第5章
函数与模块化
本章源代码
本章学习目标
● 熟悉模块化编程思想
● 掌握函数的定义、调用和参数传递
● 理解递归函数的思想
● 掌握递归函数的定义和应用
● 掌握程序打包的第三方库
本章首先引入模块的概念,以及Python模块的管理方式;然后介绍模块化编程中函数
的定义、调用和参数传递的方法;接着介绍特殊类型函数递归函数的编程思想、定义和应用,
以及特殊函数匿名函数的定义和调用;再介绍Python第三方库,PyInstaller程序打包库的
使用方法;最后基于“中医体质辨识小助手”的实践案例的探索,让读者进一步掌握函数和模
块化在医疗健康领域应用开发中的使用。
5.1 模块和包
将一段程序代码保存为一个扩展名为.py的文件,该文件就是一个模块。Python中的
模块分为3种,分别是内置模块、第三方模块和自定义模块。内置模块和第三方模块又可称
为库。内置模块是由Python解释器自带的,不用单独安装,而第三方模块是需要下载后手
动安装的,如果内置模块和第三方模块没有所需的功能,就需要用户自己编写程序,将程序
保存为.py文件,即为自定义模块。无论哪种模块,都需要使用import语句引用后,才能在
程序中调用其中的功能函数。
如果一个项目中,包含了大量的Python 文件(模块),就会存在两个问题。第一,
Python模块过多,会导致某个模块不方便查找;第二,大型项目中多个角色的模块会出现命
名冲突的问题。为了防止以上两种问题发生,将功能相似的、关联较强的模块组织起来,形
成一个目录,叫作包。
Python中的包是模块包,即程序包的简称,主要是用来包含多个相同或相似功能的
Python模块的文件夹。因此,包是一个目录,包含一组模块和__init__.py文件,支持多层嵌
套,.py程序文件中可以直接定义一些变量、函数和类,使用时,通过import语句导入,如
importmyPackage.file1。
1 26 Python语言程序设计与医学实践
包、模块、函数的关系如图5.1所示。
图5.1 包、模块、函数的关系
在设计较复杂的程序时,一般采用自顶向下的方法,将总问题划分为几个子问题,每个
子问题再细化为功能模块,直到分解到不能再分为止。以功能模块为单位进行程序设计,实
现其求解算法的方法称为模块化。
模块化程序设计就是指在进行程序设计时将一个大程序按照功能划分为若干小程序模
块,每个小程序模块完成一个确定的功能,并在这些模块之间建立必要的联系,通过模块的
互相协作完成整个功能的程序设计方法。模块化的目的是降低程序复杂度,使程序设计、调
试和维护等操作简单化。
函数是实现程序模块化的最小功能单元,它使得程序设计更加简单和直观,从而提高程
序的易读性和可维护性,把程序中经常用到的一些计算或操作封装成通用函数,可以供其他
程序随时调用。
5.2 函数
一个程序一般会分为若干程序块,每一个程序块用来实现一个特定的功能,完成某个特
定功能的程序块,称为函数。函数可以直接被另一段程序或代码引用,而有效利用函数,可
以减少重复编写程序的工作量。本节主要介绍自定义函数的定义和使用。
5.2.1 函数的定义和调用
Python中定义函数的语法格式如下:
def 函数名([参数1,参数2,…,参数n]):
语句块
[return [返回值1,返回值2,…,返回值n]]
其中,def为Python保留字,用来定义函数,函数名的命名规则与变量的一致;括号中是函
数的参数,参数可以为空,此时,括号()不能省略,函数参数也可以是多个,多个参数之间用
英文逗号隔开;语句块是函数体,可以对函数进行调用,完成函数的主要功能;return是函数
的返回保留字,当函数没有返回值时,return保留字可以省略,函数有多个返回值时,在
return保留字后面,将多个返回值以英文逗号隔开;函数的类型和函数的返回值类型相同,
当返回值是多个时,函数的返回值是元组类型。
函数调用可以作为单独一行语句,也可以作为表达式的一部分,当作为表达式的一部分
时,函数需要有返回值,如例5.1所示。
【例5.1】 定义一个求和函数,对于任意整数n,返回值是1~n中整数的和。
第5章 函数与模块化1 27
#例5.1
def sumn(n):
s=0
for i in range(1,n+1):
s=s+i
return s
print(sumn(10))
代码执行结果如下:
55
本例中,自定义函数名为sumn(注意:由于不能与Python内置函数sum()重名,函数
名不能命名为sum);变量n是函数的参数,在函数定义时,不代表任何具体的值;函数体由
3行语句构成,其中,s为临时变量,存放整数和,for循环执行n次,每次循环将循环变量i
累加到和变量s中;最后,使用return保留字返回变量s的值。该函数定义后,并不能马上
被执行,只有被后面的代码调用时才被执行;语句print(sumn(10)),即表示将整数10传递
给参数n,对函数进行调用。
例5.1中,函数的返回值只有一个s。值得注意的是,函数的返回值也可以是多个,如
例5.2所示。
【例5.2】 定义一个函数,对于半径r,返回圆的面积和周长。
#例5.2
def circle_sc(r):
s=3.14*r**2
c=2*3.14*r
return s,c
result=circle_sc(10)
print("半径为10 的圆面积是: {},周长是: {}".format(round(result[0],1),
round(result[1],1)))
代码执行结果如下:
半径为10 的圆面积是: 314.0,周长是: 62.8
本例中,函数返回值是面积变量s和周长变量c,变量result是元组(s,c),因此,可以通
过索引的方式获取单个值,语句round(result[0],1),round(result[1],1))分别获取面积和
周长的值,并保留1位小数位。
另外,在函数中,可以根据不同的条件进行判断,决定函数不同的出口和返回值,如例5.3
所示。
【例5.3】 定义一个函数,对于给定的身份证号码,判断是否满足18位,如果不满足,则
提示重新输入,返回空值;如果满足18位,则获取第17位上的数,根据奇偶数判断性别,奇
数为男性,偶数为女性;获取第6~13位上的数,表示出生日期的年(6~9位)、月(10~11
位)、日(12~13位),将出生日期表示为“*年*月*日”的形式。函数返回出生日期和
性别。
#例5.3
def birth(birthnum):
if len(birthnum)!=18:
1 28 Python语言程序设计与医学实践
print("身份证不是18 位,请重新输入!")
return
if int(birthnum[-2])%2==0:
gender="女"
else:
gender="男"
birthday=birthnum[6:10]+"年"+birthnum[10:12]+"月"+birthnum[12:14]+"日"
return birthday,gender
print(birth("41052519890219112X"))
print(birth("41052519890219112"))
代码执行结果如下:
('1989 年02 月19 日', '女')
身份证不是18 位,请重新输入!
None
本例中,两次调用birth()函数,当函数参数传递错误时,函数返回值为空;正确时,返回
值为一个元组(birthday,gender)。
5.2.2 函数的参数
1.形参和实参
函数定义时,圆括号内参数列表的参数,不代表具体的数据,称为形参(形式参数);函数
调用时,将具体的数据传递给形式参数,此时的参数称为实参。根据参数的不同数据类型,
将实参的值或者引用传递给形参。
当参数类型为不可变数据类型(如整数、浮点数、字符串、元组等)时,在函数内部直接修
改形参的值不会影响实参;但当参数类型为可变数据类型(如列表、字典、集合等)时,在函数
内部使用下标或其他方式为其增加、删除元素或修改元素值,修改后的结果是可以传递到函
数之外的,即实参也会得到相应的修改,如例5.4所示。
【例5.4】 体质指数,即身体质量指数(简称BMI,本例中使用小写形式bmi),是国际最
常用来量度体重与身高比例的工具,也是国际上常用的衡量人体胖瘦程度以及是否健康的
一个标准。该指数利用身高和体重之间的比例去衡量一个人是否过瘦、标准或过胖。
bmi通用计算公式是bmi=身高(m)/体重(kg)2。要求根据个人信息列表的身高和体
重数据,结合正常体重上限,编程定义函数计算bmi的值,并判断体重是否超标,最后更新
到个人信息列表中。
#例5.4
person1=["张三","男",20,"170cm","60kg"]
bmi_m=23.9
def bmi_caculate(person,bmi_max):
height=int(person1[3][:-2])/100
weight=int(person1[4][:-2])
bmi=round(weight/height**2,1)
person1.append(bmi)
if bmi>bmi_max:
person1.append("超重")
else:
第5章 函数与模块化1 29
person1.append("不超重")
bmi_max=23.5
bmi_caculate(person1,bmi_m)
print(person1,bmi_m)
代码执行结果如下:
['张三', '男', 20, '170cm', '60kg', 20.8, '不超重']23.9
本例中,个人信息列表person1是可变类型,函数bmi_caculate()定义的参数有两个,
person和bmi_max是形参,函数调用时的参数person1和bmi_m 是实参。参数person1是
列表类型,属于可变数据类型,参数传递时将person1的引用传递给形参person;bmi_m 是
浮点类型,属于不可变类型,参数传递时将bmi_m 的引用传递给形参bmi_max。
在函数体内部,计算bmi值后,将bmi的值与是否超重信息追加到了形参person1的末
尾,实际上也同时修改了person列表变量的内容,虽然在函数体内修改了bmi_max的值,
但不会影响函数体外bmi_m 的值。
2.必备参数、默认参数、可变参数和关键字参数
函数调用时,必须传递的参数,称为必备参数,也称必选参数;函数定义时,设置了默认
值的参数,在函数调用时,可以传递实参,也可以不传递参数,不传递时,参数取定义时的默
认值,这种参数,称为默认参数,也称可选参数。需要注意的是,必备参数必须在前面定义,
其他参数在后面定义,如例5.5所示。
【例5.5】 定义函数时使用必备参数和默认参数。
#例5.5
def power(x,n=2):
s = x*n
return s
print(power(4))
print(power(3,n=3))
print(power(2,4))
代码执行结果如下:
898
本例中,函数定义时的形参x是必备参数,在函数调用时,必须传递值,3次的调用,分
别传递了实参4、3、2。函数定义时的形参n是默认参数,第一次函数调用,第二个参数没有
传递参数,使用默认值2,则函数返回值是4*2=8;第二次函数调用,第二个参数传递值是
3,则函数返回值是3*3=9;第三次函数调用,第二个参数传递值是4,则函数的返回值是
2*4=8。
如果函数调用时传入的参数个数是可变的,可以是0个、1个、2个或更多,这种参数称
为可变参数,可变参数通常以元组的形式传递,如例5.6所示。
【例5.6】 定义个人信息,包含姓名、性别和其他信息。
#例5.6
def person_info(name,gender,*hobby):
1 30 Python语言程序设计与医学实践
print('姓名:',name,' 性别:',gender,'爱好:',hobby)
person_info('张林','女',"唱歌","跳舞")
person_info('王妍','女',"摄影","跳舞","弹琴")
代码执行结果如下:
姓名: 张林性别: 女爱好: ('唱歌', '跳舞')
姓名: 王妍性别: 女爱好: ('摄影', '跳舞', '弹琴')
本例中,函数定义时的形参*hobby是可变参数,在函数调用参数传递时,可以将若干
参数以元组的形式保存,因此第一次调用,hobby=('唱歌','跳舞');第二次调用,hobby=('
摄影','跳舞','弹琴')。
函数调用时传入的参数个数是可变的,且传入的每个参数是键值对的形式,这种参数称
为关键字参数,关键字参数通常以字典的形式传递,如例5.7所示。
【例5.7】 定义个人信息,包含姓名、性别和其他信息。
#例5.7
def person_info(name,gender,**other):
print('姓名:',name,' 性别:',gender,' 其他:',other)
person_info('张林','女',年龄=17,城市='北京')
person_info('王亮','男',城市='上海')
代码执行结果如下:
姓名: 张林性别: 女其他: {'年龄': 17, '城市': '北京'}
姓名: 王亮性别: 男其他: {'城市': '上海'}
本例中,函数定义时的形参**other是关键字参数,在函数调用参数传递时,可以将若干
参数作为键值对以字典的形式保存,因此第一次调用,other={'年龄':17,'城市':'北京'};第
二次调用,other={'城市':'上海'}。
3.参数传递
在函数调用参数传递时,形参和实参按位置一一对应地传递,称为位置传递;在函数调
用参数传递时,参数按照名称显式地传递,称为名称传递。按位置传递,不需要给出参数的
名称,但形参和实参的位置相同、类型相同,否则容易出错;按名称传递参数,则不关心参数
的前后顺序,在参数较多时,不容易混淆,如例5.8所示。
【例5.8】 定义个人信息函数,函数调用时分别按位置和按名称传递参数。
#例5.8
def person_info(name,gender,age,city):
print('姓名:',name,' 性别:',gender,'年龄: ',age,'城市:',city)
person_info('张林','女',17,'北京')
person_info(name='王亮',city='上海',gender="男",age="20")
代码执行结果如下:
姓名: 张林性别: 女年龄: 17 城市: 北京
姓名: 王亮性别: 男年龄: 20 城市: 上海
本例中,第一次调用时,按照参数位置将值对应传递到形参中;第二次调用时,打乱实参
顺序后,显式地对形参进行赋值传递。
第5章 函数与模块化1 31
..........
....
..........
....
练一练
以下函数打印结果正确的是。
def chanageInt(number2):
number2 = number2+1
print("changeInt: number2= ",number2)
#调用
number1 = 2
chanageInt(number1)
print("number:",number1)
A.changeInt:number2=3 number:3
B.changeInt:number2=3 number:2
C.number:2 changeInt:number2=2
D.number:2 changeInt:number2=3
5.2.3 全局变量与局部变量
在函数外部定义的变量,称为全局变量;在函数内部定义的变量,称为局部变量。
全局变量的生命周期是程序的整个运行周期,只有程序被关闭后,全局变量才会被销毁
并释放内存空间,因此,全局变量在整个程序中,都可以使用;而局部变量的生命周期是函数
调用时间,函数调用结束返回后,局部变量就销毁并释放内存空间,因此,局部变量的作用范
围是这个函数内部,即只能在这个函数中使用,在函数的外部是不能使用的。
在函数体内,当局部变量与全局变量同名时,函数体对局部变量的修改、删除等不会影
响全局变量,即相当于创建了一个新的变量,全局变量不会被使用;而当需要在函数体内使
用全局变量时,则需要在局部变量前加global关键字声明,此时该局部变量即是全局变量,
如例5.9所示。
【例5.9】 全局变量与局部变量。
#例5.9
def abs_xy(x,y):
if x>y:
s=x-y
else:
s=y-x
print("函数内部s 的值是: ",s)
return
s=0
abs_xy(4,13)
print("函数外部s 的值是: ",s)
代码执行结果如下:
函数内部s 的值是: 9
函数外部s 的值是: 0
本例中,语句s=0定义了全局变量s,但是当函数调用时,s是局部变量,是函数内部变
量,s被赋了x和y的差值,当函数返回后,局部变量s释放,最后打印语句仍然是全局变量
1 32 Python语言程序设计与医学实践
s的值0。
当全局变量是列表等可变数据类型时,如果函数体中没有声明同名的新的局部变量,可
以认为局部变量被当作全局变量使用,也不需要global声明。如例5.4中,列表变量person
在函数外部被定义,在函数体内,并没有重新对person声明,而是对person列表进行了修
改追加了新内容。需要注意的是,当列表变量在函数体内被声明后,就不再是全局变量了,
如例5.10所示。
【例5.10】 定义函数时使用全局变量。
#例5.10
def func(n):
ls=[]
global s
for i in range(n):
s=s+i
ls.append(s)
print("函数内部s 的值是: ",s)
print("函数内部ls 的值是: ",ls)
return
ls=[1,2]
s=0
func(5)
print("函数外部s 的值是: ",s)
print("函数外部ls 的值是: ",ls)
码执行结果如下:
函数内部s 的值是: 10
函数内部ls 的值是: [0, 1, 3, 6, 10]
函数外部s 的值是: 10
函数外部ls 的值是: [1, 2]
本例中,函数体外部定义全局变量s=0,函数体内部通过global关键字将s声明为全
局变量,因此s值在函数内部被修改;函数体外部定义全局变量ls=[1,2],函数体内部,重
新定义了同名的列表变量ls,此时,ls就是局部变量,对ls的修改不会改变外部同名全局变
量ls的值。
..........
....
..........
....
练一练
1.以下关于Python全局变量和局部变量的描述中,错误的是。
A.局部变量在函数内部创建和使用,函数退出后变量被释放
B.全局变量一般指定义在函数之外的变量
C.使用global关键字声明后,变量可以作为全局变量使用
D.当函数退出时,局部变量依然存在,下次函数调用可以继续使用
2.有以下函数,下面对list的值输出正确的是。
def chanageList(list):
list.append(" end")
print("list",list)
第5章 函数与模块化1 33
#调用
strs=['1','2']
chanageList(strs)
print("strs",strs)
A.strs[1' ',2' '] B.list[1' ',2' ']
C.list[1' ',2' ',e' nd'] D.strs[1' ',2' ',e' nd']
5.2.4 匿名函数
当一次性使用函数时,函数体语句较少,如只有一个表达式,为了节省内存中的变量定
义空间,就不需要定义函数名,此时,可以定义匿名函数。匿名函数的语法格式如下:
函数名=lambda [参数]:返回值
匿名函数可以有0个或多个参数,但必须有返回值。匿名函数的调用和一般函数的调
用相似,可以单独使用,也可以作为表达式的一部分,如例5.11所示。
【例5.11】 匿名函数的定义和调用。
#例5.11
c=lambda x,y,z:x*y*z
m=lambda :print("欢迎学习匿名函数!")
m()
print(c(1,2,3))
代码执行结果如下:
欢迎学习匿名函数!
6
本例中,定义了两个匿名函数,第一个匿名函数有3个参数x、y、z,返回值是表达式x*
y*z;第二个匿名函数没有参数,函数功能是打印一行文字。注意,匿名函数不论多复杂,只
能是一行语句或表达式,不能是多行语句。
..........
....
..........
....
练一练
运行如下代码,程序的输出结果是。
c = lambda x, y: y if x < y else x*y
print(c(6,2))
A.2 B.6 C.8 D.12
5.3 递归函数
在计算机算法中,递归是一种解决复杂问题的有效算法。递归算法就是将原问题分解
为规模缩小的子问题,然后利用递归调用的方法来表示问题的解,即用同一种方法解决规模
不同的问题。递归算法有两个阶段:递和归。递是对复杂问题分解,直到找到确定解为止
(递归出口);归是将确定的解带入上一层问题的求解式中,直到最上层问题得到解决。
递归思维是一种从下而上的思维方式,使用递归算法往往可以让代码更简洁。设计递
1 34 Python语言程序设计与医学实践
归算法时,逻辑性非常重要,需要注意以下几个关键点。
(1)明确递归的终止条件。
(2)确定递归终止时问题的确定解。
(3)程序逻辑有重复性。
在程序设计中,递归函数是实现递归算法的有效方法。
5.3.1 递归函数的定义
函数在定义时调用了函数本身,就称为递归函数。每次函数调用都会开辟新的内存空
间,递归调用可以看成函数的嵌套调用。按照递归算法的原理,递归函数必须自己调用自
己,递归函数在函数体定义时,必须有明确的结束条件,即递归出口,如例5.12所示。
【例5.12】 计算1+2+…+n的和。
#例5.12
def sum_n(n):
if n == 1:
return 1
return n + sum_n(n - 1)
print(sum_n(3))
代码执行结果如下:
6
本例中,递归的结束条件是n==1,明确的出口解是1;在函数返回值的表达式中,调用
了函数本身,递归过程如图5.2所示。
图5.2 递归计算过程
注意:递归函数的结束条件,至少有1个,也可以有多个;函数对自身的调用,可以在函
数体中,也可以在return返回值表达式中。
..........
....
..........
....
练一练
1.以下程序中没有用到递归函数的是。
A.
def fact(n):
if n == 0:
return 1
else:
return n * fact(n-1) num = eval(input("请输入一个整数: "))