20 KiB

Исходник Вина История

Отчёт по Теме 7

Таболин Иван, А-01-23

1. Запуск и настройка.

Запустил среду IDLE и выполнил настрйоку рабочего каталога.

import os
os.chdir('C:\\Users\\User\\Desktop\\python-labs\\TEMA7')

2. Создание пользовательской функции.

Создание функции предполагает выполнение трех операций: формирование функции, ее сохранение и использование.

2.1. Пример 1.

Функция без аргументов.

def uspeh():
    """Подтверждение успеха операции"""
    print('Выполнено успешно')

    
uspeh()
Выполнено успешно

Тип объекта - function

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

В качестве помощи по созданной функции выводится сообщение с комментарием, который мы оставили при создании функции.

2.2. Пример 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)
    uspeh()

sravnenie(7,8)
7 меньше 8
Выполнено успешно
sravnenie(10,10)
10 равно 10
Выполнено успешно
sravnenie(10,5)
10 больше 5
Выполнено успешно

sravnenie('a','bcd')
a меньше bcd
Выполнено успешно

sravnenie('abcdefg','h')
abcdefg меньше h
Выполнено успешно

sravnenie('abc','abc')
abc равно abc
Выполнено успешно

2.3. Пример 3.

Функция, содержащая 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(v,'/(1+e^(-',w,')) = ', round(z,3))
    
1 /(1+e^(- 0.7 )) =  0.668

2.4. Пример 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);print(q)
[1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, 1]

k1=(1,2,3);k2=(4,5,6)
k3=(7,8,9);k4=(10,11,12)
slozh(k1,k2,k3,k4)
(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12)

sl1={'A':1,'B':2};sl2={'C':3,'D':4};sl3={'E':5,'F':6};sl4={'G':7,'H':8}
slozh(sl1,sl2,sl3,sl4)
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#64>", line 1, in <module>
    slozh(sl1,sl2,sl3,sl4)
  File "<pyshell#45>", line 3, in slozh
    return a1+a2+a3+a4
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'dict' and 'dict'

mn1={1,2,3};mn2={3,4};mn3={5,6};mn4={7,8}
slozh(mn1,mn2,mn3,mn4)
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#67>", line 1, in <module>
    slozh(mn1,mn2,mn3,mn4)
  File "<pyshell#45>", line 3, in slozh
    return a1+a2+a3+a4
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'set' and 'set'

2.5. Четвертый пример.

Функция, реализующая модель некоторого устройства, на вход которого в текущий момент поступает сигнал х, на выходе получается сигнал у:

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.plot(spsy)
[<matplotlib.lines.Line2D object at 0x000001AFB35E9590>]
plt.grid(True)
plt.xlabel('t')
Text(0.5, 0, 't')
plt.ylabel('Y(t)')
Text(0, 0.5, 'Y(t)')
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

3.1. Сохранение ссылки на объект-функцию в другой переменной.

fnkt=sravnenie
v=16

fnkt(v,23)
16 меньше 23
Выполнено успешно

3.3. Возможность альтернативного определения функции в программе.

typ_fun=8
if typ_fun==1:
    def func():
        print('Функция1')
else:
    def func():
        print('Функция2')

        
func()
Функция2

Функция func() определена вторым определением, так как typ_fun=8 != 1.

4. Аргументы функции.

4.1. Использование 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

4.2. Обязательные и необязательные аргументы.

def logistfun(a,b=1):
    """Вычисление логистической функции"""
    import math
    return b/(1+math.exp(-a))

logistfun(0.7)
0.6681877721681662
logistfun(0.7,2)
1.3363755443363323

4.3. Обращение к функции с произвольным расположением аргументов.

logistfun(b=0.5, a=0.8)
0.34498724056380625

4.4. Значения аргументов функции, содержатся в списке или кортеже.

b1234=[b1,b2,b3,b4]
qq=slozh(*b1234)
print(qq)
[1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, 1]

4.5. Аргументы функции содержатся в словаре.

dic4={"a1":1,"a2":2,"a3":3,"a4":4}
qqq=slozh(**dic4)
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)
1
func4(-1,2,0,3,6)
10

4.8. Комбинация аргументов.

def func4(a,b=7,*kort7):
    """Кортеж - сборка - должен быть последним!"""
    smm=0
    for elt in kort7:
        smm+=elt
    return a*smm+b

func4(-1,2,0,3,6)
-7

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

a=90
def func3(b):
    b=5*b+67

    
func3(a);print(a)
90

Число - неизменяемый тип объекта

sps1=[1,2,3,4]
def func2(sps):
    sps1[1]=99

    
func2(sps1)
print(sps1)
[1, 99, 3, 4]

Список - измеяемый тип объекта

kort=(1,2,3,4)
func2(kort);print(kort)
(1, 2, 3, 4)

Кортеж - неизменяемый тип объекта

5. Специальный типы пользовательских функций.

5.1. Анонимные функции.

# Анонимная функция без аргументов
anfun1=lambda: 1.5+math.log10(17.23)
anfun1()
2.7362852774480286
# Анонимная функция с 2 аргументами
anfun2=lambda a,b: a+math.log10(b)
anfun2(17,234)
19.369215857410143
# Функция с необязательным вторым аргументом
anfun3=lambda a,b=234: a+math.log10(b)
anfun3(100)
102.36921585741014

5.2. Функции-генераторы.

def func5(diap,shag):
    """ ИтераторБ возвращающий значения
    из диапазона от 1 до diapс 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#192>", line 1, in <module>
    print(alp.__next__())
StopIteration

Функция отработала последнюю итерацию, поэтому дальнейшее выполнение невозможно. Функция-генератор используется один раз.

6. Локализация объектов в функции.

6.1. Прмеры.

Пример 1.

glb=10
def func7(arg):
    loc1=15
    glb=8
    return loc1*arg

res=func7(glb);res
150

При получении результата использовались значения локального объекта loc1 и переданного глобального объекта glb 10*15=150 Значение глобального объекта glb не изменилось. 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#209>", line 1, in <module>
    res=func8(glb)
  File "<pyshell#208>", line 3, in func8
    print(glb)
UnboundLocalError: cannot access local variable 'glb' where it is not associated with a value

Локальная переменная glb инициализирована позже попытки вывести её. Пример 3.

glb=11
def func7(arg):
    loc1=15
    global glb
    print(glb)
    glb=8
    return loc1*arg

res=func7(glb);print(res)
11
165
glb
8

При расчете возвращаемого значения использовано значение переменной glb, которое было передано в качестве аргумента функции arg. Однако само значение глобальной переменной glb изменилось, так как мы локализировали переменную дескриптором global.

6.2. Выявление локализации объекта.

globals().keys()
dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__annotations__', '__builtins__', 'os', 'random', 'rn', 'f_in', 'sys', 'tmp_in', 'kort20', 'summ', 'x', 'fun_arg', 'logistfun', 'zz', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'b1234', 'slozh', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8'])
locals().keys()
dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__annotations__', '__builtins__', 'os', 'random', 'rn', 'f_in', 'sys', 'tmp_in', 'kort20', 'summ', 'x', 'fun_arg', 'logistfun', 'zz', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'b1234', 'slozh', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8'])
globals().keys() == locals().keys()
True

Различий в этих перечнях нет, так как мы работаем в модуле main.

def func8(arg):
    loc1=15
    glb=8
    print(globals().keys())
    print(locals().keys())
    return loc1*arg

hh=func8(glb)
dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__annotations__', '__builtins__', 'os', 'random', 'rn', 'f_in', 'sys', 'tmp_in', 'kort20', 'summ', 'x', 'fun_arg', 'logistfun', 'zz', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'b1234', 'slozh', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8'])
dict_keys(['arg', 'loc1', 'glb'])

'glb' in globals().keys()
True

Перечень locals().keys() показывает локальные переменые той функции, в которой он вызван, то есть локальные переменные функции func8.

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', 'random', 'rn', 'f_in', 'sys', 'tmp_in', 'kort20', 'summ', 'x', 'fun_arg', 'logistfun', 'zz', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'b1234', 'slozh', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', '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__', 'os', 'random', 'rn', 'f_in', 'sys', 'tmp_in', 'kort20', 'summ', 'x', 'fun_arg', 'logistfun', 'zz', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'b1234', 'slozh', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8', 'hh', 'func9'])
kk
85

6.4. Моделирование системы.

Система состоит из последовательного соединения реального двигателя, охваченного ООС 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 = 2,0.5,3,20,5,10,100
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])
k1,T,k2,Xm,A,F,N
(2.0, 0.5, 3.0, 20.0, 5.0, 10.0, 100.0)

import math
vhod=[]
for i in range(N):
    vhod.append(A*math.sin((2*i*math.pi)/F))

import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot(vhod)
         
[<matplotlib.lines.Line2D object at 0x000001DEABA54CD0>]
plt.xlabel('t')
         
Text(0.5, 0, 't')
plt.ylabel('X(t)')
         
Text(0, 0.5, 'X(t)')
plt.grid(True)
         
plt.title('Входной сигнал')
         
Text(0.5, 1.0, 'Входной сигнал')
plt.show()

Входной сигнал

Создание моделей компонентов системы.

def realdvig(xtt,kk1,TT,yti1,ytin1):
    """Реальный двигатель
    xtt - входной сигнал
    kk1 - коэффициент усиления
    TT - постоянная времени"""
    yp=kk1*xtt # усилитель
    yti1=yp+yti1 # интегратор
    ytin1=(yti1+TT*ytin1)/(TT+1)
    return [yti1,ytin1]

def tahogen(xtt,kk2,yti2):
    """Тахогенератор
    xtt - входной сигнал
    kk2 - коэф. усиления"""
    yp=kk2*xtt # усилитель
    yti2=yp+yti2 # интегратор
    return yti2

def nechus(xtt,gran):
    """Зона нечувствительности
    xtt - входной сигнал
    gran - границы зоны"""
    if xtt<gran and xtt>(-gran):
        ytt=0
    elif xtt>=gran:
        ytt=xtt-gran
    elif xtt<=(-gran):
        ytt=xtt+gran
    return ytt

yi1=0;yin1=0;yi2=0
vyhod=[]
for xt in vhod:
    xt1=xt-yi2 # ООС
    [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, -10.974148811740466, 31.23160757720293, -8.503430739117402, -24.286442652106217, 120.81546660445824, -150.3828501669592, 12.095016626781707, 253.49964308649874, -550.0372845930702, 482.5059329598621, 183.71880041751297, -1344.6318420666303, 2086.275615417099, -1144.2481204296605, -2002.5012972412562, 5993.340901257227, -7021.903855263193, 1016.1859225809073, 11990.058286540936, -24073.46344205082, 20464.40390004343, 10000.873807285976, -58849.36542455066, 88226.20589713757, -45598.687710122824, -90648.98545320811, 256539.10209617077, -291673.6755433273, 28310.708692509466, 524435.5569749932, -1018521.6679602802, 832902.8430147418, 484167.14580257685, -2534673.285447276, 3695133.6022211737, -1772684.8126889702, -4048961.4995111916, 10934504.469172316, -12066790.472233215, 537460.4167893449, 22860371.582130555, -43018701.06713582, 33776359.86584025, 23024016.448104482, -109006911.79047805, 154563598.85923606, -68253115.38703698, -180186433.63572612, 465587164.0724488, -498418911.61202526, -5342551.979281266, 994798216.431469, -1815232394.0390863, 1365609422.6048367, 1080971013.622714, -4682711578.392281, 6458104066.395749, -2598663786.050113, -7993304317.292057, 19805981578.613724, -20554016684.21948, -1417709580.6659634, 43221537691.59888, -76524385729.04279, 55032176844.606346, 50227527357.92703, -200940968969.65836, 269533128283.83582, -97577756381.57198, -353572609482.7477, 841761652588.4781, -846174323954.32, -110503084200.59412, 1875049564511.6016, -3222968908487.364, 2209697878532.739, 2313801571412.487, -8613488719461.749, 11236044539575.766, -3599659176361.6226, -15598471845164.156, 35742233215790.65, -34772822009814.105, -6815175958331.712, 81227407685562.34, -135611326881975.75, 88368140007882.67, 105814447351992.02, -368841421227173.7, 467834336461247.94, -129716709606099.69, -686476518500955.9]

plt.plot(vyhod)
[<matplotlib.lines.Line2D object at 0x000001DEAF333250>]
plt.grid(True)
plt.xlabel('t')
Text(0.5, 0, 't')
plt.ylabel('Y(t)')
Text(0, 0.5, 'Y(t)')
plt.title('Выходной сигнал')
Text(0.5, 1.0, 'Выходной сигнал')
plt.show()

Выходной сигнал

20 KiB Исходник Вина История