函数的概念及其重要性_函数有什么意义和作用-优快云博客

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函数的概念及其重要性

在前几章中，我们已经介绍了数据的表达和数据处理的控制流程，从而可以编写简单的程序实现特定功能。然而，我们在代码复用性、程序结构框架和代码维护性等方面遇到了一些不便。因此，迫切需要引入一种新的方法来解决这些问题——这就是我们今天要讨论的主题：函数。

为什么使用函数？

函数具有三大重要作用：

提高代码复用性：将常用代码封装成函数，减少重复。
分解复杂问题：将复杂问题分解为多个简单问题，便于管理和解决。
提升代码维护性：只需修改函数内部逻辑，不影响其他部分。

函数的基本结构

函数可以理解为一个“白箱子”，具有输入、处理和输出三个部分。其三要素分别为：

参数（输入）
函数体（处理过程）
返回值（输出）

函数的定义与调用

定义函数

函数定义的基本语法如下：
def 函数名(参数):
函数体
return 返回值

例如，定义一个计算阶乘的函数：
def factorial(n):
result = 1
for i in range(1, n + 1):
result *= i
return result

调用函数

调用函数时，使用函数名并传递参数：
factorial(5)

参数传递

形参与实参

形参：函数定义时的参数。
实参：函数调用时传递的实际值。

位置参数

位置参数按照位置顺序传递：
def function(x, y, z):
print(x, y, z)
function(1, 2, 3)

关键字参数

关键字参数通过参数名传递，打破位置限制：
function(y=1, z=2, x=3)

混合使用

位置参数必须在关键字参数之前：
function(1, y=2, z=3)

默认参数

为某些参数设置默认值：
def register(name, age, sex=‘male’):
print(name, age, sex)

可变参数

单星号 *args 接收多个位置参数：
def function(x, y, *args):
print(x, y, args)
function(1, 2, 3, 4, 5)
双星号 **kwargs 接收多个关键字参数：
def function(x, y, **kwargs):
print(x, y, kwargs)
function(1, 2, a=3, b=4)

函数体与变量作用域

局部变量

仅在函数体内定义的变量：
def function():
z = x * y
return z

全局变量

在外部程序中定义的变量：
n = 10
def function():
global z
z = x * y * n

返回值

返回单个或多个值：
def function():
return value
def function():
return value1, value2

模块化编程实例

羽毛球比赛胜负模拟

主要逻辑

获取原始数据：get_input()
模拟多场比赛：sim_n_games()
汇总输出结果：print_summary()

详细步骤

获取原始数据
def get_input():
prob_a = float(input("Enter probability for A: "))
prob_b = 1 - prob_a
num_games = int(input("Enter number of games to simulate: "))
return prob_a, prob_b, num_games
模拟单场比赛
def sim_one_game(prob_a, prob_b):
score_a = score_b = 0
while not game_over(score_a, score_b):
if random.random() < prob_a:
score_a += 1
else:
score_b += 1
return score_a, score_b
模拟多场比赛
def sim_n_games(prob_a, prob_b, num_games):
wins_a = wins_b = 0
for _ in range(num_games):
score_a, score_b = sim_one_game(prob_a, prob_b)
if score_a > score_b:
wins_a += 1
else:
wins_b += 1
return wins_a, wins_b
汇总输出结果
def print_summary(wins_a, wins_b, num_games):
print(f"Summary of {num_games} games:“)
print(f"A won {wins_a / num_games * 100:.2f}%”)
print(f"B won {wins_b / num_games * 100:.2f}%")

匿名函数

匿名函数使用 lambda 定义，常用于排序和最大/最小值计算：
sorted_list = sorted(data, key=lambda x: x[1])
max_value = max(data, key=lambda x: x[1])

面向过程与面向对象编程

面向过程编程

以事件过程为主线，关注事情的发生过程。

面向对象编程

以对象为核心，关注对象的属性和行为。

函数定义与调用

单选题

为什么我们要使用函数？
A. 提高代码复用性
B. 将复杂的逻辑关系分解成简单逻辑关系的组合
C. 提高代码维护和管理的效率
D. 以上都是
答案: D
函数的三要素不包括以下哪一项？
A. 参数
B. 函数体
C. 返回值
D. 注释
答案: D
在函数定义时，圆括号里的参数称为？
A. 实参
B. 形参
C. 默认参数
D. 可变参数
答案: B
当函数调用时传递给函数的参数称为？
A. 形参
B. 实参
C. 默认参数
D. 关键字参数
答案: B
哪种参数传递方式适用于参数较少的情况？
A. 位置参数
B. 关键字参数
C. 混合参数
D. 默认参数
答案: A
哪种参数传递方式可以打破位置的限制？
A. 位置参数
B. 关键字参数
C. 混合参数
D. 默认参数
答案: B
关于默认参数，下列说法正确的是？
A. 默认参数必须放在非默认参数前面
B. 默认参数必须放在非默认参数后面
C. 默认参数可以放在任意位置
D. 默认参数不能是不可变类型
答案: B
关于可变参数，下列说法正确的是？
A. 使用*args可以接收任意多个位置参数
B. 使用**kwargs可以接收任意多个关键字参数
C. *args接收的参数会被打包成元组
D. 以上都是
答案: D

判断题

函数体内的变量一定是局部变量。
答案: 正确
全局变量可以在函数体内直接访问。
答案: 正确
局部变量可以在函数体外部访问。
答案: 错误
函数的返回值只能是一个值。
答案: 错误
没有return语句的函数返回值是None。
答案: 正确

填空题

函数的定义关键字是______。
答案: def
函数的返回值使用______关键字实现。
答案: return
将复杂的逻辑关系分解成简单逻辑关系的组合的思想称为______。
答案: 分而治之
函数体内的变量称为______变量。
答案: 局部
函数体外部定义的变量称为______变量。
答案: 全局

编程题

编写一个函数calculate_factorial，接受一个整数n作为参数，返回n的阶乘。
```
def calculate_factorial(n):
    if n == 0 or n == 1:
        return 1
    result = 1
    for i in range(2, n + 1):
        result *= i
    return result
```
编写一个函数get_input，接受用户输入的小丹和小伟每球获胜的概率以及模拟的比赛场次，并返回这三个值。

def get_input():
    prob_a = float(input("请输入小丹每球获胜的概率（例如0.55）: "))
    prob_b = 1 - prob_a
    num_games = int(input("请输入模拟的比赛场次（例如10000）: "))
    return prob_a, prob_b, num_games

编写一个函数sim_one_game，模拟一场比赛，接受小丹和小伟每球获胜的概率作为参数，返回比赛结束时双方的得分。

import random

def sim_one_game(prob_a, prob_b):
    score_a = 0
    score_b = 0
    while not game_over(score_a, score_b):
        if random.random() < prob_a:
            score_a += 1
        else:
            score_b += 1
    return score_a, score_b

def game_over(score_a, score_b):
    return score_a >= 21 or score_b >= 21

编写一个函数sim_n_games，模拟多场比赛，接受小丹和小伟每球获胜的概率以及模拟的比赛场次作为参数，返回双方获胜的场次数。

def sim_n_games(prob_a, prob_b, num_games):
    wins_a = 0
    wins_b = 0
    for _ in range(num_games):
        score_a, score_b = sim_one_game(prob_a, prob_b)
        if score_a > score_b:
            wins_a += 1
        else:
            wins_b += 1
    return wins_a, wins_b

编写一个函数print_summary，接受双方获胜的场次数以及模拟的比赛场次作为参数，打印输出比赛结果的汇总。

def print_summary(wins_a, wins_b, num_games):
    print(f"总模拟场次: {num_games}")
    print(f"小丹获胜概率: {wins_a / num_games * 100:.2f}%")
    print(f"小伟获胜概率: {wins_b / num_games * 100:.2f}%")