() и globals() из builtins(). ```py >>> 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', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'pylab', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'b12345', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8']) >>> 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', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'pylab', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'b12345', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8']) ``` Различий в перечнях нет, потому что при выполнении действий в командной строке объекты globals() и locals() находятся в одном и том же модуле(main). ```py >>> 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__', '__annotations__', '__builtins__', 'os', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'pylab', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'b12345', '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']) # locals() применялся в функции(не основная программа), отчего вывелось только три аргументы, ей принадлежащие >>> hh 120 >>> 'glb' in globals().keys() True ``` ### 6.3. Локализация объектов при использовании вложенных функций. ```py >>> 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', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'pylab', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'b12345', '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__', '__annotations__', '__builtins__', 'os', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'pylab', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'b12345', '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 ``` Внутри функциии func9_1locals(): ['arg1', 'loc1', 'glb1'] — локальные переменные вложенной функции. Внутри функции func9: locals(): ['arg2', 'arg3', 'func9_1', 'loc1', 'glb'] — локальные переменные и вложенная функция. ### 6.4. Задача с несколькими функциями. #### Запросили и ввели параметры задачи: ```py >>> znach=input('k1,T,k2,Xm,A,F,N=').split(',') k1,T,k2,Xm,A,F,N=1.5, 2, 0.8, 0.3, 1, 10, 50 >>> k1 = float(znach[0]) # коэф. усиления реального двигателя >>> T = float(znach[1]) # постонная времени >>> k2 = float(znach[2]) # коэф. усиления тахогенератора >>> Xm = float(znach[3]) # зона нечувствительности >>> A = float(znach[4]) # амплитуда синусоиды >>> F = float(znach[5]) # период синусоиды >>> N = int(znach[6]) # время подачи сигнала(число тактов) ``` #### Создали реализацию входного сигнала ```py >>> vhod = [] >>> for i in range(N): vhod.append(A * math.sin((2 * i * math.pi) / F)) >>> vhod [0.0, 0.5877852522924731, 0.9510565162951535, 0.9510565162951536, 0.5877852522924732, 1.2246467991473532e-16, -0.587785252292473, -0.9510565162951535, -0.9510565162951536, -0.5877852522924734, -2.4492935982947064e-16, 0.5877852522924722, 0.9510565162951535, 0.9510565162951536, 0.5877852522924734, 3.6739403974420594e-16, -0.5877852522924728, -0.9510565162951534, -0.9510565162951538, -0.5877852522924735, -4.898587196589413e-16, 0.5877852522924727, 0.9510565162951529, 0.9510565162951538, 0.5877852522924736, 6.123233995736766e-16, -0.5877852522924726, -0.9510565162951534, -0.9510565162951538, -0.5877852522924737, -7.347880794884119e-16, 0.5877852522924725, 0.9510565162951533, 0.9510565162951539, 0.5877852522924738, 8.572527594031472e-16, -0.5877852522924724, -0.9510565162951533, -0.9510565162951539, -0.5877852522924739, -9.797174393178826e-16, 0.5877852522924695, 0.9510565162951533, 0.9510565162951539, 0.5877852522924769, 1.102182119232618e-15, -0.5877852522924722, -0.9510565162951543, -0.951056516295154, -0.587785252292477] ``` #### Создание функций, реализующих компоненты системы. ```py >>> 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 ``` #### Реализация соединения компонент. ```py >>> 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, 0.5477922512661431, 0.9359129751953723, 0.5375136095846609, -0.414130552366112, -2.7428449837433844, -4.554103899908976, -4.078750912636524, -0.145853992682759, 5.964306438944555, 12.314145928922647, 13.559748718233541, 5.858627553139554, -9.852062901481515, -28.135533681340938, -36.65387049830246, -24.06220543934573, 11.74767637929479, 59.39893445134125, 90.95876220460141, 75.58135748964305, -0.6584429013168669, -118.08979658241776, -215.4079027893135, -213.32790885716003, -59.82524391558922, 217.89433029982746, 492.1474452445438, 566.8922448763104, 282.0484956417324, -354.5664584676218, -1084.5673301411105, -1442.4785481342442, -975.400213385445, 431.05734925267456, 2291.930898156458, 3538.274443009433, 2959.5015412914295, -19.154639025131353, -4590.657256837865, -8386.980704286756, -8311.424120813046, -2329.924535065716, 8520.178563924977, 19208.53202021511, 22104.825680659345, 10964.180902643911, -13919.615195402203, -42398.36445967588] ``` ## 7. Завершение сеанса работы IDLE.