Python学习6---高级函数式编程

1. 函数式编程简介

函数式编程(Functional Programming, FP)是一种编程范式,主要基于数学中的函数概念。与面向对象编程(OOP)不同,FP 更关注函数的应用而不是对象的状态。FP 的主要特点包括:

**纯函数:**函数的输出仅依赖于其输入,没有副作用。
不可变数据 :数据一旦创建就不能被修改。

**高阶函数:**可以接受函数作为参数或返回函数的函数。

2. 函数式编程的核心概念
2.1 纯函数

纯函数的输出只依赖于输入参数,不依赖于外部状态,也不会改变外部状态。这样的函数具有可预测性和可测试性。

示例:

python 复制代码
def pure_add(x, y):
    return x + y

# 调用纯函数
result = pure_add(2, 3)
print(result)  # 输出:5

2.2 不可变数据

不可变数据一旦创建就不能修改。使用不可变数据可以避免因为数据修改导致的错误。

示例:

python 复制代码
from collections import namedtuple

# namedtuple:创建一个和tuple类似的对象,而且对象拥有可访问的属性。
# 定义一个namedtuple类型Point,并包含x和y属性。
Point = namedtuple('Point', ['x', 'y'])
p1 = Point(1, 2)

# 不可变数据不能直接修改
# p1.x = 3  # 这会导致错误

# 修改对象属性,注意要使用"_replace"方法
Point= Point._replace(x=3)

p2 = Point(p1.x, 3)
print(p2)  # 输出:Point(x=1, y=3)

2.3 高阶函数

高阶函数是可以接受其他函数作为参数或返回值的函数。常见的高阶函数包括map、filter和reduce。

示例:

python 复制代码
def apply_twice(func, x):
    return func(func(x))

def increment(x):
    return x + 1

# 调用高阶函数
result = apply_twice(increment, 5)
print(result)  # 输出:7

3. 函数式编程工具
3.1 lambda函数

lambda函数是匿名函数,可以在需要一个简单函数而不想定义完整函数时使用。

示例:

python 复制代码
# 使用lambda函数
add = lambda x, y: x + y
print(add(2, 3))  # 输出:5

3.2 map, filter 和 reduce

这些函数用于函数式数据处理:

map:将一个函数应用到序列的每个元素上,返回一个迭代器。

filter:过滤序列中的元素,返回一个迭代器。

reduce:对序列中的元素进行累积操作,返回一个单一结果。

python 复制代码
from functools import reduce

# map函数
squares = map(lambda x: x * x, [1, 2, 3, 4])
print(list(squares))  # 输出:[1, 4, 9, 16]

# filter函数
evens = filter(lambda x: x % 2 == 0, [1, 2, 3, 4])
print(list(evens))  # 输出:[2, 4]

# reduce函数
product = reduce(lambda x, y: x * y, [1, 2, 3, 4])
print(product)  # 输出:24

3.3 functools模块

functools模块提供了许多有用的工具来辅助函数式编程,比如partial和lru_cache。

示例:

python 复制代码
from functools import partial, lru_cache

# partial函数:把一个函数的某些参数给固定住,返回一个新的函数。
def power(base, exponent):
    return base ** exponent	
    
# 此处,固定的是power函数的exponent参数。
# partial(power, 2):固定的是power函数的第一个参数
square = partial(power, exponent=2)
print(square(5))  # 输出:25

# lru_cache装饰器
@lru_cache(maxsize=None)
def fibonacci(n):
    if n < 2:
        return n
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

print(fibonacci(10))  # 输出:55

4. 函数式编程的实际应用
4.1 列表处理

函数式编程在列表处理和数据转换方面非常高效。

示例:

python 复制代码
data = [1, 2, 3, 4, 5]

# 使用map和filter处理列表
squared_evens = map(lambda x: x * x, filter(lambda x: x % 2 == 0, data))
print(list(squared_evens))  # 输出:[4, 16]

4.2 数据转换

利用高阶函数和lambda函数,可以轻松地进行数据转换。

示例:

python 复制代码
data = [{'name': 'Alice', 'age': 30}, {'name': 'Bob', 'age': 25}]

# 将数据转换为另一种形式
names = map(lambda x: x['name'], data)
print(list(names))  # 输出:['Alice', 'Bob']

4.3 并行处理

通过使用函数式编程技术,可以简化并行处理任务。

示例:

python 复制代码
import concurrent.futures

def square(x):
    return x * x

with concurrent.futures.ThreadPoolExecutor() as executor:
    results = list(executor.map(square, [1, 2, 3, 4]))
print(results)  # 输出:[1, 4, 9, 16]
相关推荐
一晌小贪欢19 分钟前
【Python办公】处理 CSV和Excel 文件操作指南
开发语言·python·excel·excel操作·python办公·csv操作
2301_7833601320 分钟前
R语言 | 带重要性相关热图和贡献图如何解释?如何绘制随机森林计算结果重要性及相关性图?[学习笔记]
学习·随机森林·r语言
潲爺1 小时前
Java IDEA学习之路:第九周课程笔记归纳
java·学习·intellij-idea
石像鬼₧魂石1 小时前
192.168.1.4(Windows 靶机)渗透测试练习全流程(详细步骤)
windows·学习
檀越剑指大厂1 小时前
【Python系列】fastapi和flask中的阻塞问题
python·flask·fastapi
GLAB-Mary1 小时前
HCIE最优规划路线:如何系统性学习华为认证?
学习·华为·华为认证·hcie·数通
月下倩影时2 小时前
视觉学习——卷积与神经网络:从原理到应用(量大管饱)
人工智能·神经网络·学习
d111111111d2 小时前
STM32外设学习-串口数据包笔记-(程序)
笔记·stm32·单片机·嵌入式硬件·学习
YoungHong19922 小时前
【Python进阶】告别繁琐Debug!Loguru一键输出异常日志与变量值
python·debug·异常处理·日志·loguru·log·logger
zhoutanooi3 小时前
安卓bp文件编译学习
android·学习