# Отчёт по теме 7 Зеленкина Катерина, А-02-23 ## Пункт 1.Запуск оболочки IDLE ## Пункт 2. Создание пользовательской функции ### 2.1. Функция без аргументов. ```py >>> def uspeh(): ... """Подтверждение успеха операции""" ... print('Выполнено успешно!') >>> uspeh() Выполнено успешно! >>> dir() ['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'os', 'uspeh'] >>> type(uspeh) >>> help(uspeh) Help on function uspeh in module __main__: uspeh() Подтверждение успеха операции ``` __Вывод:__ Встроенная помощь (docstring) для функции создается с помощью строки документации в тройных кавычках сразу после объявления функции. Эта строка автоматически становится частью объекта функции и отображается при вызове help() ### 2.2. Функция с аргументами. ```py >>> def sravnenie(a,b): ... """Сравнение a и b""" ... if a>b: ... print(a,' больше ',b) ... elif a>> n,m=16,5;sravnenie(n,m) 16 больше 5 ``` Проверим, можно ли эту функцию выполнить с аргументами - символьными строками: ```py n,m='7','5';sravnenie(n,m) 7 больше 5 ``` __Вывод:__ да, эту функцию можно выполнить с символьными строками ### 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) #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); q #Сложение списков [1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, -1] ``` Применения этой функции для сложения кортежей, словарей и множеств: ```py #Сложение кортежей >>> k1=(1, 'p', 3); k2=(4, 'o', 5); k3=(6, 'a', 'b'); k4=(7,'n', 'k') >>> q2=slozh(k1,k2,k3,k4);q2 (1, 'p', 3, 4, 'o', 5, 6, 'a', 'b', 7, 'n', 'k') #Сложение множеств >>> m1={1, 'p', 3}; m2={4, 'o', 5}; m3={6, 'a', 'b'}; m4={7,'n', 'k'} >>> slozh(m1,m2,m3,m4) ... TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'set' and 'set' #Сложение словарей s1={'a': 1}; s2={'b': 2}; s3={'c': 3}; s4={'d': 4} slozh(s1,s2,s3,s4) ... TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'dict' and 'dict' ``` __Вывод:__ Нам выдало ошибку, потому что использование оператора + со множествами и словарями не поддерживается в Python. ### 2.5. Модель устройства: преобразование сигнала x в 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 ``` Создадим список с измерениями значений входного сигнала – в виде «ступеньки»: ```py >>> sps=[0]+[1]*100 >>> spsy=[] >>> TT=20 >>> yy=0 >>> for xx in sps: ... yy=inerz(xx,TT,yy) ... spsy.append(yy) ``` Представим выходной сигнал в виде графика. ```py >>> import matplotlib.pyplot as plt >>> plt.figure(figsize=(10, 6))
>>> plt.plot(sps, 'r-', linewidth=2, label='Входной сигнал (x)') [] >>> plt.plot(spsy, 'b-', linewidth=2, label='Выходной сигнал (y)') [] >>> plt.title('Модель устройства с памятью') Text(0.5, 1.0, 'Модель устройства с памятью') >>> plt.xlabel('Время') Text(0.5, 0, 'Время') >>> plt.ylabel('Сигнал') Text(0, 0.5, 'Сигнал') >>> plt.grid(True) >>> plt.legend() >>> plt.show() ``` ! [Скриншон графика1](image1.png) ## Пункт 3. Функции как объекты. ### 3.1. Получение списка атрибутов объекта-функции. 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__'] ``` Пример использования атрибута функции: ```py >>> inerz.__doc__ 'Модель устройства с памятью:\nx- текущее значение вх.сигнала,\nT -постоянная времени,\nypred - предыдущее значение выхода устройства' ``` __Вывод:__ данные берутся из самой функции - строка документации (docstring) в тройных кавычках становится атрибутом __doc__ объекта-функции. Для сравнения, введём инструкцию: ```py >>> 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 ``` __Вывод:__ функция help() форматирует строку документации из doc и дополняет её служебной информацией о функции. ### 3.2. Сохранение ссылки на объект-функцию в другой переменной. ```py >>> fnkt=sravnenie >>> v=16 >>> fnkt(v,23) 16 меньше 23 ``` __Вывод:__ в Python можно создать несколько имён-ссылок на одну и ту же функцию, и все они будут работать одинаково. ### 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 ``` __Вывод:__ вывелась "Функция 2", потому что условие typ_fun==1 ложно и выполнился блок else, где функция переопределяется. ## Пункт 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 ``` ### 4.2. Обязательные и необязательные аргументы. Переопределите вычисление логистической функции следующим образом: ```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. Обращения к функции с произвольным (непозиционным) расположением аргументов. Изучите 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); qq #Перед ссылкой на список или кортеж надо ставить звездочку [1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, -1] ``` ### 4.5. Пример со значениями аргументов функции, содержащимися в словаре. Функция получила доступ к значениям словаря через переданную ссылку на него. ```py >>> dic4={"a1":1,"a2":2,"a3":3,"a4":4} >>> qqq=slozh(**dic4); qqq 10 ``` ### 4.6. Смешанные ссылки. Функция была вызвана с прямой передачей ссылок на список и словарь. ```py >>> e1=(-1,6);dd2={'a3':3,'a4':9} >>> qqqq=slozh(*e1,**dd2); qqqq 17 ``` ### 4.7. Переменное число аргументов у функции. Пример. ```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 ``` ### 4.8. Комбинация аргументов Пример. ```py >>> def func4(a,b=7,*kort7): ... """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: ```py >>> def func_dict(**slovar): ... print('Ваш словарь: ', slovar) >>> func_dict(a=1, b=2, c=3) Ваш словарь: {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3} ``` ### 4.9. Изменение значений объектов, используемых в качестве аргументов функции. Такое изменение возможно только у объектов изменяемого типа. Пример с числовым объектом. ```py >>> a=90 #Числовой объект – не изменяемый тип >>> def func3(b): ... b=5*b+67 >>> func3(a) >>> a 90 ``` __Вывод:__ значение a не изменилось, так как числа - неизменяемый тип и внутри функции создается новый объект. Пример со списком. ```py >>> sps1=[1,2,3,4] #Список – изменяемый тип объекта >>> def func2(sps): ... sps[1]=99 >>> func2(sps1) >>> print(sps1) [1, 99, 3, 4] ``` __Вывод:__ да, список sps1 изменился, так как списки передаются по ссылке и являются изменяемыми объектами. Операция sps[1]=99 изменяет исходный список по индексу. Попробуем применить эту функцию к кортежу. ```py kort=(1,2,3,4) 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 ``` __Вывод:__ кортежи являются неизменяемыми объектами и не поддерживают присваивание по индексу ## Пункт 5. Специальные типы пользовательских функций. ### 5.1. Анонимные функции. Анонимная функция возвращает ссылку на объект-функцию, которую можно присвоить другому объекту. Пример. ```py >>> import math >>> anfun1=lambda: 1.5+math.log10(17.23) >>> anfun1() 2.7362852774480286 >>> anfun2=lambda a,b : a+math.log10(b) >>> anfun2(17,234) 19.369215857410143 >>> anfun3=lambda a,b=234: a+math.log10(b) >>> 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. Пример. ```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 ``` 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. Например: ```py alp=func5(7,3) print(alp.__next__()) 1 print(alp.__next__()) 4 print(alp.__next__()) 7 ``` Попробуем повторно вызвать код: ```py >>> print(alp.__next__()) Traceback (most recent call last): File "", line 1, in print(alp.__next__()) StopIteration ``` __Вывод:__ На 4 раз появилась ошибка, потому что итератор alp уже исчерпан и не имеет больше элементов для возврата ## Пункт 6. Локализация объектов в функциях. ### 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 ``` __Вывод:__ Использовались значения глобальной переменной glb = 10 (как аргумент arg) и локальная переменная loc1 = 15 Значение glb не изменилась, она осталась равной 10, так как внутри функции создана новая локальная переменная с тем же именем glb=8. Пример 2. Ошибка в использовании локального объекта. ```py >>> def func8(arg): ... loc1=15 ... print(glb) ... glb=8 ... return loc1*arg >>> res=func8(glb); res Traceback (most recent call last): File "", line 1, in res=func8(glb); res File "", line 3, in func8 print(glb) UnboundLocalError: cannot access local variable 'glb' where it is not associated with a value ``` __Вывод:__ возникает ошибка, потому что сначала идет обращение к переменной, а потом её создание. 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); res 11 165 ``` __Вывод:__ значение переменной glb изменилось, потому что инструкция global glb явно указала, что переменная glb является глобальной, и присваивание glb=8 изменило глобальную переменную, а не создало локальную. ### 6.2. Функции locals() и globals() из builtins Эти функции возвращают словари, ключами в которых будут имена объектов, являющихся, соот-ветственно, локальными или глобальными на уровне вызова этих функций. Примеры. В командной строке введите инструкции ```py >>> globals().keys() #Перечень глобальных 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', 'k1', 'k2', 'k3', 'k4', 'q2', 'm1', 'm2', 'm3', 'm4', 's1', 's2', 's3', 's4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'pylab', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func_dict', 'a', 'func3', 'b', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', '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', 'k1', 'k2', 'k3', 'k4', 'q2', 'm1', 'm2', 'm3', 'm4', 's1', 's2', 's3', 's4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'pylab', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func_dict', 'a', 'func3', 'b', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8']) ``` Различий нет, так как в основном модуле (глобальной области видимости) словари globals() и locals() ссылаются на один и тот же объект. ```py >>> def func8(arg): ... loc1=15 ... loc1=15 ... print(globals().keys()) ... print(locals().keys()) ... return loc1*arg >>> hh=func8(glb); hh dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__annotations__', '__builtins__', 'os', 'uspeh', 'n', 'm', 'sravnenie', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'k1', 'k2', 'k3', 'k4', 'q2', 'm1', 'm2', 'm3', 'm4', 's1', 's2', 's3', 's4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'pylab', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func_dict', 'a', 'func3', 'b', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8']) dict_keys(['arg', 'loc1']) 120 ``` Внутри функции locals() показывает только локальные параметры и переменные функции, а globals() — все объекты модуля. Проверим наличие объекта glb в перечне глобальных объектов: ```py >>> 'glb' in globals().keys() True ``` ### 6.3. Локализация объектов при использовании вложенных функций. Пример. ```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); kk glob_func9_1: dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__annotations__', '__builtins__', 'os', 'uspeh', 'n', 'm', 'sravnenie', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'k1', 'k2', 'k3', 'k4', 'q2', 'm1', 'm2', 'm3', 'm4', 's1', 's2', 's3', 's4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'pylab', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func_dict', 'a', 'func3', 'b', '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', 'uspeh', 'n', 'm', 'sravnenie', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 'k1', 'k2', 'k3', 'k4', 'q2', 'm1', 'm2', 'm3', 'm4', 's1', 's2', 's3', 's4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'pylab', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func_dict', 'a', 'func3', 'b', 'sps1', 'func2', 'kort', 'anfun1', 'math', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8', 'hh', 'func9']) 85 ``` Внешняя функция func9 содержит в своей локальной области параметры arg2, arg3 и внутренние переменные loc1, glb, а также вложенную функцию func9_1. Вложенная функция func9_1 работает в изолированной локальной области со своими переменными arg1, loc1, glb1 и не видит локальные переменные внешней функции func9, но имеет доступ к глобальной области модуля. ### 6.4. Большой пример ```py import math # Ввод параметров 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]) # Создание входного сигнала import math vhod=[] for i in range(N): vhod.append(A*math.sin((2*i*math.pi)/F)) print("Входной сигнал:", vhod) # Функции компонентов системы 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 xtt < gran and xtt > (-gran): ytt = 0 elif xtt >= gran: ytt = xtt - gran elif xtt <= (-gran): ytt = xtt + gran return ytt # Реализация соединения компонент 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) k1,T,k2,Xm,A,F,N=10, 20, 1.5, 8, 3.9, 22, 12 Входной сигнал: [0.0, 1.0987569716815757, 2.1084991880768302, 2.947423339981607, 3.5475647818826213, 3.8603036233356374, 3.860303623335638, 3.5475647818826217, 2.947423339981607, 2.108499188076831, 1.0987569716815757, 2.209560170082712e-15] y= [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -0.25334827984566566, 0, 7.152382915540651, 20.1527847908908, 9.624947687157025] ``` ## Пункт 7. Окончание сеанса работы с IDLE.