28 KiB
Отчет по Теме 7
Зеленкина Ксения, А-02-23
1. Начало работы.
Запустила интерактивную оболочку IDLE и открыла окно текстового редактора, куда буду фиксировать мои дальнейшие действия.
2. Создание пользовательской функции.
2.1. Первый пример: функция – без аргументов.
Проверим функцию: Код:
def uspeh():
"""Подтверждение успеха операции"""
print('Выполнено успешно!')
uspeh()
Вывод:
Выполнено успешно!
Определим класс объекта с именем uspeh. Код:
print(type(uspeh))
Вывод:
<class 'function'>
С помощью инструкции dir() убедимся, что имя функции появилось в пространстве имен. Код:
if 'uspeh' in dir():
print("Функция 'uspeh' присутствует в пространстве имен")
Вывод:
Функция 'uspeh' присутствует в пространстве имен
Введём инструкцию help(uspeh): Код:
help(uspeh)
Вывод:
Help on function uspeh in module __main__:
uspeh()
Подтверждение успеха операции
Помощь организуется через docstring - строку документации в тройных кавычках сразу после объявления функции. Python автоматически использует ее для вывода в help().
2.2 Пример функции с аргументами.
Код:
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)
Вывод:
16 больше 5
Проверим, можно ли эту функцию выполнить с аргументами - символьными строками: Код:
sravnenie("прога", "математика")
sravnenie("физика", "физика")
sravnenie("элтех", "элтехи")
Вывод:
прога больше математика
физика равно физика
элтех меньше элтехи
Да, эту функцию можно выполнить с символьными строками. Сравнение строк происходит по алфавиту на основе кодов символов в Unicode.
2.3 Пример функции, содержащей return
Код:
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(z)
Вывод:
0.6681877721681662
2.4 Сложение для разных типов аргументов.
Код:
def slozh(a1,a2,a3,a4):
""" Сложение значений четырех аргументов"""
return a1+a2+a3+a4
slozh(1,2,3,4) # Сложение чисел
slozh('1','2','3','4') # Сложение строк
b1=[1,2];b2=[-1,-2];b3=[0,2];b4=[-1,-1]
q=slozh(b1,b2,b3,b4) #Сложение списков
print(q)
Вывод:
[1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, -1]
Изучим возможность применения этой функции для сложения кортежей, словарей и множеств. Кортежи: Код:
t1 = (1, 2); t2 = (3, 4); t3 = (5,); t4 = (6, 7)
print(slozh(t1, t2, t3, t4))
Вывод:
(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)
Множества: Код:
s1 = {1, 2}; s2 = {2, 3}; s3 = {4}; s4 = {1, 5}
print(slozh(s1, s2, s3, s4))
Вывод:
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'set' and 'set'
Словари: Код:
d1 = {'a': 1}; d2 = {'b': 2}; d3 = {'c': 3}; d4 = {'a': 10}
print(slozh(d1, d2, d3, d4))
Вывод:
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'dict' and 'dict'
Функция не работает с множествами и словарями, так как оператор "+"" не поддерживается для них.
2.5 Модель устройства обработки сигнала
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
Создадим список с измерениями значений входного сигнала – в виде «ступеньки»:
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)
Представим выходной сигнал в виде графика.
3. Функции как объекты.
3.1. Получение списка атрибутов объекта-функции.
Код:
print(dir(inerz))
Вывод:
['__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: Код:
print(inerz.__doc__)
Вывод:
Модель устройства с памятью:
x- текущее значение вх.сигнала,
T -постоянная времени,
ypred - предыдущее значение выхода устройства
Даннаяя функция берется непосредственно из строки документации в тройных кавычках внутри функции.
Для сравнения, введём инструкцию: Код:
help(inerz)
Вывод:
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
help() - форматирует информацию из doc и добавляет служебные данные о функции
3.2. Сохранение ссылки на объект-функцию в другой переменной.
Код:
fnkt=sravnenie
v=16
fnkt(v,23)
Вывод:
16 меньше 23
Создали вторую переменную для функции (псевдоним) и применили её. Произошло сравнения числа 16 (записанного в переменную v) и сравнили с числом 23.
3.3. Возможность альтернативного определения функции в программе.
Код:
typ_fun=8
if typ_fun==1:
def func():
print('Функция 1')
else:
def func():
print('Функция 2')
func()
Вывод:
Функция 2
Выводится "Функция 2", потому что условие typ_fun==1 ложно.
4. Аргументы функции.
4.1. Использование функции в качестве аргумента другой функции
Код:
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)
Вывод:
-2.3318122278318336
4.2. Обязательные и необязательные аргументы
Переопределим вычисление логистической функции следующим образом: Код:
def logistfun(a,b=1): #Аргумент b – необязательный; значение по умолчанию=1
"""Вычисление логистической функции"""
import math
return b/(1+math.exp(-a))
print(logistfun(0.7)) #Вычисление со значением b по умолчанию
print(logistfun(0.7,2)) #Вычисление с заданным значением b
Вывод:
0.6681877721681662
1.3363755443363323
4.3. Обращения к функции с произвольным (непозиционным) расположением аргументов
Изучим возможность обращения к функции с произвольным (непозиционным) расположением аргументов. При этом надо в обращении к функции указывать имена аргументов: Код:
print(logistfun(b=0.5, a=0.8)) # Аргументы поменялись местами
print(logistfun(a=0.8, b=0.5)) # То же самое, но в другом порядке
Вывод:
0.34498724056380625
0.34498724056380625
Все вызовы работают корректно, так как при именованном указании аргументов их порядок не имеет значения.
4.4 Пример со значениями аргументов функции, содержащимися в списке или кортеже.
Код:
b1234 = [b1, b2, b3, b4] # Список списков из п.2.4
qq = slozh(*b1234) # Перед ссылкой на список или кортеж надо ставить звездочку
print(qq)
Вывод:
[1, 2, -1, -2, 0, 2, -1, -1]
4.5. Пример со значениями аргументов функции, содержащимися в словаре
Код:
dic4={"a1":1,"a2":2,"a3":3,"a4":4}
qqq=slozh(**dic4) #Перед ссылкой на словарь надо ставить две звездочки
print(qqq)
Вывод:
10
4.6. Смешанные ссылки
Код:
e1=(-1,6);dd2={'a3':3,'a4':9}
qqqq=slozh(*e1,**dd2)
print(qqqq)
Вывод:
17
4.7. Переменное число аргументов у функции
Код:
def func4(*kort7):
"""Произвольное число аргументов в составе кортежа"""
smm=0
for elt in kort7:
smm+=elt
return smm
print(func4(-1,2)) #Обращение к функции с 2 аргументами
print(func4(-1,2,0,3,6)) #Обращение к функции с 5 аргументами
Вывод:
1
10
4.8. Комбинация аргументов
Код:
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
print(func4(-1,2,0,3,6))
Вывод:
-7
Для словаря: Код:
def func4_dict(a, b=7, **slovar): # a-позиционный, b- по умолчанию, **slovar-словарь
"""Словарь - сборка именованных аргументов - должен быть последним!"""
smm = 0
for key, value in slovar.items():
smm += value
return a * smm + b
# Вызов функции:
print(func4_dict(-1, 2, x=0, y=5, z=6))
Вывод:
-9
Функция func4_dict принимает позиционный аргумент a, необязательный b и произвольные именованные аргументы **slovar, которые автоматически собираются в словарь, где ключи - имена аргументов, а значения - их значения, затем суммирует все значения словаря, умножает на a и прибавляет b.
4.9. Изменение значений объектов, используемых в качестве аргументов функции.
Такое изменение возможно только у объектов изменяемого типа. Пример с числовым объектом^ Код:
a=90 # Числовой объект – не изменяемый тип
def func3(b):
b=5*b+67
print(func3(a))
Вывод:
None
Исходное значение a осталось 90 - неизменяемые объекты не меняются при передаче в функцию. Пример со списком: Код:
sps1=[1,2,3,4] #Список – изменяемый тип объекта
def func2(sps):
sps[1]=99
print(func2(sps1))
print(sps1)
Вывод:
None
[1, 99, 3, 4]
Список изменился, так как списки - изменяемый тип объекта.
Кортеж: Код:
kort = (1, 2, 3, 4) # Кортеж – неизменяемый тип объекта
print(func2(kort))
Вывод:
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
Кортеж не изменится и возникнет ошибка.
5. Специальные типы пользовательских функций
5.1. Анонимные функции.
Анонимные функции или по-другому их называют лямбда-функциями – это функции без имени. Код:
import math
anfun1 = lambda: 1.5 + math.log10(17.23) # Анонимная функция без аргументов
print(anfun1()) # Обращение к объекту-функции
anfun2 = lambda a, b: a + math.log10(b) # Анонимная функция с 2 аргументами
print(anfun2(17, 234))
anfun3 = lambda a, b=234: a + math.log10(b) # Функция с необязательным вторым аргументом
print(anfun3(100))
Вывод:
2.7362852774480286
19.369215857410143
102.36921585741014
5.2. Функции-генераторы.
Это – такие функции, которые используются в итерационных процессах, позволяя на каждой итерации получать одно из значений. Код:
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)
Вывод:
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: Код:
alp=func5(7,3)
print(alp.__next__())
print(alp.__next__())
print(alp.__next__())
Вывод:
1
4
7
попрогбуем вызвать ещё раз Код:
alp=func5(7,3)
print(alp.__next__())
print(alp.__next__())
print(alp.__next__())
print(alp.__next__())
Вывод:
StopIteration
При четвертом вызове alp.next() возникнет ошибка StopIteration, потому что генератор func5(7,3) уже исчерпал все свои значения (1, 4, 7) и не может произвести следующее значение.
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. Они записываются в пространство имен, создаваемое в функции. Глобальные – это те объекты, значения которых заданы вне функции. Они определены в пространствах имен 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. Код:
glb=10
def func7(arg):
loc1=15
glb=8
return loc1*arg
res=func7(glb)
print(res)
Вывод:
150
При вычислении результата использовались локальная переменная loc1=15 и глобальная переменная glb=10 (переданная как аргумент arg), результат 150, при этом значение глобальной переменной glb не изменилось и осталось 10, так как внутри функции glb=8 создала новую локальную переменную, а не изменила глобальную.
Пример 2. Ошибка в использовании локального объекта. Код:
def func8(arg):
loc1=15
print(glb)
glb=8
return loc1*arg
res=func8(glb)
print(res)
Вывод:
UnboundLocalError: cannot access local variable 'glb' where it is not associated with a value
Ошибка возникает потому что Python обнаруживает операцию присваивания glb=8 внутри функции и поэтому считает glb локальной переменной, но при этом выполняется попытка печати значения print(glb) до инициализации этой локальной переменной.
Пример 3. Переопределение локализации объекта Код:
glb=11
def func7(arg):
loc1=15
global glb
print(glb)
glb=8
return loc1*arg
res=func7(glb)
print(res)
Вывод:
11
165
Значение изменилось
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. Примеры. В командной строке введем инструкции: Код:
print(globals().keys()) #Перечень глобальных объектов
print(locals().keys()) #Перечень локальных объектов
Вывод:
#Перечень глобальных объектов
dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__annotations__', '__builtins__', '__file__', '__cached__', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 't1', 't2', 't3', 't4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func4_dict', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'math', 'anfun1', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res'])
#Перечень локальных объектов
dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__annotations__', '__builtins__', '__file__', '__cached__', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 't1', 't2', 't3', 't4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func4_dict', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'math', 'anfun1', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res'])
Различий в перечнях нет - в основном режиме выполнения (не внутри функции) глобальная и локальная области видимости совпадают, поэтому globals().keys() и locals().keys() показывают одинаковый набор объектов, так как выполняются в одной области видимости.
Код:
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)
Вывод:
dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__annotations__', '__builtins__', '__file__', '__cached__', 'uspeh', 'sravnenie', 'n', 'm', 'logistfun', 'v', 'w', 'z', 'slozh', 'b1', 'b2', 'b3', 'b4', 'q', 't1', 't2', 't3', 't4', 'inerz', 'sps', 'spsy', 'TT', 'yy', 'xx', 'plt', 'fnkt', 'typ_fun', 'func', 'fun_arg', 'zz', 'b1234', 'qq', 'dic4', 'qqq', 'e1', 'dd2', 'qqqq', 'func4', 'func4_dict', 'a', 'func3', 'sps1', 'func2', 'math', 'anfun1', 'anfun2', 'anfun3', 'func5', 'mm', 'alp', 'glb', 'func7', 'res', 'func8'])
dict_keys(['arg', 'loc1', 'glb'])
Глобальные объекты - все переменные модуля уровня Локальные объекты - только параметры функции (arg) и переменные, созданные внутри функции (loc1, glb)
Проверка наличия объекта glb в перечне глобальных объектов: Код:
print('glb' in globals().keys())
Вывод:
True
6.3. Локализация объектов при использовании вложенных функций.
Пример: Код:
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)
print(kk)
Вывод:
85
Каждая функция имеет свою локальную область видимости: вложенная функция func9_1 видит только свои локальные объекты (arg1, loc1, glb1) и глобальные объекты модуля, но не видит локальные объекты внешней функции func9 (arg2, arg3, loc1), при этом переменная loc1 существует независимо в обеих функциях со своими значениями.
6.4 Большой пример
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)
Вывод:
k1,T,k2,Xm,A,F,N=1.5,0.1,0.8,0.2,1.0,10,50
Входной сигнал: [0.0, 0.5877852522924731, 0.9510565162951535, 0.9510565162951536, 0.5877852522924732, 1.2246467991473532e-16, -0.587785252292473, -0.9510565162951535, -0.9510565162951536, -0.5877852522924734, -2.4492935982947064e-16, 0.5877852522924722, 0.9510565162951535, 0.9510565162951536, 0.5877852522924734, 3.6739403974420594e-16, -0.5877852522924728, -0.9510565162951534, -0.9510565162951538, -0.5877852522924735, -4.898587196589413e-16, 0.5877852522924727, 0.9510565162951529, 0.9510565162951538, 0.5877852522924736, 6.123233995736766e-16, -0.5877852522924726, -0.9510565162951534, -0.9510565162951538, -0.5877852522924737, -7.347880794884119e-16, 0.5877852522924725, 0.9510565162951533, 0.9510565162951539, 0.5877852522924738, 8.572527594031472e-16, -0.5877852522924725, -0.9510565162951533, -0.9510565162951539, -0.5877852522924739, -9.797174393178826e-16, 0.5877852522924695, 0.9510565162951533, 0.9510565162951539, 0.5877852522924769, 1.102182119232618e-15, -0.5877852522924722, -0.9510565162951543, -0.951056516295154, -0.587785252292477]
y= [0, 0.6015253440351906, 1.096895249493391, 0.14963802472452992, -1.4055603261317517, -2.5023946767056238, -1.3746543603374242, 0.7777548679354078, 2.3930377777245795, 1.589728806501168, -0.18435823514401645, -1.262236228089791, -0.1499221532340092, 1.1432335494953787, 0.9284774407601177, -1.092316839336339, -3.1053851997702706, -1.9708827095800603, 1.4179982683905918, 4.178467267009747, 2.8704598657124154, -0.9554762632284055, -3.6907891747930823, -2.0460936031856565, 1.5516985830908399, 3.050939390566601, 0, -3.803109375076022, -3.7144283665966316, 1.1278012079884292, 6.1915501329945455, 5.067998743352809, -1.4695723076381413, -7.114338992237411, -5.15766901200028, 2.1332451522780023, 6.998570550403378, 3.258668282071149, -4.636620081834843, -7.5743517324240575, -0.7423964478503129, 8.407306390701049, 9.309658304307437, -0.5482852890529228, -11.499859882265268, -10.552533675209967, 2.0050221789726197, 13.153568445829352, 9.570130082024441, -5.115533432227267]