Функции и рекурсия в Python — это инструменты для написания модульного и структурированного кода. Рассмотрим детально, как создавать, использовать функции и как реализовать рекурсию.
Функции
Определение функций
Функции в Python определяются с помощью ключевого слова
def, за которым следует имя функции, параметры в круглых скобках и двоеточие. Тело функции заключается в отступы. def function_name(parameters):
# тело функции
pass
Пример простейшей функции:
def greet(name):
print(f"Hello, {name}!")
greet("Alice") # Hello, Alice!
Параметры и аргументы
Функции могут принимать параметры и возвращать значения. Далее будут показаны различные способы передать в функцию разные типы аргументов.
Обязательные параметры
def add(a, b):
return a + b
result = add(3, 5)
print(result) # 8
Параметры по умолчанию
Если аргумент не передан, используется значение по умолчанию.
def greet(name, greeting="Hello"):
print(f"{greeting}, {name}!")
greet("Alice") # Hello, Alice!
greet("Bob", "Hi") # Hi, Bob!
Именованные аргументы
Аргументы можно передавать по имени. Если все аргументы передавать таким способом, то порядок их расположения в скобках не будет важен.
def describe_pet(pet_name, animal_type="собака"):
print(f"У меня есть {animal_type} по имени {pet_name}.")
describe_pet(pet_name="Вилли") # У меня есть собака по имени Вилли.
describe_pet(animal_type="кот", pet_name="Whiskers") # У меня есть кот по имени Вискерс.
Аргументы переменной длины
-
*argsдля позиционных аргументов переменной длины. -
**kwargsдля именованных аргументов переменной длины.
def make_pizza(size, *toppings):
print(f"\nПриготовление пиццы размером {size} дюйма со следующими начинками:")
for topping in toppings:
print(f"- {topping}")
make_pizza(12, "pepperoni", "mushrooms", "green peppers")
def build_profile(first, last, **user_info):
profile = {"first_name": first, "last_name": last}
for key, value in user_info.items():
profile[key] = value
return profile
user_profile = build_profile("albert", "einstein", location="princeton", field="physics")
print(user_profile)
# {'first_name': 'albert', 'last_name': 'einstein', 'location': 'princeton', 'field': 'physics'}
Возвращение значений
Функция может возвращать значение с помощью оператора
return.def square(x):
return x ** 2
result = square(4)
print(result) # 16
Документация функций
Строки документации (docstrings) используются для описания функции. Они размещаются сразу после определения функции.
def greet(name):
"""Выводит приветственное сообщение с именем."""
print(f"Hello, {name}!")
print(greet.__doc__) # Выводит приветственное сообщение с именем.
Рекурсия
Рекурсия — это метод программирования, при котором функция вызывает саму себя. Каждая рекурсивная функция должна иметь
return.Факториал числа
Факториал числа n (обозначается как n!) — это произведение всех положительных целых чисел, меньших или равных n.
def factorial(n):
"""Возвращает факториал числа n."""
if n == 0:
return 1
else:
return n * factorial(n - 1)
print(factorial(5)) # 120
Числа Фибоначчи
Последовательность чисел Фибоначчи — это последовательность, в которой каждое число является суммой двух предыдущих чисел.
def fibonacci(n):
"""Возвращает n-ное число Фибоначчи."""
if n <= 1:
return n
else:
return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2)
print(fibonacci(6)) # 8
Ограничения рекурсии
Рекурсия может привести к переполнению стека вызовов, если количество рекурсивных вызовов слишком велико. Python имеет ограничение на глубину рекурсии (обычно 1000 вызовов). Это можно проверить и изменить с помощью модуля
sys.import sys
print(sys.getrecursionlimit()) # 1000
sys.setrecursionlimit(1500)
Хвостовая рекурсия
Хвостовая рекурсия — это рекурсия, в которой рекурсивный вызов является последним действием в функции. Python не оптимизирует хвостовую рекурсию, поэтому она может привести к проблемам с производительностью.
def factorial_tail_recursive(n, accumulator=1):
"""Возвращает факториал числа n, используя хвостовую рекурсию."""
if n == 0:
return accumulator
else:
return factorial_tail_recursive(n - 1, n * accumulator)
print(factorial_tail_recursive(5)) # 120
Альтернативы рекурсии
Для некоторых задач, которые обычно решаются с помощью рекурсии, можно использовать итеративные подходы.
Итеративный факториал
def factorial_iterative(n):
result = 1
for i in range(1, n + 1):
result *= i
return result
print(factorial_iterative(5)) # 120
Итеративные числа Фибоначчи
def fibonacci_iterative(n):
a, b = 0, 1
for _ in range(n):
a, b = b, a + b
return a
print(fibonacci_iterative(6)) # 8
Полезные функции и приёмы
Lambda-функции
Lambda-функции — это небольшие анонимные функции, которые могут принимать любое количество аргументов, но содержат только одно выражение. Чаще всего некоторые функции можно заменить лямбдой.
square = lambda x: x ** 2
print(square(5)) # 25
sum = lambda a, b: a + b
print(sum(3, 4)) # 7
Функции высшего порядка
Функции принимают другие функции в качестве аргументов или возвращают функции.
def apply_function(func, value):
return func(value)
print(apply_function(square, 5)) # 25
Декораторы
Декораторы позволяют обернуть одну функцию в другую, изменяя её поведение. Таким образом можно использовать функцию внутри функции.
def decorator(func):
def wrapper():
print("Что-то происходит до вызова функции.")
func()
print("Что-то происходит после вызова функции.")
return wrapper
@decorator
def say_hello():
print("Hello!")
say_hello()
Замыкания
Замыкания — это функции, которые "запоминают" контекст, в котором они были созданы.
def outer_function(x):
def inner_function(y):
return x + y
return inner_function
closure = outer_function(10)
print(closure(5)) # 15
