python-labs/TEMA7/report.md

\# Отчёт по Теме 7



Соловьёва Екатерина, А-01-23



\# 1. Запуск интерактивной оболочки IDLE



\# 2. Создание пользовательской функции



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():

&nbsp;	"""Подтверждение успеха операции"""

&nbsp;	print('Выполнено успешно!')

uspeh()
Выполнено успешно!



type(uspeh)

<class 'function'>

dir()

\['\_\_annotations\_\_', '\_\_builtins\_\_', '\_\_doc\_\_', '\_\_loader\_\_', '\_\_name\_\_', '\_\_package\_\_', '\_\_spec\_\_', 'os', 'uspeh']


help(uspeh)

Help on function uspeh in module \_\_main\_\_:



uspeh()

&nbsp;   Подтверждение успеха операции
```

Вызов help(uspeh) показал справку по функции из модуля \_\_main\_\_ с документационной строкой "Подтверждение успеха операции". Это описание, указанное в тройных кавычках при создании функции, поясняет её назначение



\## 2.2 Функция с аргументами

```py
def sravnenie(a,b):

&nbsp;	"""Сравнение a и b"""

&nbsp;	if a>b:

&nbsp;		print(a,' больше ',b)

&nbsp;	elif a<b:

&nbsp;		print(a, ' меньше ',b)

&nbsp;	else:

&nbsp;		print(a, ' равно ',b)

&nbsp; n,m=16,5;sravnenie(n,m)

16  больше  5

n,m='16','5';sravnenie(n,m)

16  меньше  5

```

Строка '16' считается "меньше" строки '5', потому что сравниваются первые символы: '1' и '5', а символ '1' в таблице Unicode/ASCII имеет меньший код, чем '5'. Сравнение прекращается на первом различающемся символе





\## 2.3 Пример функции, содержащей return.



```py
def logistfun(b,a):

&nbsp;   """Вычисление логистической функции"""

&nbsp;   import math

&nbsp;   return a/(1+math.exp(-b))



v,w=1,0.7;z=logistfun(w,v)

z

0.6681877721681662
```

Использует return вместо print - результат "возвращается", а не выводится



\## 2.4 Сложение для разных типов аргументов



```py
def slozh(a1,a2,a3,a4):

&nbsp;   """ Сложение значений четырех аргументов"""

&nbsp;   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]


kort1 = (1, 2); kort2 = (3, 4); kort3 = (5,6); kort4 = (7, 8)

slozh(kort1, kort2, kort3, kort4)

(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)



dict1 = {'a': 1}; dict2 = {'b': 2}; dict3 = {'c': 3}; dict4 = {'d': 4}

slozh(dict1, dict2, dict3, dict4)

Traceback (most recent call last):

&nbsp; File "<pyshell#40>", line 1, in <module>

&nbsp;   slozh(dict1, dict2, dict3, dict4)

&nbsp; File "<pyshell#26>", line 3, in slozh

&nbsp;   return a1+a2+a3+a4

TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'dict' and 'dict'


mnoz = slozh({1,3}, {6,9}, {"zxcv"}, {0,9})

Traceback (most recent call last):

&nbsp; File "<pyshell#38>", line 1, in <module>

&nbsp;   mnoz = slozh({1,3}, {6,9}, {"zxcv"}, {0,9})

&nbsp; File "<pyshell#26>", line 3, in slozh

&nbsp;   return a1+a2+a3+a4

TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'set' and 'set'
```



\## 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):

&nbsp;   """ Модель устройства с памятью:

&nbsp;   x- текущее значение вх.сигнала,

&nbsp;   T -постоянная времени,

&nbsp;   ypred - предыдущее значение выхода устройства"""

&nbsp;   y=(x+T\*ypred)/(T+1)

&nbsp;   return y



sps=\[0]+\[1]\*100

spsy=\[]

TT=20

yy=0

for xx in sps:

&nbsp;	yy=inerz(xx,TT,yy)

&nbsp;	spsy.append(yy)




import matplotlib.pyplot as plt

plt.show()

plt.plot(spsy)

\[<matplotlib.lines.Line2D object at 0x000002977187AC10>]

plt.show()```



!\[График](Рис1.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,\\nT -постоянная времени,\\nypred - предыдущее значение выхода устройства'


help(inerz)

Help on function inerz in module \_\_main\_\_:



inerz(x, T, ypred)

&nbsp;   Модель устройства с памятью:

&nbsp;   x- текущее значение вх.сигнала,

&nbsp;   T -постоянная времени,

&nbsp;   ypred - предыдущее значение выхода устройства
```



\## 3.2 Сохранение ссылки на объект-функции в другой переменной



```py
fnkt=sravnenie

v=16

fnkt(v,23)

16  меньше  23
```

Выполнена операция присваивания функции переменной, а затем вызов функции через эту переменную



\## 3.3 Возможность альтернативного определения функции в программе



```py
typ\_fun=8

if typ\_fun==1:

&nbsp;	def func():

&nbsp;		print('Функция 1')

else:

&nbsp;	def func():

&nbsp;		print('Функция 2')



&nbsp;		

func()

Функция 2
```



Условие typ\_fun == 1 ложно, поэтому определяется и вызывается функция из блока else



\# 4. Аргументы функции



\## 4.1 Возможность использования функции в качестве аргумента другой функции



```py
def fun\_arg(fff,a,b,c):

&nbsp;	"""fff-имя функции, используемой 

&nbsp;	в качестве аргумента функции fun\_arg"""

&nbsp;	return a+fff(c,b)



&nbsp; zz=fun\_arg(logistfun,-3,1,0.7)


zz

-2.3318122278318336
```

Функция fun\_arg принимает другую функцию как аргумент (fff) и использует её в своих вычислениях



\## 4.2 Обязательные и необязательные аргументы

```py
  def logistfun(a,b=1):   #Аргумент b – необязательный; значение по умолчанию=1

&nbsp;	"""Вычисление логистической функции"""

&nbsp;	import math

&nbsp;	return b/(1+math.exp(-a))



&nbsp; logistfun(0.7)     #Вычисление со значением b по умолчанию

0.6681877721681662



&nbsp; 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
```

используются именованные аргументы



\## 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]
```



\## 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
``` 



\## 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):

&nbsp;	"""Произвольное число аргументов в составе кортежа"""

&nbsp;	smm=0

&nbsp;	for elt in kort7:

&nbsp;		smm+=elt

&nbsp;	return smm



&nbsp; func4(-1,2)  #Обращение к функции с 2 аргументами

&nbsp; 1

&nbsp; func4(-1,2,0,3,6)  #Обращение к функции с 5 аргументами

&nbsp; 10
```

a = -1 (первый позиционный)

b = 2 (второй позиционный, переопределил значение по умолчанию 7)

\*kort7 = (0, 3, 6) (все остальные аргументы в кортеж)



Подобным же образом в списке аргументов функции также можно использовать словарь, предварив его имя двумя звездочками



```py
def func5(a,b=7,\*\*dict):

&nbsp;	"""Словарь"""

&nbsp;	smm=0

&nbsp;	smm = sum (dict.values())

&nbsp;	return a\*smm+b



&nbsp;   

func5(-1,2,aa=0,bb=3,cc=6)

-7

```

\## 4.9 Изменение значений объектов, используемых в качестве аргументов функции.

Такое изменение возможно только у объектов изменяемого типа



```py
a=90

def func3(b):

&nbsp;	b=5\*b+67



func3(a)

a
```

значение переменной а не поменялось 



Пример со списком:



```py
def func2(sps):

&nbsp;   sps\[1]=99



func2(sps1) # передаем ссылку на список

print(sps1)



\[1, 99, 3, 4]

```

Изменяемые типы (списки, словари, множества) передаются по ссылке



Пример с кортежем:



```py
kort=(1,2,3,4)

func2(kort)

Traceback (most recent call last):

&nbsp; File "<pyshell#138>", line 1, in <module>

&nbsp;   func2(kort)

&nbsp; File "<pyshell#134>", line 2, in func2

&nbsp;   sps\[1]=99

TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
```



\# 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
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.

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):

&nbsp;	""" Итератор, возвращающий значения

&nbsp;	из диапазона от 1 до diap с шагом shag"""

&nbsp;	for j in range(1,diap+1,shag):

&nbsp;		yield j
for mm in func5(7,3):

&nbsp;	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):

&nbsp; File "<pyshell#158>", line 1, in <module>

&nbsp;   print(alp.\_\_next\_\_())

StopIteration

```

Генераторы "запоминают" своё состояние, но когда значения заканчиваются, они сигнализируют об этом через исключение StopIteration



\# 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):

&nbsp;	loc1=15

&nbsp;	glb=8

&nbsp;	return loc1\*arg



res=func7(glb)

res

150

glb

10

```

В функции использовалась глобальная переменная glb и локальная переменная loc1

Глобальная переменная glb не поменялась



Пример 2. Ошибка в использовании локального объекта.



```py
def func8(arg):

&nbsp;	loc1=15

&nbsp;	print(glb)  

&nbsp;	glb=8

&nbsp;	return loc1\*arg



res=func8(glb)

Traceback (most recent call last):

&nbsp; File "<pyshell#165>", line 1, in <module>

&nbsp;   res=func8(glb)

&nbsp; File "<pyshell#164>", line 3, in func8

&nbsp;   print(glb)

UnboundLocalError: cannot access local variable 'glb' where it is not associated with a value
```

Ошибка произошла потому что при выполнении print(glb) интерпретатор пытается найти локальную glb, но локальная glb еще не определена (определение на следующей строке)



Пример 3. Переопределение локализации объекта.



```py
glb=11
def func7(arg):

&nbsp;	loc1=15

&nbsp;	global glb

&nbsp;	print(glb)

&nbsp;	glb=8

&nbsp;	return loc1\*arg



&nbsp;   

res=func7(glb)

11

glb

8
```



Здесь мы прямо объявили переменную glb как глобальную, 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
globals().keys()

dict\_keys(\['\_\_name\_\_', '\_\_doc\_\_', '\_\_package\_\_', '\_\_loader\_\_', '\_\_spec\_\_', '\_\_annotations\_\_', '\_\_builtins\_\_', 'os', 'uspeh', 'n', 'm', 'sravnenie', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'kort1', 'kort2', 'kort3', 'kort4', 'dict1', 'dict2', 'dict3', 'dict4', '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', 'res', 'func8'])


locals().keys()  #Перечень локальных объектов
dict\_keys(\['\_\_name\_\_', '\_\_doc\_\_', '\_\_package\_\_', '\_\_loader\_\_', '\_\_spec\_\_', '\_\_annotations\_\_', '\_\_builtins\_\_', 'os', 'uspeh', 'n', 'm', 'sravnenie', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'kort1', 'kort2', 'kort3', 'kort4', 'dict1', 'dict2', 'dict3', 'dict4', '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', '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):

&nbsp;	loc1=15

&nbsp;	glb=8

&nbsp;	print(globals().keys())  #Перечень глобальных объектов «изнутри» функции

&nbsp;	print(locals().keys())  #Перечень локальных объектов «изнутри» функции

&nbsp;	return loc1\*arg



hh=func8(glb)

dict\_keys(\['\_\_name\_\_', '\_\_doc\_\_', '\_\_package\_\_', '\_\_loader\_\_', '\_\_spec\_\_', '\_\_annotations\_\_', '\_\_builtins\_\_', '\_\_file\_\_', 'func8', 'glb'])# Глобальное glb

dict\_keys(\['arg', 'loc1', 'glb'])# Локальное 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):

&nbsp;	def func9\_1(arg1):

&nbsp;		loc1=15

&nbsp;		glb1=8

&nbsp;		print('glob\_func9\_1:',globals().keys())

&nbsp;		print('locl\_func9\_1:',locals().keys())

&nbsp;		return loc1\*arg1

&nbsp;	loc1=5

&nbsp;	glb=func9\_1(loc1)

&nbsp;	print('loc\_func9:',locals().keys())

&nbsp;	print('glob\_func9:',globals().keys())

&nbsp;	return arg2+arg3\*glb



kk=func9(10,1)

glob\_func9\_1: dict\_keys(\['\_\_name\_\_', '\_\_doc\_\_', '\_\_package\_\_', '\_\_loader\_\_', '\_\_spec\_\_', '\_\_annotations\_\_', '\_\_builtins\_\_', '\_\_file\_\_', '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\_\_', '\_\_file\_\_', 'func9'])

```

Вложенная функция может использовать переменные внешней функции, но только если они явно переданы как аргументы



\## 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=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):

&nbsp;		vhod.append(A\*math.sin((2\*i\*math.pi)/F))
print(vhod)

\[0.0, 0.6038955602659801, 1.1830675653399556, 1.713804645284377, 2.17437836168736, 2.5459327724842526, 2.813256396441241, 2.9654049729843344, 2.9961495215131584, 2.904231356598613]```

!\[График2](Figure\_2.png)



Создание функций реализующие компоненты системы



```py
def realdvig(xtt,kk1,TT,yti1,ytin1):

&nbsp;		#Модель реального двигателя

&nbsp;   yp=kk1\*xtt  #усилитель

&nbsp;   yti1=yp+yti1  #Интегратор

&nbsp;   ytin1=(yti1+TT\*ytin1)/(TT+1)

&nbsp;   return \[yti1,ytin1]



def tahogen(xtt,kk2,yti2):

&nbsp;		#Модель тахогенератора

&nbsp;		yp=kk2\*xtt   #усилитель

&nbsp;		yti2=yp+yti2 #интегратор

&nbsp;		return yti2



def nechus(xtt,gran):

\#зона нечувствит

&nbsp;   if xtt<gran and xtt>(-gran):

&nbsp;       ytt=0

&nbsp;   elif xtt>=gran:

&nbsp;       ytt=xtt-gran

&nbsp;   elif xtt<=(-gran):

&nbsp;       ytt=xtt+gran

&nbsp;   return ytt

```

Реализуем соединение компонент в соответствии с заданием



```py
for xt in vhod:

&nbsp;   xt1=xt-yi2   #отрицательная обратная связь

&nbsp;   \[yi1,yin1]=realdvig(xt1,k1,T,yi1,yin1)

&nbsp;   yi2=tahogen(yin1,k2,yi2)

&nbsp;   yt=nechus(yin1,Xm)

&nbsp;   vyhod.append(yt)

print('y=',vyhod)


y= \[0.0, 0.0575138628824743, 0.19757451809698162, 0.37271445071909315, 0.44764431066344834, 0.24935818305562138, -0.3024162461562951, -1.0323481238173855, -1.4374313649904746, -0.8573979371237693]

```

 # 7. Завершение сеанса работы с IDLE