# Отчёт по Теме 7 Похил Анастасия, А-02-23 # 1. Запуск интерактивной оболочки IDLE # 2. Создание пользовательской функции Создание функции предполагает выполнение трех операций: формирование функции, ее сохра-нение 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 ef uspeh(): """Подтверждение успеха операции""" print('Выполнено успешно!') uspeh() Выполнено успешно! dir(uspeh) ['__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__'] type(uspeh) help(uspeh) Help on function uspeh in module __main__: uspeh() Подтверждение успеха операции ``` ## 2.2 Функция с аргументами ```py def sravnenie(a,b): """Сравнение a и b""" if a>b: print(a,' больше ',b) elif a, <, == (числа, строки, списки, кортежи и др.)Сравнение строк происходит по алфавиту, так же значение имеет регистр букв (заглавные меньше строчных), более короткая строка считается меньшей. ## 2.3 Пример функции, содержащей 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 ``` ## 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) 10 slozh('1','2','3','4') '1234' b1=[1,2];b2=[-1,-2];b3=[0,2];b4=[-1,-1] q=slozh(b1,b2,b3,b4) q [1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, -1] t1 = (1, 2); t2 = (3, 4); t3 = (5,); t4 = (6, 7, 8) slozh(t1, t2, t3, t4) (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) d1 = {'a': 1}; d2 = {'b': 2} slozh(d1, d2, {}, {}) TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'dict' and 'dict' s1 = {1, 2}; s2 = {2, 3} slozh(s1, s2, set(), set()) TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'set' and 'set' ``` Как видно сложение для множеств и словарей не применимо. ункция slozh работает только для тех типов данных, которые поддерживают оператор +. ## 2.5 Функция, реализующая модель некоторого устройства, на вход которого в текущий момент поступает сигнал х, на выходе получается сигнал y: ```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) import matplotlib.pyplot as plt plt.plot(sps, 'r-', label='Вход') [] plt.plot(spsy, 'b-', label='Выход') [] plt.grid(True) plt.legend() plt.show() ``` ![График](Figure_1.png) # 3. Функции как объекты ## 3.1 Получение списка атрибутов объекта-функции ```py 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__ 'Модель устройства с памятью:\nx- текущее значение вх.сигнала,\n T -постоянная времени,\n ypred - 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 ``` Атрибут __doc__ содержит значение docstring, если при инициализации функции он был задан. Если не был, то inerz.__doc__ будет иметь значение None. ## 3.2 Сохранение ссылки на объект-функции в другой переменной ```py fnkt=sravnenie v=16 fnkt(v,23) 16 меньше 23 ``` 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 ```py 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 2". # 4. Аргументы функции ## 4.1 Возможность использования функции в качестве аргумента 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 ``` Python передаёт ссылку на объект функции logistfun в переменную fff. ## 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 Возможность обращения к функции с произвольным (непозиционным) расположением аргументов. При этом надо в обращении к функции указывать имена аргументов. ```py 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 ```py b1234=[b1,b2,b3,b4] # Список списков из п.2.4 qq=slozh(*b1234) #Перед ссылкой на список или кортеж надо ставить звездочку qq [1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, -1] ``` Количество элементов в списке должно совпадать с количеством параметров функции. Оператор * выполняет распаковку списка в аргументы функции. ## 4.5 Пример со значениями аргументов функции, содержащимися 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 slozh(*dic4) 'a1a2a3a4' ``` Для ** распаковки имена ключей должны точно совпадать с именами параметров функции ## 4.6 Смешанные ссылки ```py e1=(-1,6);dd2={'a3':3,'a4':9} qqqq=slozh(*e1,**dd2) qqqq 17 ``` ## 4.7 Переменное число аргументов у 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 ``` Функция принимает любое количество аргументов ## 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 ``` a = -1 (первый позиционный) b = 2 (второй позиционный, переопределил значение по умолчанию 7) *kort7 = (0, 3, 6) (все остальные аргументы в кортеж) Если мы не хотим передавать b, придется переопределить функцию так, чтобы именованный параметр b был в конце, а позиционный кортеж - перед ним. Подобным же образом в списке аргументов функции также можно использовать словарь. ```py def func5(a, b=7, *args, **kwargs): """a-позиционный, b-по умолчанию, *args-кортеж, **kwargs-словарь""" print("a=" + str(a) + ", b=" + str(b)) print("args=" + str(args)) print("kwargs=" + str(kwargs)) total = a + b + sum(args) for value in kwargs.values(): total += value return total result = func5(1, 2, 3, 4, x=5, y=6) a=1, b=2 args=(3, 4) kwargs={'x': 5, 'y': 6} result 21 ``` *args и **kwargs - способы передать не уточненное заранее число элементов: *args — переменное количество позиционных аргументов. Переданные с одной звездочкой аргументы собираются в кортеж. **kwargs — переменное количество именованных аргументов. Все переданные аргументы, которые указываются по имени, собираются в словарь. *args всегда должно идти перед **kwargs. ## 4.9 Изменение значений объектов, используемых в качестве аргументов функции. Такое изменение возможно только у объектов изменяемого типа ```py a=90 # Числовой объект – не изменяемый тип def func3(b): b=5*b+67 func3(a) a 90 ``` Локальная b меняется, но внешняя a нет Пример со списком: ```py sps1=[1,2,3,4] #Список – изменяемый тип объекта def func2(sps): sps[1]=99 func2(sps1) sps1 [1, 99, 3, 4] ``` Изменяемые типы (списки, словари, множества) передаются по ссылке Пример с кортежем: ```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 ``` Кортеж - неизменяемый тип данных, так что переназначение в таком виде не работает. # 5. Специальные типы пользовательских функций ## 5.1 Анонимные функции Анонимные функции или по-другому их называют лямбда-функциями – это функции без имени, определяемые по следующей схеме: lambda [<Аргумент1>[,<Аргумент2>,…]]:<Возвращаемое значение или выражение> Анонимная функция возвращает ссылку на объект-функцию, которую можно присвоить другому объекту. ```py mport 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 ``` Вызов лямбда-функции создает объект класса "функция". Внутри лямбда-функции не могут использоваться многострочные выражения, нельзя использовать if-else. ## 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. Данный оператор в отличие от return не останавливает полностью выполнение программы. Когда выполнение функции возобновляется после yield, оно продолжается с того места, где было приостановлено, до следующего оператора yield (или до конца функции). ```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 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 ``` 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. __next__ помогает вывести значение, которое yield передает на каждой итерации цикла. Если функция отработала последнюю итерацию, но мы попытаемся сделать вызов, вернется ошибка. В отличии от функций, которые возвращают список со значениями итераций, функции - генераторы генерируют значения по одному, не храня всё в памяти; а функция, возвращающая список создаёт весь список в памяти. Также генератор можно использовать только один раз - после прохождения всех значений он "опустошается" и больше не производит элементов. # 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. Глобальные – это те объекты, значения которых заданы 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 ``` Если внутри функции есть присваивание glb = ..., то создается локальная переменная, даже если есть глобальная с таким же именем. Для изменения глобальной переменной нужно использовать global glb Пример 2. Ошибка в использовании локального объекта. ```py def func8(arg): loc1=15 print(glb) 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: cannot access local variable 'glb' where it is not associated with a value ``` Нельзя обращаться к переменной до ее присваивания, если она считается локальной в функции. Пример 3. Переопределение локализации объекта. ```py glb=11 def func7(arg): loc1=15 global glb print(glb) glb=8 return loc1*arg res=func7(glb) 11 ``` Здесь мы явно указали, что в функции используем глобальную переменную, поэтому 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. ```py globals().keys() #Перечень глобальных объектов dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__annotations__', '__builtins__', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func5', 'result', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'math', 'anfun1', 'anfun2', 'anfun3', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8']) locals().keys() #Перечень локальных объектов dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__annotations__', '__builtins__', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func5', 'result', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'math', 'anfun1', 'anfun2', 'anfun3', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8']) ``` Различий нет, потому что команды выполнены в глобальной области видимости, где globals() и locals() ссылаются на один и тот же словарь. Различия появляются только при вызове locals() внутри функций или методов. ```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__', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func5', 'result', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'math', 'anfun1', 'anfun2', 'anfun3', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8']) dict_keys(['arg', 'loc1', 'glb']) 'glb' in globals().keys() True ``` locals() внутри функции показывает только её внутренние переменные, а globals() показывает все объекты модуля. ## 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__', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func5', 'result', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'math', 'anfun1', 'anfun2', 'anfun3', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8', '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__', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func5', 'result', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'math', 'anfun1', 'anfun2', 'anfun3', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8', 'hh', 'func9']) ``` аждая функция имеет свою локальную область видимости, причем вложенные функции не видят локальные переменные внешних функций ## 6.4 Моделирование системы 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. Реальный двигатель: последовательное соединение усилителя с коэффициентом усиления k1,интегратора: y(t)=x(t)+y(t-1), и инерционного звена: y(t)=(x(t)+T*y(t-1)) / (T+1) с постоянной времени Т. Тахогенератор: последовательное соединение усилителя с коэффициентом усиления k2 и интегратора: y(t)=x(t)+y(t-1). Нелинейное звено типа «зона нечувствительности»: y=0 при -xm≤ x ≤xm, y=x-xm при x>xm, y=x+xm при x<-xm. Таким образом, система характеризуется параметрами: k1, T, k2, xm. Входной сигнал характеризуется параметрами: A (амплитуда синусоиды) и F (период синусоиды). Еще один параметр задачи : N – время (число тактов) подачи сигнала. ```py znach=input('k1,T,k2,Xm,A,F,N=').split(',') k1,T,k2,Xm,A,F,N=2,5,0.5,0.3,1,10,50 k1=float(znach[0]) k1 2.0 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)) import matplotlib.pyplot as plt plt.figure(figsize=(10, 4))
plt.plot(vhod, 'b-', marker='o', markersize=3, label='Входной сигнал') [] plt.grid(True) plt.legend() plt.show() ``` ![График2](Figure_2.png) Создание функций реализующие 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): if xtt(-gran): ytt=0 elif xtt>=gran: ytt=xtt-gran elif xtt<=(-gran): ytt=xtt+gran return ytt ``` Реализуем соединение компонент в соответствии с заданием ```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, 0.3435662011497584, 0.8937007565838242, 1.2092087410156356, 0.8817313753454714, 0, -1.9132355035817665, -4.418649831257506, -6.322056754188363, -6.424186296702933, -3.708625221989286, 1.5442059920803182, 9.704061323599833, 17.99800277772674, 23.15808712030786, 21.60101426578536, 10.675050948044715, -9.28749624705183, -36.1615235441021, -62.02226858466596, -76.45563856328266, -68.45249914172874, -30.293518696411148, 37.373158630110446, 124.2547951685195, 205.6938367713173, 248.14398604455204, 216.69606070239215, 87.62148681833895, -136.666280236251, -418.37473314281556, -677.5335449808889, -804.9287317650713, -688.4371994648337, -254.1131297675378, 486.67764763779877, 1402.6733164388684, 2230.344175329904, 2612.7580871622617, 2188.8107903361088, 728.2399496559426, -1716.8860787572244, -4697.377083821688, -7340.680479213284, -8479.693381759376, -6951.99457172508, -2043.4413296742846, 6022.5141606693105, 15717.056921566687] ``` # 7. Завершение сеанса работы с IDLE