Python语言程序设计（嵩天）-第5周-函数和代码复用

目录：

• 5.1 函数的定义与使用
• 5.2 实例7: 七段数码管绘制
• 5.3 代码复用与函数递归
• 5.4模块4: PyInstaller库的使用
• 5.5实例8: 科赫雪花小包裹

导学

前课复习

数字类型及操作：

• 整数类型的无限范围及4种进制表示
• 浮点数类型的近似无限范围、小尾数及科学计数法
• +、-、*、/、//、%、**、二元增强赋值操作符
• abs()、divmod()、pow()、round()、max()、min()
• int()、float()、complex()

for…in…(计算思维)：

def…while…("笨办法"试错)

字符串类型及操作

• 正向递增序号、反向递减序号、<字符串>[M:N:K]
• +、*、len()、str()、hex()、oct()、ord()、chr()
• .lower()、.upper()、.split()、.count()、.replace()
• .center()、.strip()、.join(）、.format()格式化

程序的分支结构

• 单分支if 二分支if-else 及紧凑形式
• 多分支if-elif-else 及条件之间关系
• not and or > >= == <= < !=
• 异常处理try-except-else-finally

程序的循环结构

• for…in遍历循环: 计数、字符串、列表、文件…
• while无限循环
• continue和break保留字: 退出当前循环层次
• 循环else的高级用法: 与break有关

本课概要

• 5.1 函数的定义与使用
• 5.2 实例7: 七段数码管绘制
• 5.3 代码复用与函数递归
• 5.4模块4: PyInstaller库的使用
• 5.5实例8: 科赫雪花小包裹

方法论- Python基本代码抽象即函数的使用方法
实践能力-学会编写带有函数并复用代码的程序
练习(可选)- 5道编程@Python123
测验- 10道单选+2道编程@Python123

- 5.1 函数的定义与使用

目录：

• 函数的理解与定义
• 函数的使用及调用过程
• 函数的参数传递
• 函数的返回值
• 局部变量和全局变量
• lambda函数

小结：

• 使用保留字def定义函数，lambda定义匿名函数
• 可选参数(赋初值)、可变参数(*b)、名称传递
• 保留字return可以返回任意多个结果
• 保留字global声明使用全局变量，一些隐式规则

5.1.1- 函数的理解与定义

函数的定义：

函数是一段代码的表示

• 函数是一段具有特定功能的、可重用的语句组
• 函数是一种功能的抽象，一般函数表达特定功能
• 两个作用：降低编程难度和代码复用

y = f(x)

• 函数定义时，所指定的参数是一种占位符
• 函数定义后，如果不经过调用，不会被执行
• 函数定义时，参数是输入、函数体是处理、结果是输出(IPO)

5.1.2- 函数的使用及调用过程

函数的调用：
调用是运行函数代码的方式

函数的调用过程：

5.1.3- 函数的参数传递

参数个数：
函数可以有参数，也可以没有，但必须保留括号

可选参数传递：
函数定义时可以为某些参数指定默认值，构成可选参数

函数定义时可以设计可变数量参数，既不确定参数总数量

参数传递的两种方式：
函数调用时，参数可以按照位置或名称方式传递

5.1.4- 函数的返回值

函数可以返回0个或多个结果

• return保留字用来传递返回值
• 函数可以有返回值，也可以没有，可以有return，也可以没有
• return可以传递0个返回值，也可以传递任意多个返回值

函数调用时，参数可以按照位置或名称方式传递

5.1.5- 局部变量和全局变量

规则1: 局部变量和全局变量是不同变量

• 局部变量是函数内部的占位符，与全局变量可能重名但不同
• 函数运算结束后，局部变量被释放
• 可以使用global保留字在函数内部使用全局变量

规则2: 局部变量为组合数据类型且未创建，等同于全局变量

使用规则

• 基本数据类型，无论是否重名，局部变量与全局变量不同
• 可以通过global保留字在函数内部声明全局变量
• 组合数据类型，如果局部变量未真实创建，则是全局变量

5.1.6- lambda函数

lambda函数：
lambda函数返回函数名作为结果

• lambda函数是一种匿名函数，即没有名字的函数
• 使用lambda保留字定义，函数名是返回结果
• lambda函数用于定义简单的、能够在一行内表示的函数

lambda函数的应用
谨慎使用lambda函数

• lambda函数主要用作一些特定函数或方法的参数
• lambda函数有一些固定使用方式，建议逐步掌握
• 一般情况，建议使用def定义的普通函数

- 5.2 实例7: 七段数码管绘制

5.2.1 问题分析

七段数码管绘制

• 需求：用程序绘制七段数码管，似乎很有趣
• 该怎么做呢？
  turtle绘图体系➡️七段数码管绘制

5.2.2 实例讲解（上）

七段数码管绘制
基本思路

• 步骤1：绘制单个数字对应的数码管
• 步骤2：获得一串数字，绘制对应的数码管
• 步骤3：获得当前系统时间，绘制对应的数码管

步骤1: 绘制单个数码管

• 七段数码管由7个基本线条组成
• 七段数码管可以有固定顺序
• 不同数字显示不同的线条

#SevenDigitsDrawV1.py
import turtle
def drawLine(draw):   #绘制单段数码管
    turtle.pendown() if draw else turtle.penup()
    turtle.fd(40)
    turtle.right(90)
def drawDigit(digit): #根据数字绘制七段数码管
    drawLine(True) if digit in [2,3,4,5,6,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if digit in [0,1,3,4,5,6,7,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if digit in [0,2,3,5,6,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if digit in [0,2,6,8] else drawLine(False)
    turtle.left(90)
    drawLine(True) if digit in [0,4,5,6,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if digit in [0,2,3,5,6,7,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if digit in [0,1,2,3,4,7,8,9] else drawLine(False)
    turtle.left(180)
    turtle.penup()
    turtle.fd(20) 
def drawDate(date):  #获得要输出的数字
    for i in date:
        drawDigit(eval(i))  #通过eval()函数将数字变为整数
def main():
    turtle.setup(800, 350, 200, 200)
    turtle.penup()
    turtle.fd(-300)
    turtle.pensize(5)
    drawDate('20181010')
    turtle.hideturtle()
    turtle.done()
main()    

步骤2: 获取一段数字，绘制多个数码管

#SevenDigitsDrawV2.py
import turtle, time
def drawGap(): #绘制数码管间隔
    turtle.penup()
    turtle.fd(5)
def drawLine(draw):   #绘制单段数码管
    drawGap()
    turtle.pendown() if draw else turtle.penup()
    turtle.fd(40)
    drawGap()
    turtle.right(90)
def drawDigit(d): #根据数字绘制七段数码管
    drawLine(True) if d in [2,3,4,5,6,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if d in [0,1,3,4,5,6,7,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if d in [0,2,3,5,6,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if d in [0,2,6,8] else drawLine(False)
    turtle.left(90)
    drawLine(True) if d in [0,4,5,6,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if d in [0,2,3,5,6,7,8,9] else drawLine(False)
    drawLine(True) if d in [0,1,2,3,4,7,8,9] else drawLine(False)
    turtle.left(180)
    turtle.penup()
    turtle.fd(20)
def drawDate(date):
    turtle.pencolor("red")
    for i in date:
        if i == '-':
            turtle.write('年',font=("Arial", 18, "normal"))
            turtle.pencolor("green")
            turtle.fd(40)
        elif i == '=':
            turtle.write('月',font=("Arial", 18, "normal"))
            turtle.pencolor("blue")
            turtle.fd(40)
        elif i == '+':
            turtle.write('日',font=("Arial", 18, "normal"))
        else:
            drawDigit(eval(i))
def main():
    turtle.setup(800, 350, 200, 200)
    turtle.penup()
    turtle.fd(-350)
    turtle.pensize(5)
#    drawDate('2018-10=10+')
    drawDate(time.strftime('%Y-%m=%d+',time.gmtime()))
    turtle.hideturtle()
    turtle.done()
main()

5.2.3 实例讲解（下）

七段数码管绘制
基本思路

• 步骤1：绘制单个数字对应的数码管
• 步骤2：获得一串数字，绘制对应的数码管
• 步骤3：获得当前系统时间，绘制对应的数码管

步骤3: 获取系统时间，绘制七段数码管

5.3.4 举一反三

理解方法思维

• 模块化思维：确定模块接口，封装功能
• 规则化思维：抽象过程为规则，计算机自动执行
• 化繁为简：将大功能变为小功能组合，分而治之

应用问题的扩展
-绘制带小数点的七段数码管
-带刷新的时间倒计时效果
-绘制高级的数码管

- 5.3 代码复用与函数递归

目录：

• 代码复用与模块化设计
• 函数递归的理解
• 函数递归的调用过程
• 函数递归实例解析

小结：
-模块化设计：松耦合、紧耦合
-函数递归的2个特征：基例和链条
-函数递归的实现：函数+ 分支结构

5.3.1-代码复用与模块化设计

代码复用
把代码当成资源进行抽象

• 代码资源化：程序代码是一种用来表达计算的"资源"
• 代码抽象化：使用函数等方法对代码赋予更高级别的定义
• 代码复用：同一份代码在需要时可以被重复使用

函数和对象是代码复用的两种主要形式

模块化设计
分而治之

• 通过函数或对象封装将程序划分为模块及模块间的表达
• 具体包括：主程序、子程序和子程序间关系
• 分而治之：一种分而治之、分层抽象、体系化的设计思想

模块化设计
紧耦合 松耦合

• 紧耦合：两个部分之间交流很多，无法独立存在
• 松耦合：两个部分之间交流较少，可以独立存在
• 模块内部紧耦合、模块之间松耦合

5.3.2-函数递归的理解

如何理解递归呢？
递归很简单，无非就是一个函数调用自己而已…
-看过《盗梦空间》吗？本质上就是递归…
-学过数学归纳法吗？本质上就是递归…
-听过这个故事吗？本质上就是递归…
“从前有座山，山里有座庙，庙里有个老和尚在讲故事…”

递归的含义
函数定义中调用函数自身的方式

两个关键特征

• 链条：计算过程存在递归链条
• 基例：存在一个或多个不需要再次递归的基例

类似数学归纳法

• 数学归纳法
  • 证明当n取第一个值n0时命题成立
  • 假设当nk时命题成立，证明当n=nk+1时命题也成立
• 递归是数学归纳法思维的编程体现

5.3.3-函数递归的调用过程

递归的实现

函数+ 分支语句

• 递归本身是一个函数，需要函数定义方式描述
• 函数内部，采用分支语句对输入参数进行判断
• 基例和链条，分别编写对应代码

5.3.4-函数递归实例解析

字符串反转
将字符串s反转后输出

斐波那契数列
一个经典数列

汉诺塔

• 函数+ 分支结构
• 递归链条
• 递归基例

count = 0
def hanoi(n, src, dst, mid):
	global count
	if n ==  1 :
		print("{}:{}->{}".format(1,src,dst))
		count+= 1
	else:
		hanoi(n-  1, src, mid, dst)
		print("{}:{}->{}".format(n,src,dst))
		count += 1
		hanoi(n-  1, mid, dst  , src)

- 5.4模块4: PyInstaller库的使用

PyInstaller库基本介绍
PyInstaller库概述
将.py源代码转换成无需源代码的可执行文件

PyInstaller库是第三方库

• 官方网站：http://www.pyinstaller.org
• 第三方库：使用前需要额外安装
• 安装第三方库需要使用pip工具

(cmd命令行) pip install pyinstaller

PyInstaller库使用说明
简单的使用
(cmd命令行) pyinstaller-F <文件名.py>

PyInstaller库常用参数

使用举例
pyinstaller–i curve.ico –F SevenDigitsDrawV2.py

- 5.5实例8: 科赫雪花小包裹

5.5.1 问题分析

科赫雪花
高大上的分形几何

-分形几何是一种迭代的几何图形，广泛存在于自然界中

科赫曲线，也叫雪花曲线

科赫雪花绘制
用Python绘制科赫曲线

5.5.2 实例讲解（上）

科赫雪花小包裹(上)
科赫曲线的绘制

• 递归思想：函数+分支
• 递归链条：线段的组合
• 递归基例：初始线段

#KochDrawV1.py
import turtle
def koch(size, n):
    if n == 0:
        turtle.fd(size)
    else:
        for angle in [0, 60, -120, 60]:
           turtle.left(angle)
           koch(size/3, n-1)
def main():
    turtle.setup(800,400)
    turtle.penup()
    turtle.goto(-300, -50)
    turtle.pendown()
    turtle.pensize(2)
    koch(600,3)     # 0阶科赫曲线长度，阶数
    turtle.hideturtle()
main()

科赫曲线的绘制➡️科赫雪花的绘制

#KochDrawV2.py
import turtle
def koch(size, n):
    if n == 0:
        turtle.fd(size)
    else:
        for angle in [0, 60, -120, 60]:
           turtle.left(angle)
           koch(size/3, n-1)
def main():
    turtle.setup(600,600)
    turtle.penup()
    turtle.goto(-200, 100)
    turtle.pendown()
    turtle.pensize(2)
    level = 3      # 3阶科赫雪花，阶数
    koch(400,level)     
    turtle.right(120)
    koch(400,level)
    turtle.right(120)
    koch(400,level)
    turtle.hideturtle()
main()

5.5.3 实例讲解（下）

科赫雪花小包裹(下)
打包才能上路…
pyinstaller–i curve.ico –F KochDrawV2.py

-对编写后的科赫雪花代码进行打包处理

5.5.4 举一反三

绘制条件的扩展

• 修改分形几何绘制阶数
• 修改科赫曲线的基本定义及旋转角度
• 修改绘制科赫雪花的基础框架图形

分形几何千千万

• 康托尔集、谢尔宾斯基三角形、门格海绵…
• 龙形曲线、空间填充曲线、科赫曲线…
• 函数递归的深入应用…

作业