23 KiB
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
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']
help(uspeh)
Help on function uspeh in module __main__:
uspeh()
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
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
n,m='16','5';sravnenie(n,m)
16 меньше 5
ord('1')
49
ord('5')
53
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.
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
Использует return вместо print - результат "возвращается", а не выводится
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)
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):
File "<pyshell#40>", line 1, in <module>
slozh(dict1, dict2, dict3, dict4)
File "<pyshell#26>", line 3, in slozh
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):
File "<pyshell#38>", line 1, in <module>
mnoz = slozh({1,3}, {6,9}, {"zxcv"}, {0,9})
File "<pyshell#26>", line 3, in slozh
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:
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=[]
TT=20
yy=0
for xx in sps:
yy=inerz(xx,TT,yy)
spsy.append(yy)
import matplotlib.pyplot as plt
plt.show()
plt.plot(spsy)
[<matplotlib.lines.Line2D object at 0x000002977187AC10>]
plt.show()```
3. Функции как объекты
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__', '__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)
Модель устройства с памятью:
x- текущее значение вх.сигнала,
T -постоянная времени,
ypred - предыдущее значение выхода устройства
3.2 Сохранение ссылки на объект-функции в другой переменной
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
typ_fun=8
if typ_fun==1:
def func():
print('Функция 1')
else:
def func():
print('Функция 2')
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
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
Функция fun_arg принимает другую функцию как аргумент (fff) и использует её в своих вычислениях
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 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
используются именованные аргументы
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
qq
[1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, -1]
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
qqq
10
4.6 Смешанные ссылки
e1=(-1,6);dd2={'a3':3,'a4':9}
qqqq=slozh(*e1,**dd2)
qqqq #-1 + 6 + 3 + 9 = 17
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
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
def func5(a,b=7,**dict):
"""Словарь"""
smm=0
smm = sum (dict.values())
return a*smm+b
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
a=90
def func3(b):
b=5*b+67
func3(a)
a
значение переменной а не поменялось
Пример со списком:
def func2(sps):
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:
kort=(1,2,3,4)
func2(kort)
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#138>", line 1, in <module>
func2(kort)
File "<pyshell#134>", line 2, in func2
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.
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).
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 "<pyshell#158>", line 1, in <module>
print(alp.__next__())
StopIteration
Генераторы "запоминают" своё состояние, но когда значения заканчиваются, они сигнализируют об этом через исключение StopIteration func5 с yield идеально подходит для обработки больших диапазонов без нагрузки на память
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:
glb=10
def func7(arg):
loc1=15
glb=8
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.
def func8(arg):
loc1=15
print(glb)
glb=8
return loc1*arg
res=func8(glb)
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#165>", line 1, in <module>
res=func8(glb)
File "<pyshell#164>", line 3, in func8
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.
glb=11
def func7(arg):
loc1=15
global glb
print(glb)
glb=8
return loc1*arg
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.
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.
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__', '__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
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__', '__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.
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):
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]```
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):
#зона нечувствит
if xtt<gran and 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
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, 0.0575138628824743, 0.19757451809698162, 0.37271445071909315, 0.44764431066344834, 0.24935818305562138, -0.3024162461562951, -1.0323481238173855, -1.4374313649904746, -0.8573979371237693]