第七章 函数式编程 总结

一 又见函数

1 python中的函数式

要点:

①函数式编程以函数为中心进行代码封装

②函数是第一级对象,能像普通对象一样使用。

③函数式编程强调了函数的纯粹性。一个纯函数是没有副作用的,即这个函数的运行不会影响其他函数。

2 纯函数

为了达到纯函数的标准,函数式编程要求其变量都是不可变更的。

纯函数相互独立,我们不用担心函数调用对其他函数的影响。

纯函数也方便进行并行化运算。

函数式编程消灭了副作用,即无形中消除了竞跑条件的可能。

上面的两个函数中使用了关键字global. global说明了x是一个全局变量。函数对全局变量的修改能被其他函数看到,因此有副作用。如果两个进程并行地执行两个函数,函数执行顺序不确定,则结果可能是double()中地x=x*2先执行。这被称为竞跑条件,是并行编程需要极力避免地。

3 并行运算

并行运算,是指多条指令同时执行。

大规模并行运算通常是在有多个主机组成地集群(Cluster)上进行地。而单机地处理器按照“分时复用”地方式,通过进程间地切换,也能造成多个进程齐头并进地效果。

下面是一个多进程编程的例子:



4 多进程与多线程的区别

一个程序运行后,就成为一个进程。进程有自己的内存空间。但在一个进程内部,又可以有多个称为“线程”的任务。处理器可以i在多个线程之间切换,从而形成并行的多线程处理。但线程之间可以共享一个进程的内存空间。



二 被解放的函数

1 函数作为参数

函数可以像一个普通对象一样使用,成为其他函数的参数:


函数argument_demo()的第一个参数f就是一个函数对象,按照位置传参。

1.2 函数传参经常能起到回调(callback)的作用


2 函数作为返回值

既然函数是一个对象,那么它就可以成为另一个函数的返回结果



2.2 函数对象的作用域

和函数内部的对象一样,函数对象也有存活范围,也就是函数对象的作用域。函数对象的作用域与它的def的缩进层级相同



3 闭包

一个函数和它的环境变量(外部变量)何在一起,就构成了一个 闭包 (closure)


在Python中 所谓的闭包是一个包含有环境变量取值的函数对象,环境变量取值被赋值到函数对象的__closure__属性中。如:

闭包可以提高代码的可复用性:

如果将上面的程序改为闭包,那么代码就会简单很多:


除了复用代码,闭包还能起到减少函数参数的作用:



三 装饰器

1 装饰器的基础用法

装饰器(decorator)是一种高级的Python语法。装饰器可以对一个函数、方法或者类进行加工。除此之外,装饰器还进一步用于类。

先定义两个简单的数学函数:


拥有了基本的数学功能后,我们像外函数增加其他功能:

除此之外,我们可以改用装饰器,定义功能拓展本身,再把装饰器用于两个函数:


从本质上看,装饰器起到的作用就是名称绑定(name bingding),让同一个变量名指向一个新返回的函数对象,从而达到修改函数对象的目的。但我们很少彻底地修改函数对象,在使用装饰器时,我们往往会在新函数内部调用旧地函数,以便保留就函数地功能。

下面来看一个更有实用功能的装饰器。我们可以利用time包来测量程序的运行时间:


2 带参装饰器

在上面的装饰器调用中,我们常常默认它后面的函数时唯一的参数,但其他我们可以加上别的参数。比如@decorator(a)。这样九尾装饰器的编写和使用提供了更大的灵活性。

3 装饰类

装饰器还拓展到了类。一个装饰器可以接收一个类,并返回一个类,从而起到加工类的效果。


四 高阶函数

所谓高阶函数,就是能处理函数的函数。

1 lambda 与 map

除了def后还可以用 lambda语法来定义匿名函数:

>>>lambda_sum+lambdax,y:x+y #参数为x,y 返回值为x+y

print(lambda_sum(3,4)

函数map()是内置函数,它第一个参数就是函数对象。函数map()把这一个函数对象作用域多个元素,第二个参数是一个可循环对象,对于data_list每个元素,lambda函数都会调用一次,

data_list=[1,3,5,6]

result=map(lambdax: x+3,datallist)

上面的lambda函数只有一个参数,这个函数也可以是一个多参数的函数,这时候map()的参数列表就需要提供相应数目的可循环对象:



2 filter函数

内置函数filter()的第一个参数也是一个函数对象,它也将这个函数对象作用于可循环对象的多个元素,如果函数对象返回的是True,则该次元素被放到返回的迭代器中,也就是说filter()通过调用函数来筛选数据。

一个例子


3 reduce函数

函数reduce()在标准库的functools中,使用之前需要引入。reduce函数的第一个参数是函数,但你reduce()对作为参数的函数对象有一个特殊的要求:就是这个作为参数的函数必须能接收两个参数。Reduce()可以把函数对象累进的作用于各个参数



4 并行处理

下面的程序就是在多进程的条件下使用了多线程map()方法,这段程序多线程地下载同一个URL下地资源。程序使用了第三方包requests来进行HTTP下载:

import time

from multiprocessing import Poll

import requests


def decorator_timer(old_function): 

      def new_function(*arg,**dict__arg):

      t1=time.time()

      result=old_function(*arg,**dict_arg):

      t2=time.time()

      print("time:",t2-t1)

      return result

return new_function


def visit_once(1,address="http://www.cnblogs.com"):

       r=requests.get(address)

        return r.status_code


@decorator_timer

def single_thread(f,counts):

      result=map(f,range(counts))

      return list(result)


@decorator_timer

def multiple_thread(f,counts,process_number=10):

        P=Pool(process_number)

       return p.map(f,range(counts))


if __name__=="__main__":

        TOTAL=100

        print(single_thread(visit_once,TOTAL))

        print(multiple_thread(visit_once,TOTAL))

五 自上而下

1 便捷表达式

自动生成器:


可便捷表达为:

gen=(x for x in range (4))

列表普通表达:

便捷表达式:

l=[x**2  for x in range(10)]


2 懒惰求值

迭代器的元素是实时计算出来的,在使用该元素之前,元素并不会占据内存空间。迭代器地工作方法正是函数式编程中地懒惰求值(Lazy Evaluation)

懒惰求值可以最小化计算机要做的工作。

除了运算资源,懒惰求值还能节约内存空间。

3 itertools包

标准库中的itertools包提供了更加灵活的生成迭代器的工具。这个包中提供了很多有用的生成器。


count(5,2) #从5开始的整数迭代器,每次增加2

cycle("abc") #重复序列的元素即a,b,c,a,b,c,……

repeat(1,2) #重复1,2构成无穷迭代器

repeat(10,5) #重复10,共重复5次

chain([1,2,3],[4,5,7]) #连接两个迭代器陈给一个。1,2,3,4,5,7

product("abc",[1,2]) #多个迭代器集合的笛卡儿积,相当于嵌套循环。

所谓笛卡儿积可以得到集合元组的所有可能方式

for m,n in product("abc",[1,2]):

     print(m,n)

permutations("abc",2) #从“abc“中挑两个元素,比如ab,bc……#将所有结果排序,返回新的且带起#上面的组合区分顺序,即ab、ba都返回

combinations("abc",2) #从“abc“中挑两个元素,比如ab,bc……#将所有结果排序,返回新的且带起#上面的组合不区分顺序,即ab,ba只返回一个ab

combinations_with_replacement("abc",2) #与上面类似,#但允许两次选出的元素重复,即多了aa,bb,cc

itertools包还提供了许多有用的高阶函数:

starmap(pow,[(1,1),[2,2],[3,3]) #pow将一次作用与每个tuple

takewhile(lambda x :x<5,[1,3,6,7,1])#当函数返回True市,收集元素到迭代器,一旦函数返回False,则停止。#输出结果为1,3

dropwhile(lambda x:x<5,[1,3,6,7,1])#当函数返回False时,跳过元素,一旦函数返回True,则收集剩下的所有元素到迭代器。输出结果为6,7,1

包中提供了groupby()函数,能将一个key()函数作用与原迭代器的各个元素,从而获得各个函数的键值。

如果有一个迭代其,包含一群人的身高,我们可以使用这样一个key()函数。如果身高大于180,返回“tall”。如果身高低于160,返回“short”中间分会“middle”。最终所有身高将分为三个迭代器,即“tall”、“short”、“middle”


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