Python电子教案-函数和代码复用课件

七段数码管绘制七段数码管绘制1数码管是一种价格便宜、使用简单的发光电子器件，广泛应用在价格较低的电子类产品中，其中，七段数码管最为常用。七段数码管（seven-segmentindicator）由7段数码管拼接而成，每段有亮或不亮两种情况，改进型的七段数码管还包括一个小数点位置，如图5.4所示。七段数码管绘制数码管是一种价格便宜、使用简单的发光电子器件，广泛应用在价格七段数码管绘制七段数码管绘制七段数码管能形成27=128种不同状态，其中部分状态能够显示易于人们理解的数字或字母含义，因此被广泛使用。图5.5给出了十六进制中16个字符的七段数码管表示。七段数码管绘制七段数码管能形成27=128种不同状态，其中部分状态能够显示本节将延续实例2和第2.4节内容，通过部分turtle库函数绘制七段数码管形式的日期信息。该问题的IPO描述如下：输入：当前日期的数字形式处理：根据每个数字绘制七段数码管表示输出：绘制当前日期的七段数码管表示七段数码管绘制本节将延续实例2和第2.4节内容，通过部分turtle库函数每个0到9的数字都有相同的七段数码管样式，因此，可以通过设计函数复用数字的绘制过程。进一步，每个七段数码管包括7个数码管样式，除了数码管位置不同外，绘制风格一致，也可以通过函数复用单个数码段的绘制过程。这里，先给出程序的全部代码，实例代码7.1如下七段数码管绘制每个0到9的数字都有相同的七段数码管样式，因此，可以通过设计Python电子教案-函数和代码复用课件实例代码7.1定义了drawDigit()函数，该函数根据输入的数字d绘制七段数码管，结合七段数码管结构，每个数码管的绘制采用图5.6所示顺序。七段数码管绘制实例代码7.1定义了drawDigit()函数，该函数根据输绘制起点在数码管中部左侧，无论每段数码管是否被绘制出来，turtle画笔都按顺序“画完”所有7个数码管。对于给定数字d，哪个数码段被绘制出来采用ifelse语句判断。drawLine(True)ifdin2,3,4,5,6,8,9elsedrawLine(False)drawLine(True)ifdin2,3,4,5,6,8,9elsedrawLine(False)七段数码管绘制绘制起点在数码管中部左侧，无论每段数码管是否被绘制出来，tu以第8行为例，代码采用了单行ifelse语句，这种语句常用于if和else分别只有一行语句的情形。第8行代码含义采用普通ifelse语句表达如下，可见，单行语句的实现方式能够使表达更加紧凑。ifdin2,3,4,5,6,8,9:ifdin2,3,4,5,6,8,9:drawLine(True)drawLine(True)else:else:drawLine(False)drawLine(False)七段数码管绘制以第8行为例，代码采用了单行ifelse语句，这种语句常用第8行代码根据输入数字判断是否要绘制七段数码管最中间的横线当需要绘制时，调用绘制函数drawLine()，参数赋值True当不需要绘制时，赋值参数False。根据0-9数字结构，对于2,3,4,5,6,8,9这些数字需要绘制，否则不需要绘制。为了使输出样式固定，简化设计，当不需要绘制时，turtle画笔需要抬起。drawLine()函数根据输出参数的值（True或False）决定是否抬起画笔。七段数码管绘制第8行代码根据输入数字判断是否要绘制七段数码管最中间的横线七为了使代码模块化更好，实例代码7.1定义了drawDate()函数和main()函数。drawDate()函数将更长数字分解为单个数字，进一步调用drawDigit()分别绘制每个数字。main()函数将启动窗体大小、画笔宽度、系统时间等功能封装在一起，但main()函数并不体现单一功能，这种封装仅从提高代码可读性角度考虑。七段数码管绘制为了使代码模块化更好，实例代码7.1定义了drawDate(实例代码7.1的运行效果实例代码7.1的运行效果实例代码7.1仅给出了最基本的七段数码管绘制程序，可以看出，使用函数能大量复用代码，避免相同功能重复编写。此外，函数的好处还体现在对代码的修改方面。能否绘制更有趣的七段数码管呢？实例代码7.2给出了图5.8的绘制风格，请读者比较实例代码7.2和实例代码7.1，进一步体会函数为编程带来的便利。七段数码管绘制实例代码7.1仅给出了最基本的七段数码管绘制程序，可以看出，Python电子教案-函数和代码复用课件Python电子教案-函数和代码复用课件实例代码7.2的运行效果实例代码7.2的运行效果代码的复用和模块化设计代码的复用和模块化设计18程序由一系列代码组成，如果代码是顺序但无组织的，不仅不利于阅读和理解，也很难进行升级和维护。因此，需要对代码进行抽象，形成易于理解的结构。当代编程语言从代码层面采用函数和对象两种抽象方式，分别对应面向过程和面向对象编程思想。复用和模块化程序由一系列代码组成，如果代码是顺序但无组织的，不仅不利于阅函数是程序的一种基本抽象方式，它将一系列代码组织起来通过命名供其他程序使用。函数封装的直接好处是代码复用，任何其他代码只要输入参数即可调用函数，从而避免相同功能代码在被调用处重复编写。代码复用产生了另一个好处，当更新函数功能时，所有被调用处的功能都被更新。复用和模块化函数是程序的一种基本抽象方式，它将一系列代码组织起来通过命名对象是程序的一种高级抽象方式，它将程序代码组织为更高级别的类。对象包括表征对象特征的属性和代表对象操作的方法。例如，汽车是一个对象，其颜色、轮胎数量、车型是属性，代表汽车的静态值；前进、后退、转弯等是方法，代表汽车的动作和行为。在程序设计中，如果代表对象，获取其属性采用.，调用其方法采用.()。对象的方法具有程序功能性，因此采用函数形式封装。复用和模块化对象是程序的一种高级抽象方式，它将程序代码组织为更高级别的类简单地，对象是程序拟解决计算问题的一个高级别抽象，它包括一组静态值（属性）和一组函数（方法）。从代码行数角度，对象和函数都使用了一个容易理解的抽象逻辑，但对象可以凝聚更多代码。因此，面向对象编程更适合代码规模较大，交互逻辑复杂的程序复用和模块化简单地，对象是程序拟解决计算问题的一个高级别抽象，它包括一组面向过程是一种以过程描述为主要方法的编程方式，该方法要求程序员列出解决问题所需要的步骤，然后用函数将这些步骤一步一步实现，使用时依次建立并调用函数或编写语句即可。面向过程编程是一种基本且自然的程序设计方法，函数通过将步骤或子功能封装实现代码复用并简化程序设计难度。面向过程和面向对象只是编程方式不同、抽象级别不同，所有面向对象编程能实现的功能采用面向过程同样能完成，两者在解决问题上不存在优劣之分复用和模块化面向过程是一种以过程描述为主要方法的编程方式，该方法要求程序当程序的长度在百行以上，如果不划分模块就算是最好的程序员也很难理解程序含义。解决这一问题的最好方法是将一个程序分割成短小的程序段，每一段程序完成一个小的功能。无论面向过程和面向对象编程，对程序合理划分功能模块并基于模块设计程序是一种常用方法，被称为“模块化设计”。复用和模块化当程序的长度在百行以上，如果不划分模块就算是最好的程序员也很模块化设计指通过函数或对象的封装功能将程序划分成主程序、子程序和子程序间关系的表达。模块化设计是使用函数和对象设计程序的思考方法，以功能块为基本单位，一般有两个基本要求：紧耦合：尽可能合理划分功能块，功能块内部耦合紧密；松耦合：模块间关系尽可能简单，功能块之间耦合度低。复用和模块化模块化设计指通过函数或对象的封装功能将程序划分成主程序、子程对比实例代码2.1和实例代码2.3，尽管后者通过函数封装增多了代码行数，但采用drawSnake()函数封装的功能理解起来更加容易。观察实例代码7.1，采用函数封装后，理解程序的第一层次不再是直接阅读语句，而是阅读函数及其框架，有需要时再进一步理解函数内部语句。为了增强代码可读性，复用和模块化对比实例代码2.1和实例代码2.3，尽管后者通过函数封装增多建议读者采用实例代码7.1中方式，将程序初始化或函数间过度语句封装为main()函数，使得全部代码都由函数组成，最后通过main()语句执行程序。尽管函数和模块化设计使整个程序看上去篇幅更长，但所增加的封装代码十分有益，它们为程序带来了模块化的层次结构，使程序具有更好的可读性。复用和模块化建议读者采用实例代码7.1中方式，将程序初始化或函数间过度语函数的递归函数的递归28函数作为一种代码封装，可以被其他程序调用，当然，也可以被函数内部代码调用。这种函数定义中调用函数自身的方式称为递归。就像一个人站在装满镜子的房间中，看到的影像就是递归的结果。递归在数学和计算机应用上非常强大，能够非常简洁的解决重要问题。递归的定义函数作为一种代码封装，可以被其他程序调用，当然，也可以被函数数学上有个经典的递归例子叫阶乘，阶乘通常定义为：为了实现这个程序，可以通过一个简单的循环累积去计算阶乘。观察5!的计算，如果去掉了5，那么就剩下计算4!，推广来看，n!=n(n-1)!。递归的定义数学上有个经典的递归例子叫阶乘，阶乘通常定义为：递归的定义实际上，这个关系给出了另一种方式表达阶乘的方式：这个定义说明0的阶乘按定义是1，其他数字的阶乘定义为这个数字乘以比这个数字小1数的阶乘。递归不是循环，因为每次递归都会计算比它更小数的阶乘，直到0!。0!是已知的值，被称作递归的基例。当递归到底了，就需要一个能直接算出值的表达式。递归的定义实际上，这个关系给出了另一种方式表达阶乘的方式：递归的定义阶乘的例子揭示了递归的2个关键特征：（1）存在一个或多个基例，基例不需要再次递归，它是确定的表达式；（2）所有递归链要以一个或多个基例结尾。递归的定义阶乘的例子揭示了递归的2个关键特征：递归的定义微实例微实例5.15.1：阶乘的计算：阶乘的计算递归的使用方法微实例5.1：阶乘的计算递归的使用方法fact()函数在其定义内部引用了自身，形成了递归过程。无限制的递归将耗尽计算资源，因此，需要设计基例使得递归逐层返回。fact()函数通过if语句给出了n为0时的基例，当n=0，fact()函数不再递归，返回数值1，如果n!=0，则通过递归返回n与n-1阶乘的乘积。递归的使用方法fact()函数在其定义内部引用了自身，形成了递归过程。递归由于负数和小数通过减1无法到达递归的基例，即n=0，代码第7行通过abs()和int()函数将用户输入转变成非负整数，该程序输出效果如下：递归的使用方法请输入一个整数:103628800请输入一个整数:12.345479001600由于负数和小数通过减1无法到达递归的基例，即n=0，代码第递归遵循函数的语义，每次调用都会引起新函数的开始，表示它有本地变量值的副本，包括函数的参数。图5.13给出了计算5!的递归调用过程，每次函数调用时，函数参数的副本会临时存储，递归中的各函数在运算自己的参数，相互没有影响。当基例结束函数运算并返回值时，各函数逐层结束运算，向调用者返回计算结果。递归的使用方法递归遵循函数的语义，每次调用都会引起新函数的开始，表示它有本递归的使用方法递归的使用方法对于用户输入的字符串s，输出反转后的字符串。解决这个问题的基本思想是把字符串看作一个递归对象。长字符串由较短字符串组成，每个小字符串也是一个对象。假如把一个字符串看成仅有两部分组成：首字符和剩余字符串。如果将剩余字符串与首字符交换，就完成了反转整个字符串，代码如下。defreverse(s):defreverse(s):returnreverse(s1:)+s0returnreverse(s1:)+s0微实例5.2：字符串反转对于用户输入的字符串s，输出反转后的字符串。微实例5.2：字观察这个函数的工作过程。s0是首字符，s1:是剩余字符串，将它们反向连接，可以得到反转字符串。执行这个程序，结果如下：递归的使用方法观察这个函数的工作过程。s0是首字符，s1:是剩余字这个错误表明系统无法执行reverse()函数创建的递归，这因为reverse()函数没有基例，递归层数超过了系统允许的最大递归深度。默认情况下，当递归调用到1000层，Python解释器将终止程序。递归深度是为了防止无限递归错误而设计，当用户编写的正确递归程序需要超过1000层时，可以通过如下代码设定。递归的使用方法这个错误表明系统无法执行reverse()函数创建的递归，这importsysimportsyssys.setrecursionlimit(2000)#2000sys.setrecursionlimit(2000)#2000是新的递归层数是新的递归层数reverse()超过递归深度是因为没有设计基例。字符串反转中的递归调用总是使用比之前更短的字符串，因此，可以把基例设计为字符串的最短形式，即空字符串。递归的使用方法import sys递归的使用方法实例5.2的完整代码和结果微实例微实例5.25.2的结果的结果请输入一个字符串请输入一个字符串:唐诗宋词唐诗宋词词宋诗唐词宋诗唐实例5.2的完整代码和结果科赫曲线绘制科赫曲线绘制43科赫曲线的基本概念和绘制方法如下：正整数n代表科赫曲线的阶数，表示生成科赫曲线过程的操作次数。科赫曲线初始化阶数为0，表示一个长度为L的直线。对于直线L，将其等分为三段，中间一段用边长为L/3的等边三角形的两个边替代，得到1阶科赫曲线，它包含四条线段。进一步对每条线段重复同样的操作后得到2阶科赫曲线。继续重复同样的操作n次可以得到n阶科赫曲线，如图5.14所示。科赫曲线绘制科赫曲线的基本概念和绘制方法如下：科赫曲线绘制科赫曲线绘制科赫曲线绘制科赫曲线属于分形几何分支，它的绘制过程体现了递归思想，绘制过程代码如下科赫曲线绘制科赫曲线属于分形几何分支，它的绘制过程体现了递归思想，绘制过科赫曲线绘制科赫曲线绘制n阶科赫曲线的绘制相当于在画笔前进方向的0度、60度、-120度和60度分别绘制n-1阶曲线。实例代码8.1中main()函数设置了一些初始参数，如果希望控制绘制科赫曲线的速度，可以采用turtle.speed()函数增加或减少速度。科赫曲线从一条直线绘制开始，如果从等边三角形开始将更有趣。替换实例代码8.1中的main()函数，代码如下。在给定初始图形后，通过科赫曲线可以生成很多漂亮的图形，请读者探索和尝试。科赫曲线绘制n阶科赫曲线的绘制相当于在画笔前进方向的0度、60度、-12Python电子教案-函数和代码复用课件科赫曲线绘制科赫曲线绘制Python内置函数Python内置函数51Python解释器提供了68个内置函数，这些函数不需要引用库直接使用，如表5.4所示。其中，前36个已经或将在本书中出现，需要读者掌握。Python内置函数Python解释器提供了68个内置函数，这些函数不需要引用库Python内置函数Python内置函数部分函数说明如下，其他尚未遇到的函数将在后续章节中介绍并使用all()函数一般针对组合数据类型，如果其中每个元素都是True，则返回True，否则返回False。需要注意，整数0、空字符串、空列表等都被当作False。any()函数与all()函数相反，只要组合数据类型中任何一个是True，则返回True，全部元素都是False时返回False。Python内置函数部分函数说明如下，其他尚未遇到的函数将在后续章节中介绍并使用hash()函数对于能够计算哈希的类型返回哈希值。id()函数对每一个数据返回唯一编号，数据不同编号不同，可以通过比较两个变量是否相同判断数据是否一致。reversed()函数返回输入组合数据类型的逆序形式。sorted()函数对一个序列进行排序，默认从小到大排序。type()函数返回每个数据对应的类型。Python内置函数hash()函数对于能够计算哈希的类型返回哈希值。Pytho本章主要介绍了函数的代码复用问题，包括函数的定义、lambda函数使用、函数递归以及参数的位置和名称传递等内容。本章还引入datatime时间日期库的使用，并绘制了七段数码管时钟，讲解了如何使用函数递归绘制复杂精美的科赫曲线。本章小结本章主要介绍了函数的代码复用问题，包括函数的定义、lambd