форкнуто от main/python-labs
Вы не можете выбрать более 25 тем
Темы должны начинаться с буквы или цифры, могут содержать дефисы(-) и должны содержать не более 35 символов.
24 KiB
24 KiB
Отчёт по Теме 7
Кузьменко Елена, А-02-23
1. Запустили интерактивную оболочку IDLE.
Задали рабочий каталог:
>>> 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.
>>> def uspeh():
"""Подтверждение успеха операции"""
print('Выполнено успешно!')
>>> uspeh()
Выполнено успешно!
>>> type(uspeh)
<class 'function'>
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'os', 'uspeh']
Помощь по созданной функции:
>>> 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.
>>> 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
Функцию можно выполнить с аргументами - символьными строками:
>>> 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.
>>> 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.
>>> 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:
>>> 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 "<pyshell#31>", line 1, in <module>
slozh({"A": 1, "A1": 2}, {"B": 3, "B1": 4}, {"C": 5, "C1": 6}, {"D": 7, "D1": 8})
File "<pyshell#18>", 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 "<pyshell#32>", line 1, in <module>
slozh({1,2,3},{0,1,2},{4,6,7},{10,11,12})
File "<pyshell#18>", 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.
>>> 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:
>>> import pylab
>>> pylab.plot(spsy)
[<matplotlib.lines.Line2D object at 0x000001A068319850>]
>>> 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()
3. Функции как объекты.
3.1. Атрибуты объекта-функции.
>>> 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:
>>> fnkt = sravnenie
>>> v = 16
>>> fnkt(v, 23)
16 меньше 23
3.3. Альтернативное определение 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. Функция как аргумент 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. Произвольное расположение аргументов функции.
>>> 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.
>>> 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.
>>> 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 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
Подобным образом можно использовать словарь в списке аргументов:
>>> 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.
>>> a = 90 # Числовой объект – неизменяемый тип
>>> def func3(b):
b = 5 * b + 67
>>> func3(a)
>>> a # Число осталось неизменным
90
Пример со списком:
>>> 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:
>>> kort = (1,2,3,4) #Кортеж – неизменяемый тип объекта
>>> func2(kort)
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#118>", line 1, in <module>
func2(kort)
File "<pyshell#114>", 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.
>>> 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.
>>> 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.
>>> 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#141>", line 1, in <module>
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.
>>> 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.
>>> 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 "<pyshell#149>", line 1, in <module>
res = func8(glb)
File "<pyshell#148>", line 3, in func8
print(glb)
UnboundLocalError: local variable 'glb' referenced before assignment
Пример 3. Переопределение локализации объекта.
>>> 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().
>>> 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).
>>> 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.
>>> 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:
>>> 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
>>> 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.
>>> 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.
>>> 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]