Роман Сузи - Язык программирования Python

• Название: Язык программирования Python
• Автор: Роман Сузи
• Жанр: Программирование

Курс посвящен одному из бурно развивающихся и популярных в настоящее время сценарных языков программирования — Python. Язык Python позволяет быстро создавать как прототипы программных систем, так и сами программные системы, помогает в интеграции программного обеспечения для решения производственных задач. Python имеет богатую стандартную библиотеку и большое количество модулей расширения практически для всех нужд отрасли информационных технологий. Благодаря ясному синтаксису изучение языка не составляет большой проблемы. Написанные на нем программы получаются структурированными по форме, и в них легко проследить логику работы. На примере языка Python рассматриваются такие важные понятия как: объектно–ориентированное программирование, функциональное программирование, событийно–управляемые программы (GUI–приложения), форматы представления данных (Unicode, XML и т.п.). Возможность диалогового режима работы интерпретатора Python позволяет существенно сократить время изучения самого языка и перейти к решению задач в соответствующих предметных областях. Python свободно доступен для многих платформ, а написанные на нем программы обычно переносимы между платформами без изменений. Это обстоятельство позволяет применять для изучения языка любую имеющуюся аппаратную платформу.

---

Кстати, бинарные операции «+», «-», «*», «/», которые записываются в выражениях, являются «математическими» функциями над двумя аргументами — операндами. Их используют настолько часто, что синтаксис языка программирования имеет для них более короткую запись. Модуль operator позволяет представлять эти операции в функциональном стиле:

>>> from operator import add, mul

>>> print add(2, mul(3, 4))

14

Функция: определение и вызов

Как уже говорилось, определить функцию в Python можно двумя способами: с помощью оператора def и lambda–выражения. Первый способ позволяет использовать операторы. При втором — определение функции может быть только выражением.

Забегая вперед, можно заметить, что методы классов определяются так же, как и функции. Отличие состоит в специальном смысле первого аргумента self (в нем передается экземпляр объекта).

Лучше всего рассмотреть синтаксис определения функции на нескольких примерах. После определения соответствующей функции показан один или несколько вариантов ее вызова (некоторые примеры взяты из стандартной библиотеки).

Определение функции должно содержать список формальных параметров и тело определения функции. В случае с оператором def функции также задается некоторое имя. Формальные параметры являются локальными именами внутри тела определения функции, а при вызове функции они оказываются связанными с объектами, переданными как фактические параметры. Значения по умолчанию вычисляются в момент выполнения оператора def, и потому в них можно использовать видимые на момент определения имена.

Вызов функции синтаксически выглядит как объект–функция(фактические параметры). Обычно объект–функция — это просто имя функции, хотя это может быть и любое выражение, которое в результате вычисления дает исполняемый объект.

Функция одного аргумента:

def swapcase(s):

 return s.swapcase()

print swapcase("ABC")

Функция двух аргументов, один из которых необязателен и имеет значение по умолчанию:

def inc(n, delta=1):

 return n+delta

print inc(12)

print inc(12, 2)

Функция с одним обязательным аргументом, с одним, имеющим значение по умолчанию и неопределенным числом именованных аргументов:

def wrap(text, width=70, **kwargs):

 from textwrap import TextWrapper

 # kwargs — словарь с именами и значениями аргументов

 w = TextWrapper(width=width, **kwargs)

 return w.wrap(text)

print wrap("my long text ...", width=4)

Функция произвольного числа аргументов:

def max_min(*args):

 # args — список аргументов в порядке их указания при вызове

 return max(args), min(args)

print max_min(1, 2, -1, 5, 3)

Функция с обычными (позиционными) и именованными аргументами:

def swiss_knife(arg1, *args, **kwargs):

 print arg1

 print args

 print kwargs

 return None

print swiss_knife(1)

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

print swiss_knife(1, 2, 3, a='abc', b='sdf')

# print swiss_knife(1, a='abc', 3, 4) # !!! ошибка

lst = [2, 3, 4, 5]

dct = {'a': 'abc', 'b': 'sdf'}

print swiss_knife(1, *lst, **dct)

Пример определения функции с помощью lambda–выражения дан ниже:

func = lambda x, y: x + y

В результате lambda–выражения получается безымянный объект–функция, которая затем используется, например, для того, чтобы связать с ней некоторое имя. Однако, как правило, определяемые lambda–выражением функции, применяются в качестве параметров функций.

В языке Python функция может возвратить только одно значение, которое может быть кортежем. В следующем примере видно, как стандартная функция divmod() возвращает частное и остаток от деления двух чисел:

def bin(n):

 """Цифры двоичного представления натурального числа """

 digits = []

 while n > 0:

  n, d = divmod(n, 2)

  digits = [d] + digits

 return digits

print bin(69)

Примечание:

Важно понять, что за именем функции стоит объект. Этот объект можно связать с другим именем:

def add(x, y):

return x + y

addition = add # теперь addition и add — разные имена одного и того же объекта

Пример, в котором в качестве значения по умолчанию аргумента функции используется изменчивый объект (список). Этот объект — один и тот же для всех вызовов функций, что может привести к казусам:

def mylist(val, lst=[]):

 lst.append(val)

 return lst

print mylist(1),

print mylist(2)

Вместо ожидаемого [1] [2] получается [1] [1, 2], так как добавляются элементы к «значению по умолчанию».

Правильный вариант решения будет, например, таким:

def mylist(val, lst=None):

 lst = lst or []

 lst.append(val)

 return lst

Конечно, приведенная выше форма может использоваться для хранения в функции некоторого состояния между ее вызовами, однако, практически всегда вместо функции с таким побочным эффектом лучше написать класс и использовать его экземпляр.

Рекурсия

В некоторых случаях описание функции элегантнее всего выглядит с применением вызова этой же функции. Такой прием, когда функция вызывает саму себя, называется рекурсией. В функциональных языках рекурсия обычно используется много чаще, чем итерация (циклы).

В следующем примере переписывается функция bin() в рекурсивном варианте:

def bin(n):

 """Цифры двоичного представления натурального числа """

 if n == 0:

  return []

 n, d = divmod(n, 2)

 return bin(n) + [d]

print bin(69)

Здесь видно, что цикл while больше не используется, а вместо него появилось условие окончания рекурсии: условие, при выполнении которого функция не вызывает себя.

Конечно, в погоне за красивым рекурсивным решением не следует упускать из виду эффективность реализации. В частности, пример реализации функции для вычисления n–го числа Фибоначчи это демонстрирует:

def Fib(n):

 if n < 2:

  return n

 else:

  return Fib(n–1) + Fib(n–2)

В данном случае количество рекурсивных вызовов растет экспоненциально от числа n, что совсем не соответствует временной сложности решаемой задачи.

В качестве упражнения предлагается написать итеративный и рекурсивный варианты этой функции, которые бы требовали линейного времени для вычисления результата.

Предупреждение:

При работе с рекурсивными функциями можно легко превысить глубину допустимой в Python рекурсии. Для настройки глубины рекурсии следует использовать функцию setrecursionlimit(N) из модуля sys, установив требуемое значение N. 

Функции как параметры и результат

Как уже не раз говорилось, функции являются такими же объектами Python как числа, строки или списки. Это означает, что их можно передавать в качестве параметров функций или возвращать из функций.

Функции, принимающие в качестве аргументов или возвращающие другие функции в результате, называют функциями высшего порядка. В Python функции высшего порядка применяются программистами достаточно часто. В большинстве случаев таким образом строится механизм обратных вызовов (callbacks), но встречаются и другие варианты. Например, алгоритм поиска может вызывать переданную ему функцию для каждого найденного объекта.

Функция apply()

Функция apply() применяет функцию, переданную в качестве первого аргумента, к параметрам, которые переданы вторым и третьим аргументом. Эта функция в Python устарела, так как вызвать функцию можно с помощью обычного синтаксиса вызова функции. Позиционные и именованные параметры можно передать с использованием звездочек:

>>> lst = [1, 2, 3]

>>> dct = {'a': 4, 'b': 5}

>>> apply(max, lst)

3

>>> max(*lst)

3

>>> apply(dict, [], dct)

{'a': 4, 'b': 5}

>>> dict(**dct)

{'a': 4, 'b': 5}

Обработка последовательностей

Многие алгоритмы сводятся к обработке массивов данных и получению новых массивов данных в результате. Среди встроенных функций Python есть несколько для работы с последовательностями.

Под последовательностью в Python понимается любой тип данных, который поддерживает интерфейс последовательности (это несколько специальных методов, реализующих операции над последовательностями, которые в данном курсе обсуждаться не будут).