# 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](figure_0.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