python函數式編程之高階函數學習

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基本概念

函數式編程，是一種抽象程度很高的編程範式，純粹的函數式編程語言編寫的函數沒有變量。因此，任意一個函數，只要輸入確定，輸出就確定的這種函數我們稱之爲純函數，我們稱這種函數沒有副作用。而允許使用白變量的程序設計語言，由於函數內部的變量狀態是不確定的，同樣的輸入可能有不同的輸出，我們稱這種函數爲有副作用的。
函數式編程的一個特點就是，允許把函數本身作爲參數傳遞給另一個函數，還允許返回一個函數！
Python對函數式編程提供部分支持。由於Python允許使用變量，因此，Python不是純函數式編程語言。
（這部分內容摘抄與廖雪峯老師的博客文章，自己也進行了學習）

高階函數

• 變量可以指向函數

  #變量可以指向函數
  f = abs;
  print(abs(-10));#10
  print(f(-10));#10
  #在這裏用f和abs調用的結果和效果是一樣的
  

  說明變量f 已經指向了函數 abs本身。

• 函數名也是變量
  函數名就是指向函數的變量。如：

  abs = 10;
  print(abs(-10));
  # Traceback (most recent call last):
  #   File "test01.py", line 164, in <module>
  #     print(abs(-10));
  # TypeError: 'int' object is not callable
  

  abs已經被賦值10，是一個指向10的變量了，就不能通過abs（-10）來調用該函數了，因爲abs這個變量已經不指向求絕對值函數了。

• 傳入函數
  就是一個函數可以作爲另一個函數的參數，這種函數稱爲高階函數。

  #一個簡單的高階函數
  def add(x, y, f):
      return f(x) + f(y);
  print(add(5, -6, abs));#11
  

map/reduce

python內建了map()和reduce()函數。

• map()函數
  map函數接收兩個參數，一個是函數，一個是iterable（可迭代的對象），map將傳入的函數一次作用到序列的每個元素，並把結果作爲新的iterator返回。

  #map()函數
  def f(x):
      return x * x;
  r = map(f, [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]);
  print(list(r));
  # [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
  

• reduce()函數
  該函數必須接收兩個參數，reduce把函數結果繼續和序列的下一個元素做累積計算。
  如：累加

  #reduce()函數
  from functools import reduce;
  def add1(x, y):
      return x + y;
  print(reduce(add1, [1, 3, 5, 7, 9]));#25
  

  這並不是reduce的用武之地，當我們要把上面的數列變成整數13579時，reduce就排上用場了：

  def fn(x, y):
      return x * 10 + y;
  print(reduce(fn, [1, 3, 5, 7, 9]));
  

  這個例子也沒什麼意義，但是當我們要把字符串 str 轉換成int的函數時，就用上了reduce（結合map）。

filter()函數

• filter
  python內置的filter函數用於過濾序列。和map類似也接收一個函數和一個序列，但是不同的是，filter把傳入的函數依次作用於每個元素，然後根據返回值是true還是false決定保留還是丟棄該元素。
  在一個list中，刪掉偶數，只保留奇數：

  #filter函數
  #在一個list中刪除偶數，只保留奇數
  def is_odd(n):
      return n % 2 == 1;
  print(list(filter(is_odd, [1, 2, 4, 5, 6, 9, 10, 15])));
  # 1, 5, 9, 15
  

• 用filter求素數
  思想：計算素數的一個方法是埃氏篩法，它的算法理解起來非常簡單：

  1. 首先，列出從2開始的所有自然數，構造一個序列：

     2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, …

  2. 取序列的第一個數2，它一定是素數，然後用2把序列的2的倍數篩掉：

     3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, …

  3. 取新序列的第一個數3，它一定是素數，然後用3把序列的3的倍數篩掉：

     5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, …

  4. 取新序列的第一個數5，然後用5把序列的5的倍數篩掉：

     7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, …

不斷篩下去，就可以得到所有的素數。
註明：該算法描述來源於廖雪峯老師的文章。

sorted()函數

排序算法

#sorted函數排序
print(sorted([36, -2, 5, 7, 1, -10]));
# [-10, -2, 1, 5, 7, 36];

sorted也是一個高階函數，可以接受一個key函數來實現自定義的排序，列如按絕對值大小排序：

#sorted函數排序
print(sorted([36, -2, 5, 7, 1, -10], key=abs));
# [1, -2, 5, 7, -10, 36]

sorted函數可以用來對字符串進行排序。
sorted()也是一個高階函數。用sorted()排序的關鍵在於實現一個映射函數。

總結

對函數式編程的學習這部分比較重要，學習這部分讓我想到了前端框架reactJs，react也是強調函數式編程的，也是react的特性。就是說一個函數可可以作爲另一個函數的參數。上面的學習例子都是很簡單的，需要自己不斷的練習。