入门 Python 语言：Python函数

本系列文章目的在于将 Python 的基础内容完全夯实，最终目的是为后期的深度学习在算法上有一定的铺垫，前期在学习数学的过程中也会有很大的帮助，相对于 C++ 来说 Python 有自身的优势，文末会有 Python 的优势对比于 C++ 的维度点说明，我已经先写过 C++的基础使用了，两种语言各自有各自的优势，我们要根据具体的需求来分析使用哪种语言更为方便，其它的语言暂时不在考虑范畴之内，我们的目标是AI深度学习。

前置环境与代码结构文章：

1、Python 环境配置与Jupyter Notebook开发工具下载使用

2、入门 Python 语言：Python基础课程目录

📚本篇目标

让初学者理解 Python 函数的基本概念和作用。
掌握函数的定义和调用方法。
熟悉不同类型的函数参数，包括位置参数、关键字参数、默认参数和可变参数的使用。
理解函数返回值的意义，以及局部变量和全局变量的区别与使用。

🔥重难点说明

重点

函数的定义和调用流程，确保能够正确封装和使用代码块。
不同类型参数的特点和传递方式，以便在函数调用时能灵活运用。
函数返回值的处理，以及局部变量和全局变量作用域的区分。

难点

可变参数的使用，理解其在函数内部的处理逻辑。
局部变量和全局变量的作用域问题，避免在编程中出现变量使用混乱的情况。

📖学习正文

函数定义与调用

在 Python 中，使用 def 关键字来定义函数，格式为 def 函数名(参数列表):。函数定义后，可通过函数名加括号的方式调用。

def greet():
    print("Hello!")

# 调用函数
greet()

执行效果：

Hello!

函数参数

位置参数

位置参数是最常见的参数类型，调用函数时，按照参数定义的顺序依次传递值。

def add(a, b):
    return a + b

result = add(3, 5)
print(result)

执行效果：

关键字参数

关键字参数允许在调用函数时通过参数名指定传递的值，不依赖参数的位置。

def person_info(name, age):
    print(f"Name: {name}, Age: {age}")

person_info(age=25, name="Alice")

执行效果：

Name: Alice, Age: 25

默认参数

默认参数在定义函数时为参数指定一个默认值，调用函数时如果没有传递该参数，则使用默认值。

def power(x, n=2):
    return x ** n

print(power(3))
print(power(3, 3))

执行效果：

9
27

可变参数

可变参数允许函数接受不定数量的参数，使用 * 来定义。在函数内部，可变参数被当作元组处理。

def sum_numbers(*numbers):
    total = 0
    for num in numbers:
        total += num
    return total

print(sum_numbers(1, 2, 3))

执行效果：

函数返回值

函数可以使用 return 语句返回一个值，调用函数时可以接收这个返回值进行后续处理。

def multiply(a, b):
    return a * b

product = multiply(4, 6)
print(product)

执行效果：

局部变量与全局变量

局部变量是在函数内部定义的变量，只能在函数内部使用；全局变量是在函数外部定义的变量，可以在整个程序中访问。

# 全局变量
global_var = 10

def test():
    # 局部变量
    local_var = 20
    print(f"Local variable: {local_var}")
    print(f"Global variable: {global_var}")

test()
# 尝试访问局部变量会报错
# print(local_var)

执行效果：

Local variable: 20
Global variable: 10

💻练习题

单选题-5

Python 中定义函数使用的关键字是？
A. function
B. def
C. define
D. fn
对于函数 def func(a, b=2):，以下调用方式正确的是？
A. func ()
B. func (1)
C. func (b=1)
D. func (a=1, b)
以下关于函数返回值的说法，正确的是？
A. 函数只能返回一个值
B. 函数可以没有返回值
C. 函数返回值只能是整数
D. 函数必须有返回值
可变参数在函数内部以什么形式存在？
A. 列表
B. 元组
C. 字典
D. 集合

以下代码的输出结果是？

x = 5
def change_x():
    x = 10
    print(x)

change_x()
print(x)

A. 10 10
B. 5 10
C. 10 5
D. 5 5

多选题-3

以下属于函数参数类型的有？
A. 位置参数
B. 关键字参数
C. 默认参数
D. 可变参数
关于局部变量和全局变量，以下说法正确的是？
A. 局部变量只能在函数内部使用
B. 全局变量可以在函数内部和外部使用
C. 在函数内部可以修改全局变量的值
D. 局部变量和全局变量可以同名
函数调用时，以下哪些情况是合理的？
A. 传递的参数数量与函数定义的参数数量一致
B. 使用关键字参数传递部分参数
C. 省略默认参数的传递
D. 传递可变数量的参数

判断题-2

函数定义中的参数顺序可以随意调整，不影响函数的调用。（）
在函数内部如果没有使用 global 关键字，不能直接修改全局变量的值。（）

代码题-1

编写一个函数，接受可变数量的整数参数，返回这些整数的平均值。

📝答案解析

单选题

答案：B
- 在 Python 中，使用 def 关键字来定义函数，所以选 B。
答案：B
- 函数 func 有一个位置参数 a 和一个默认参数 b。选项 A 没有传递必需的位置参数 a，错误；选项 B 传递了位置参数 a，使用默认值 b = 2，正确；选项 C 没有传递位置参数 a，错误；选项 D 语法错误，关键字参数 b 后面不能没有值。所以选 B。
答案：B
- 函数可以没有返回值，不使用 return 语句或者 return 后面不跟值都表示没有返回值；函数可以返回多个值（以元组形式）；返回值可以是任意数据类型。所以选 B。
答案：B
- 可变参数在函数内部以元组形式存在，所以选 B。
答案：C
- 在 change_x 函数内部定义了一个局部变量 x，其值为 10，所以函数内部打印的是 10；而函数外部的全局变量 x 的值没有被修改，仍然是 5，所以最后打印的是 5。因此选 C。

多选题

答案：ABCD
- 位置参数、关键字参数、默认参数和可变参数都是 Python 函数中常见的参数类型，所以选 ABCD。
答案：ABD
- 局部变量只能在函数内部使用，全局变量可以在函数内部和外部使用；在函数内部如果要修改全局变量的值，需要使用 global 关键字声明；局部变量和全局变量可以同名，在函数内部使用时优先使用局部变量。所以选 ABD。
答案：ABCD
- 传递的参数数量与函数定义的参数数量一致是基本要求；可以使用关键字参数传递部分参数；默认参数在调用时可以省略；函数定义了可变参数时，可以传递可变数量的参数。所以选 ABCD。

判断题

答案：错误
- 位置参数的顺序不能随意调整，否则会导致参数传递错误，影响函数的调用结果。所以该说法错误。
答案：正确
- 在函数内部如果没有使用 global 关键字，对与全局变量同名的变量赋值会创建一个局部变量，而不会修改全局变量的值。所以该说法正确。

代码题

def average(*numbers):
    if len(numbers) == 0:
        return 0
    total = sum(numbers)
    return total / len(numbers)

print(average(1, 2, 3, 4, 5))

函数 average 接受可变数量的整数参数，首先判断参数数量是否为 0，如果为 0 则返回 0；否则计算所有参数的总和并除以参数的数量，得到平均值并返回。

总结

本文全面介绍了 Python 函数的相关知识，包括函数的定义与调用、不同类型的参数（位置参数、关键字参数、默认参数、可变参数）、函数返回值以及局部变量和全局变量。通过示例代码展示了函数的使用方法和执行效果，并通过练习题加深了对这些知识点的理解和运用。掌握函数的使用能让我们更高效地组织和复用代码，为编写更复杂的 Python 程序奠定基础。

Python的优势对比于 C++ 的维度点说明

对比维度	Python 优势	C++ 情况
性能效率	1. 开发效率高：代码简洁，语法灵活，能够用较少的代码实现相同的功能，缩短开发周期。 2. 有高性能库支持：对于计算密集型任务，可以使用如 NumPy、Pandas 等高性能库，它们底层使用 C 或 Fortran 实现，能在一定程度上弥补 Python 执行速度慢的问题。	1. 开发效率低：代码相对冗长，需要编写更多的代码来实现相同功能，开发周期较长。 2. 开发难度大：需要手动管理内存，容易出现内存泄漏等问题，对开发者要求较高。
底层控制能力	1. 代码编写简单快速：无需关注底层硬件细节，能让开发者更专注于业务逻辑的实现，快速搭建应用原型。 2. 适合快速迭代开发：在应用开发过程中，能够快速对代码进行修改和调整，适应不断变化的需求。	1. 代码编写复杂：需要对底层硬件有深入了解，编写代码时要处理很多底层细节，开发难度大。 2. 开发周期长：由于需要关注底层，代码的修改和调整相对困难，不适合快速迭代开发。
语言特性	1. 语法简洁易懂：代码可读性高，易于学习和上手，降低了编程门槛，适合初学者。 2. 动态类型灵活：在编写代码时无需提前声明变量类型，能够根据需要灵活赋值，提高了代码的编写效率。	1. 语法复杂：学习成本较高，对于初学者来说有一定难度。 2. 静态类型不够灵活：在编写代码时需要提前声明变量类型，不够灵活，修改代码时可能需要对类型进行调整。
可移植性	1. 跨平台部署方便：只要安装了相应的 Python 解释器，代码可以在不同操作系统上轻松运行，无需重新编译。 2. 云服务支持好：很多云服务平台都提供了 Python 运行环境，方便将 Python 应用部署到云端。	1. 跨平台编译麻烦：不同操作系统的编译器和运行时环境可能存在差异，需要针对不同平台进行编译和调试。 2. 云服务集成复杂：将 C++ 应用部署到云服务平台时，需要处理更多的底层配置和依赖问题。
生态系统和工具链	1. 库丰富且易用：拥有大量的开源库和框架，涵盖了数据分析、机器学习、Web 开发等多个领域，能够快速实现各种功能。 2. 社区活跃：有庞大的开发者社区，遇到问题可以很容易找到解决方案和技术支持。	1. 库学习成本高：虽然有很多专业级库，但部分库的学习曲线较陡，使用起来有一定难度。 2. 社区相对较小：相比 Python 社区，C++ 社区规模相对较小，获取技术支持和解决方案的渠道相对较少。
安全性和稳定性	1. 内置安全机制：有一些内置的安全机制，如异常处理机制，能够在程序出现错误时进行捕获和处理，避免程序崩溃。 2. 代码审查相对容易：简洁的语法和动态类型使得代码结构相对简单，在代码审查时更容易发现问题。	1. 手动管理易出错：手动管理内存和资源容易出现错误，如内存泄漏、悬空指针等，影响程序的稳定性和安全性。 2. 代码审查复杂：由于语法复杂，代码结构可能比较复杂，在代码审查时需要花费更多的时间和精力。