diff --git a/TEMA7/figure_0.png b/TEMA7/figure_0.png new file mode 100644 index 0000000..0e4f388 Binary files /dev/null and b/TEMA7/figure_0.png differ diff --git a/TEMA7/report.md b/TEMA7/report.md new file mode 100644 index 0000000..407a3c1 --- /dev/null +++ b/TEMA7/report.md @@ -0,0 +1,530 @@ +# Отчет по теме 7 +Мельников Дмитрий, А-01-23 + +## 1. Запуск интерактивной оболочки IDLE. Создание рабочего каталога. +``` +>>>import os +>>>os.chdir("C:/Users/dimoo/OneDrive/Рабочий стол/lab01/python-labs/TEMA7") +``` + +## 2. Создание пользовательской функции. +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>] + +Функция считается оконченной, если в очередной строке нет отступов или их число меньше, чем в отступах в функции. Если при выполнении функции будет выполнена инструкция return, то выполнение функции прекращается с возвратом значения, следующего за этой инструкцией. Однако наличие этой инструкции в функции является необязательным. + +### 2.1. Функция – без аргументов. +``` +>>>def uspeh(): + """Подтверждение успеха операции""" + print('Выполнено успешно!') + +>>>uspeh() +Выполнено успешно! +>>>type(uspeh) + +>>>dir() +['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'os', 'uspeh'] +>>>help(uspeh) +Help on function uspeh in module __main__: + +uspeh() + Подтверждение успеха операции +``` +Видно, что help вернуло имя функции и то описание, которое было указано в тройных кавычках +при её определении. Это называется docstring или документ-строка. Они используются +для написания документации. Она должна быть первой строкой внутри блока. + +### 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 +``` +Выполнение функции с аргументами - символьными строками: +``` +>>>sravnenie("big", "small") +big меньше small +``` +Из-за не конкретизированной функции, мы можем задать любые данные, которые можно сравнить. Если что-то нельзя сравнить, +вернется TypeError. + +### 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) +>>>print(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 +>>>print(q) +[1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, -1] +>>>slozh((1, 2), (5, 0), (-1, -3), (-6, 2)) # Сложение кортежей +(1, 2, 5, 0, -1, -3, -6, 2) +>>>slovar1 = {'a' : 1}; slovar2 = {'b' : 2}; slovar3 = {'c' : 3}; slovar4 = {'d' : 4} +>>>slozh(slovar1, slovar2, slovar3, slovar4) # Сложение словарей +Traceback (most recent call last): + File "", line 1, in + slozh(slovar1, slovar2, slovar3, slovar4) + File "", line 3, in slozh + return a1 + a2 + a3 + a4 +TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'dict' and 'dict' +>>>slozh({1,1,1,1}, {2}, {"abc", True, None}, {6, 6, "a"}) # Сложения множеств +Traceback (most recent call last): + File "", line 1, in + slozh({1,1,1,1}, {2}, {"abc", True, None}, {6, 6, "a"}) + File "", line 3, in slozh + return a1 + a2 + a3 + a4 +TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'set' and 'set' +``` +Как видим, операции сложений множеств и словарей не применимы. Если нужно объединить два множества, для этого есть специальная операция set union вида set1 | set2 | set3. Для объединения словарей есть оператор распаковывания +**dict1. + +### 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) +>>>import pylab as plt +>>>plt.plot(spsy, label = "Выходной сигнал") +[] +>>>plt.show() +``` +![График](figure0.png) + + +## Пункт 3. Функции как объекты. + +### Пункт 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__', '__globals__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__kwdefaults__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__name__', '__ne__', '__new__', '__qualname__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__'] +>>>inerz.__doc__ +' 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) + 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 +``` +В данном случае происходит присвоение функции sravnenie переменной fnkt. Функции можно передавать в +переменные, как и любые другие объекты. После этого переменная fnkt ссылается на ту же самую функцию, что и sravnenie. + +### 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 +``` + +Программа выводит сообщение "Функция 2", потому что переменная typ_fun не равна 1, и +выполняется блок else, в котором функция func определена как выводящая. Функция становится доступной только после того, как интерпретатор достигает +строки с её определением. + +## 4. Аргументы функции. + +### 4.1. 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) +>>>print(zz) +-2.3318122278318336 +``` +Python передаёт ссылку на объект функции logistfun в переменную fff. Внутри +функции выполняется операция: a + fff(c, b), что эквивалентно -3 + logistfun(0.7, 1) + +### 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. Изучим 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 +>>>qq=slozh(*b1234) #Перед ссылкой на список или кортеж надо ставить звездочку +>>>print(qq) +[1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, -1] +``` +Создается список b1234, содержащий 4 элемента: b1, b2, b3, b4. Затем Оператор * выполняет распаковку списка b1234. Вместо передачи одного аргумента (списка), передаются 4 отдельных аргумента. + +### 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 +>>>print(qqq) +10 +``` + +### 4.6. Смешанные ссылки. +``` +>>>e1=(-1,6);dd2={'a3':3,'a4':9} +>>>qqqq=slozh(*e1,**dd2) +>>>print(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 +``` + +Подобным же образом в списке аргументов функции также можно использовать словарь, предварив его имя двумя звездочками: +``` +>>>def func5(a,b=7,**slovar7): #Аргументы: a-позиционный, b- по умолчанию + кортеж + """Словарь - сборка именованных аргументов!""" + smm = 0 + for key, value in slovar7.items(): + smm += value + return a * smm + b + +>>>func5(-1, 2, x=0, y=3, z=6) +-7 +``` + +### 4.9. Изменение значений объектов, используемых в качестве аргументов функции. +Такое изменение возможно только у объектов изменяемого типа. +``` +>>>a=90 # Числовой объект – не изменяемый тип +>>>def func3(b): + b = 5*b + 67 + print(b) + +>>>func3(a) +517 +>>>print(a) +90 +``` +Значени a не изменилось + +- 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] +``` +В отличие от предыдущего примера с переменной численного типа, список передается по ссылке, а не по значению, поэтому изменяется именно тот объект, который был передан. + +- Пример с кортежем: +``` +>>>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 +``` +Кортеж - неизменяемая коллекция, поэтому значение заменить не получилось. + +## 5. Специальные типы пользовательских 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 +``` + +Здесь при каждом обращении к функции будет генерироваться только одно очередное значение. +При программировании задач у таких функций 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 "", line 1, in + print(alp.__next__()) +StopIteration +``` +В конце вывело ошибку, т.к. все возможные значения уже были выведены на экран (диапазон закончился). + +## 6. Локализация объектов в функциях. +По отношению к функции все объекты подразделяются на локальные и глобальные. 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. + +- Одноименные локальный и глобальный объекты: +``` +>>>def func8(arg): + locl = 15 + print(glb) + glb = 8 + return locl*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 +``` +Мы получили ошибку потому, что на локальную переменную glb код ссылается перед назначением. +Если переменной присваивается значение внутри функции, она считается локальной для всей функции. Даже если такое же имя есть в глобальной области, внутри функции будет создана новая локальная переменная. + + +- Переопределение локализации объекта: +``` +>>>glb = 11 +>>>def func7(arg): + locl = 15 + global glb + print(glb) + glb = 8 + return locl * arg + +>>>res = func7(glb) +11 +>>>print(res) +165 +>>>print(glb) +8 +``` +Здесь мы явно указали, что в функции имеем в виду глобальную переменную, так что она изменилась. + +### 6.2. Выявление локализации объекта с помощью функций locals() и globals() из builtins. + +Эти функции возвращают словари, ключами в которых будут имена объектов, являющихся, соответственно, локальными или глобальными на уровне вызова этих функций. + +``` +>>>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', 'slovar1', 'slovar2', 'slovar3', 'slovar4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func5', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'func8', 'res']) +dict_keys(['arg', 'loc1', 'glb']) +``` +Как мы видим, перечень глобальных объектов остался без изменений, а перечень локальных объектов вывел только локальные объекты функции. + +Проверка наличие объекта glb в перечне глобальных объектов: +``` +>>>'b' 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', 'slovar1', 'slovar2', 'slovar3', 'slovar4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func5', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'func8', 'res', 'hh', 'func9']) +locl_func9_1: dict_keys(['arg1', 'loc1', 'glb1'])# Содержит только объекты, определенные внутри func9_1, + а также объект, переданный как аргумент функции + + +loc_func9: dict_keys(['arg2', 'arg3', 'func9_1', 'loc1', 'glb'])# Содержит все то же, что и locl_func9_1, + но еще и arg3, переданный func9, + и саму func9_1 +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', 'slovar1', 'slovar2', 'slovar3', 'slovar4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func5', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'func8', 'res', 'hh', 'func9']) # Тоже самое, что и glob_func9_1 +``` + +### 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. + +``` +>>>znach=input('k1,T,k2,Xm,A,F,N=').split(',') +k1,T,k2,Xm,A,F,N=6, 5, 8, 10, 3, 0.5, 1500 +>>>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]) +>>>import math +>>>vhod =[] +>>>for i in range(N): + vhod.append(A*math.sin((2*i*math.pi)/F)) + +>>>print(vhod) +[0.0, -1.4695761589768238e-15, -2.9391523179536475e-15, …, 2.9174217636433927e-12, -4.033155768249364e-12, -6.979687886698152e-14, -7.0203744107597384e-12] + + +>>>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 -gran <= xtt <= gran: + ytt = 0 + elif xtt > gran: + ytt = xtt - gran + else: # 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, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 27.421883254961507, -159.8455361225524, 760.8726454041447, -3488.73566888214, 15869.602621377877, -72062.25788892987, 327102.1123783949, -1484643.5574000787, 6738340.865317245,..., nan, nan, nan, nan, nan] +``` +## 7. Завершение сеанса в среде IDLE \ No newline at end of file