函数的概念及其重要性
在前几章中，我们已经介绍了数据的表达和数据处理的控制流程，从而可以编写简单的程序实现特定功能。然而，我们在代码复用性、程序结构框架和代码维护性等方面遇到了一些不便。因此，迫切需要引入一种新的方法来解决这些问题——这就是我们今天要讨论的主题：函数。
为什么使用函数？
函数具有三大重要作用：
提高代码复用性：将常用代码封装成函数，减少重复。分解复杂问题：将复杂问题分解为多个简单问题，便于管理和解决。提升代码维护性：只需修改函数内部逻辑，不影响其他部分。
函数的基本结构
函数可以理解为一个“白箱子”，具有输入、处理和输出三个部分。其三要素分别为：
参数（输入）函数体（处理过程）返回值（输出）
函数的定义与调用
定义函数
函数定义的基本语法如下：
def 函数名(参数):
函数体
return 返回值
例如，定义一个计算阶乘的函数：
def factorial(n):
result = 1
for i in range(1, n + 1):
result *= i
return result
调用函数
调用函数时，使用函数名并传递参数：
factorial(5)
参数传递
形参与实参
形参：函数定义时的参数。实参：函数调用时传递的实际值。
位置参数
位置参数按照位置顺序传递：
def function(x, y, z):
print(x, y, z)
function(1, 2, 3)
关键字参数
关键字参数通过参数名传递，打破位置限制：
function(y=1, z=2, x=3)
混合使用
位置参数必须在关键字参数之前：
function(1, y=2, z=3)
默认参数
为某些参数设置默认值：
def register(name, age, sex=‘male’):
print(name, age, sex)
可变参数
单星号 *args 接收多个位置参数：
def function(x, y, *args):
print(x, y, args)
function(1, 2, 3, 4, 5)
双星号 **kwargs 接收多个关键字参数：
def function(x, y, **kwargs):
print(x, y, kwargs)
function(1, 2, a=3, b=4)
函数体与变量作用域
局部变量
仅在函数体内定义的变量：
def function():
z = x * y
return z
全局变量
在外部程序中定义的变量：
n = 10
def function():
global z
z = x * y * n
返回值
返回单个或多个值：
def function():
return value
def function():
return value1, value2
模块化编程实例
羽毛球比赛胜负模拟
主要逻辑
获取原始数据：get_input()模拟多场比赛：sim_n_games()汇总输出结果：print_summary()
详细步骤
获取原始数据
def get_input():
prob_a = float(input("Enter probability for A: "))
prob_b = 1 - prob_a
num_games = int(input("Enter number of games to simulate: "))
return prob_a, prob_b, num_games
模拟单场比赛
def sim_one_game(prob_a, prob_b):
score_a = score_b = 0
while not game_over(score_a, score_b):
if random.random() < prob_a:
score_a += 1
else:
score_b += 1
return score_a, score_b
模拟多场比赛
def sim_n_games(prob_a, prob_b, num_games):
wins_a = wins_b = 0
for _ in range(num_games):
score_a, score_b = sim_one_game(prob_a, prob_b)
if score_a > score_b:
wins_a += 1
else:
wins_b += 1
return wins_a, wins_b
汇总输出结果
def print_summary(wins_a, wins_b, num_games):
print(f"Summary of {num_games} games:“)
print(f"A won {wins_a / num_games * 100:.2f}%”)
print(f"B won {wins_b / num_games * 100:.2f}%")
匿名函数
匿名函数使用 lambda 定义，常用于排序和最大/最小值计算：
sorted_list = sorted(data, key=lambda x: x[1])
max_value = max(data, key=lambda x: x[1])
面向过程与面向对象编程
面向过程编程
以事件过程为主线，关注事情的发生过程。
面向对象编程
以对象为核心，关注对象的属性和行为。
函数定义与调用
单选题
为什么我们要使用函数？
A. 提高代码复用性
B. 将复杂的逻辑关系分解成简单逻辑关系的组合
C. 提高代码维护和管理的效率
D. 以上都是
答案: D
函数的三要素不包括以下哪一项？
A. 参数
B. 函数体
C. 返回值
D. 注释
答案: D
在函数定义时，圆括号里的参数称为？
A. 实参
B. 形参
C. 默认参数
D. 可变参数
答案: B
当函数调用时传递给函数的参数称为？
A. 形参
B. 实参
C. 默认参数
D. 关键字参数
答案: B
哪种参数传递方式适用于参数较少的情况？
A. 位置参数
B. 关键字参数
C. 混合参数
D. 默认参数
答案: A
哪种参数传递方式可以打破位置的限制？
A. 位置参数
B. 关键字参数
C. 混合参数
D. 默认参数
答案: B
关于默认参数，下列说法正确的是？
A. 默认参数必须放在非默认参数前面
B. 默认参数必须放在非默认参数后面
C. 默认参数可以放在任意位置
D. 默认参数不能是不可变类型
答案: B
关于可变参数，下列说法正确的是？
A. 使用*args可以接收任意多个位置参数
B. 使用**kwargs可以接收任意多个关键字参数
C. *args接收的参数会被打包成元组
D. 以上都是
答案: D
判断题
函数体内的变量一定是局部变量。
答案: 正确
全局变量可以在函数体内直接访问。
答案: 正确
局部变量可以在函数体外部访问。
答案: 错误
函数的返回值只能是一个值。
答案: 错误
没有return语句的函数返回值是None。
答案: 正确
填空题
函数的定义关键字是______。
答案: def
函数的返回值使用______关键字实现。
答案: return
将复杂的逻辑关系分解成简单逻辑关系的组合的思想称为______。
答案: 分而治之
函数体内的变量称为______变量。
答案: 局部
函数体外部定义的变量称为______变量。
答案: 全局
编程题
编写一个函数calculate_factorial，接受一个整数n作为参数，返回n的阶乘。
def calculate_factorial(n):
if n == 0 or n == 1:
return 1
result = 1
for i in range(2, n + 1):
result *= i
return result
编写一个函数get_input，接受用户输入的小丹和小伟每球获胜的概率以及模拟的比赛场次，并返回这三个值。
def get_input():
prob_a = float(input("请输入小丹每球获胜的概率（例如0.55）: "))
prob_b = 1 - prob_a
num_games = int(input("请输入模拟的比赛场次（例如10000）: "))
return prob_a, prob_b, num_games
编写一个函数sim_one_game，模拟一场比赛，接受小丹和小伟每球获胜的概率作为参数，返回比赛结束时双方的得分。
import random
def sim_one_game(prob_a, prob_b):
score_a = 0
score_b = 0
while not game_over(score_a, score_b):
if random.random() < prob_a:
score_a += 1
else:
score_b += 1
return score_a, score_b
def game_over(score_a, score_b):
return score_a >= 21 or score_b >= 21
编写一个函数sim_n_games，模拟多场比赛，接受小丹和小伟每球获胜的概率以及模拟的比赛场次作为参数，返回双方获胜的场次数。
def sim_n_games(prob_a, prob_b, num_games):
wins_a = 0
wins_b = 0
for _ in range(num_games):
score_a, score_b = sim_one_game(prob_a, prob_b)
if score_a > score_b:
wins_a += 1
else:
wins_b += 1
return wins_a, wins_b
编写一个函数print_summary，接受双方获胜的场次数以及模拟的比赛场次作为参数，打印输出比赛结果的汇总。
def print_summary(wins_a, wins_b, num_games):
print(f"总模拟场次: {num_games}")
print(f"小丹获胜概率: {wins_a / num_games * 100:.2f}%")
print(f"小伟获胜概率: {wins_b / num_games * 100:.2f}%")
第六章 函数相关习题
习题一：函数定义与调用
题目：
考虑如下函数定义 function(x, *y, **z)，并有如下调用 function(*list('ABC'), 'd', **{'name': 'Sarah', 'age': 18})。请问这段代码是否会报错？如果不会报错，那么输出的结果是什么？
答案：
这段代码不会报错，输出结果为：
x: ay: (‘B’, ‘C’, ‘d’)z: {‘name’: ‘Sarah’, ‘age’: 18}
习题二：函数编程改进
题目：
假设有一个乒乓球比赛模拟函数，原始规则为：当某一方得分达到21分时即获胜。现需对函数进行以下改进：
增加容错功能，当输入的获胜概率不在0到1之间时，提示输入错误并要求重新输入。修改获胜规则：当某一方得分达到21分且与对手分差至少为2分时才可获胜。将比赛规则改为三局两胜制，率先赢得两局者获胜。
请简述如何实现上述改进。
答案：
使用while True循环不断接收输入，直到输入正确的获胜概率为止。修改获胜条件判断逻辑，确保不仅达到21分，还需与对手分差至少为2分。引入两个计数器分别记录双方赢下的局数，当任意一方赢下两局时结束比赛。
习题三：Lambda表达式的应用
题目：
给定一段文本字符串，使用lambda表达式对其进行字符频次统计，并按降序排列。
答案：
首先统计每个字符出现次数，存入字典中；然后利用sorted()函数结合lambda表达式，按照字典value值从大到小排序，具体实现为sorted(d.items(), key=lambda item: item[1], reverse=True)
习题四：Lambda表达式的特性与争议
题目：
简述Python中lambda表达式的三个特性，并谈谈你对lambda表达式在Python社区存在争议的看法。
答案：
匿名性：lambda表达式没有显式的名称。输入输出：由lambda关键字引导参数列表，冒号后跟随返回值表达式。简单性：只能包含简单的表达式，无法执行复杂语句（如for/while）。
关于争议，一方面lambda可以使某些场景下的代码更为简洁明了，另一方面若过度使用可能导致代码可读性下降，因此应根据实际情况合理选用。