一起來分析Python函數式編程

本篇文章為大家帶來了關於python的相關知識，其中主要介紹了函數式程式設計的相關問題，也就是在命令式範式中，透過為電腦提供一系列指令然後執行它們來完成任務，希望對大家有幫助。

 推薦學習：python學習教學

在這篇文章裡，你將學會什麼是函數範式以及如何使用Python進行函數式編程。你也將了解列表推導和其它形式的推導。

函數範式

在命令式範式中，透過為電腦提供一系列指令然後執行它們來完成任務。在執行這些指令時，可以改變某些狀態。例如，假設你最初將A設為5，然後改變A的值。這時在變數內部值的意義上，你改變了A的狀態。

在函數式範式中，你不用告訴電腦做什麼而是告訴他這個東西是什麼。例如數字的最大公約數是什麼，從1到n的乘積是什麼等等。

因此，變數不能變化。一旦你設定了一個變量，它就永遠保持這種狀態（注意，在純函數式語言中，它們不是變量）。因此，函數式程式設計沒有副作用。副作用指的是函數改變它自己以外的東西。讓我們來看一些典型Python程式碼的範例：

這段程式碼的輸出是5。在函數式範式中，改變變數是一個很大的禁忌，並且具有影響其範圍之外事物的功能也是一個很大的禁忌。函數唯一能做的就是計算一些東西並將其作為結果傳回。

現在你可能會想：「沒有變量，沒有副作用？為什麼這樣好？」這個問題問得好，我相信大多數人對此感到疑惑。

如果使用相同的參數呼叫函數兩次，則保證會傳回相同的結果。如果你已經學習了數學函數，你就會知道這個好處。這稱為參照透明度。由於函數沒有副作用，如果你正在建立一個計算某些事情的程序，你可以加速程序。如果每次呼叫func(2)都回傳3，我們可以將它儲存在表中，這可以防止程式重複執行相同的功能。

通常，在函數式程式設計中，我們不使用迴圈。我們使用遞歸。遞歸是一個數學概念，通常意味著“自我調用”。使用遞歸函數，該函數將其自身作為子函數重複呼叫。這是Python中遞迴函數的一個很好的例子：

有些程式語言也具有惰性。這意味著他們直到最後一秒才計算或做任何事情。如果你寫一些程式碼來執行2 2，函數程式只會在你真正需要使用結果時計算出來。我們很快就會在Python中探索惰性。

Map

為了理解，我們先來看看迭代是什麼。通常可以迭代的物件是列表或數組，但Python有許多不同的類型可以迭代。你甚至可以創建自己的對象，這些對象可以透過實現魔術方法進行迭代。魔術方法就像是一個API，可以幫助你的物件變得更Pythonic。您需要實現2個魔術方法才能使對象成為可迭代的：

第一個魔術方法“__iter__”（註：這裡是雙下劃線）返回迭代對象，這通常在循環開始時使用。 ”__next__「傳回下一個物件。

讓我們快速進入一個終端呼叫上面的程式碼：

#運行將會印出

在Python中，迭代器是一個只有__iter__魔術方法的物件。這意味著您可以存取物件中的位置，但不能遍歷該物件。有些物件將具有魔術方法__next__而不是__iter__魔術方法，例如集合（在本文後面討論）。對於本文，我們假設我們接觸的所有內容都是可迭代的物件。

現在我們知道什麼是可迭代物件了，讓我們回到map函數。 map函數允許我們將函數應用於iterable中的每一項。 Map需要2個輸入，它們分別是要套用的函數和可迭代物件。

假設我們有一個數字列表，如下所示：

我們想要對每個數字進行平方，我們可以寫如下程式碼：

Python中函數式的函數是具有惰性的。如果我們不使用“list”，函數將儲存iterable的定義，而不是列表本身。我們需要明確告訴Python「把它變成一個清單」供我們使用。

在Python中突然從非惰性求值轉向惰性求值有點奇怪。如果你在函數式思維方式中考慮得更多，而不是命令式思維方式，那麼你最終會習慣它。

現在寫一個像「square(num)」這樣的普通函數雖然很好，但卻是不對的。我們必須定義一個完整的函數才能在map中使用它？好吧，我們可以使用lambda（匿名）函數在map中定義一個函數。

Lambda表達式

lambda表達式是一個只有一行的函數。舉個例子，這個lambda表達式對給定的數字平方：

#讓我們運行它：

# #這看起來不像函數嗎？

嗯，這有點令人困惑，但可以解釋。我們將一些東西分配給變數“square”。那這個呢：

告訴Python這是一個lambda函數，輸入叫做x。冒號之後的任何內容都是您對輸入所做的操作，它會自動傳回結果。

簡化我們的square程式到只有一行程式碼，我們可以這樣做：

所以在lambda表達式中，所有參數都在左邊，你要用它們做的東西在右邊。它有點亂。但事實是，編寫只有其他函數式程式設計師才能閱讀的程式碼會有一定的樂趣。此外，使用函數並將其轉換為一行程式碼是非常酷的。

Reduce

Reduce是將迭代變成一個東西的函數。通常，你可以在列表上使用reduce函數執行計算以將其減少到一個數字。 Reduce看起來像這樣：

我們常常會使用lambda表達式作為函數。

清單的乘積是每個單獨的數字相乘。要做到這一點你將寫如下程式碼：

但是使用reduce你可以這樣寫：

得到相同的功能，程式碼更短，並且在使用函數式程式設計的情況下更整潔。 （註：reduce函數在Python3中已不是內建函數，需要從functools模組中導入）

Filter

filter函數採用可迭代的方式，並過濾掉你在該可迭代中不需要的所有內容。

通常，filter需要一個函數和一個列表。它將函數應用於清單中的每一項，如果函數傳回True，則不執行任何操作。如果傳回False，則從清單中刪除該項目。

語法如下：

讓我們來看一個小例子，沒有filter我們會寫：

使用filter，可以這樣寫：

Python作為一門不斷發展與普及的語言，還在不斷更新中。學習時，建議找一些學習夥伴一起來學習討論，效果更佳。如果想學習Python，歡迎加入Python學習交流群（627012464），一起督促，一起學習。裡面有開發工具，很多乾貨和技術資料分享！

高階函數

高階函數可以將函數當作參數並傳回函數。一個很簡單的例子如下：

第二個回傳函數的範例：

##開頭我說過純函數式程式語言沒有變數。更高階的函數使這變得更容易。

Python中的所有函數都是一等公民。一等公民被定義為具有以下一個或多個特徵：

在運行時創建

在資料結構中分配變數或元素

作為函數的參數傳遞

作為函數的結果傳回

Python中的所有函數都可以用作高階函數。

Partial application

Partial application（也稱為閉包）有點奇怪，但非常酷。您可以在不提供所需的所有參數的情況下呼叫函數。讓我們在一個例子中看到這一點。我們想要建立一個函數，它接受2個參數，一個基數和一個指數，並且傳回指數冪的基數，如下所示：

##現在我們想要一個專用的平方函數，使用冪函數計算數字的平方：

這有效，但如果我們想要一個立方體函數呢？或者求四次方的功能呢？我們可以繼續寫下它們嗎？好吧，你可以。但程式設計師很懶的。如果你一遍又一遍地重複同樣的事情，這表明有一種更快的方法來加快速度，這將使你不再重複。我們可以在這裡使用閉包。讓我們來看一個使用閉包的square函數的範例：

是不是很酷！我們可以只使用1個參數來呼叫需要2個參數的函數。

我們也可以使用一個迴圈來產生一個冪函數，該函數實作從立方體一直到1000的冪。

函數式程式設計不是pythonic

您可能已經注意到了，我們想要在函數式程式設計中做的很多事情都圍繞著列表。除了reduce函數和閉包之外，您看到的所有函數都會產生列表。 Guido（Python之父）不喜歡Python中的函數式，因為Python已經有了自己產生列表的方法。

如果你在Python的互動環境下寫入」import this“，你將會得到：

這是Python之禪。這是一首關於Pythonic意味著什麼的詩。我們想要涉及的部分是：

There should be one — and preferably only one — obvious way to do it.（應該盡量找到一種，最好是唯一一種明顯的解決方案）

在Python中，map和filter可以執行與清單推導（下面討論）相同的操作。這打破了Python之禪的一個規則，因此函數式程式設計的這些部分不被視為「pythonic」。

另一個話題是Lambda。在Python中，lambda函數是一個普通函數。 Lambda是語法糖。這兩種說法是等價的。

普通函數可以執行lambda函數可以執行的所有操作，但它不能以相反的方式運作。 lambda函數不能完成普通函數可以執行的所有操作。

這是一個簡短的論證，為什麼函數式程式設計不能很好地適應整個Python生態系統。你可能已經注意到我之前提到了列表推導，我們現在將討論它們。

列表推導

前面，我提到你可以用map或filter做的任何事情，你可以用列表推導。列表推導是一種在Python中產生列表的方法。語法是：

讓我們將清單中的每個數字平方，例如：

我們可以看到如何將函數應用於列表中的每一項。我們如何應用filter呢？看看前面的程式碼：

我們可以將其轉換成列表推導，像這樣：

列表支援if這樣的語句。您不再需要將一百萬個函數應用於某些東西以獲得您想要的東西。事實上，如果你想嘗試產生某種列表，那麼使用列表推導看起來會更清晰，更容易。如果我們想要將清單中每個0以下的數字平方怎麼辦？有了lambda，map和filter你會寫：

這似乎很長很複雜。透過列表推導，它只是：

#列表推導僅適用於列表。 map,filter適合任何可迭代的對象，那麼這有什麼用呢？你可以對你遇到的任何可迭代物件使用任何推導。

其他推導

你可以為任何可迭代物件建立一個推導。

可以使用推導產生任何可迭代的物件。從Python 2.7開始，您甚至可以產生字典（hashmap）。

如果它是可迭代的，則可以產生它。讓我們來看看最後一組的例子。

#set是一個元素列表，在該列表中沒有元素重複兩次。

set中的元素沒有順序。

您可能會注意到set（集合）與dict（字典）具有相同的花括號。 Python非常聰明。根據你是否為dict提供值，它會知道你是在寫dict推導還是set推導。

 推薦學習：python教學

#

以上是一起來分析Python函數式編程的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！