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Python筆記(7)-函數的建立

我們在撰寫程式過程中，常會希望有現成的函數可以達到我們想要的功能，但有時偏偏沒有或者有時在程式中多次用到某些功能，此時我們可以將這些功能自己寫成函數，以後要使用的時候直接呼叫即可，一方面可以縮短程式長度，另一方面程式可讀性也會變好，維護上也相對容易。

7-1 函數的建立

Python函數建立的語法如下：

def 函數名稱(參數1, 參數2, 參數3,…):

        程式區塊

        return 回傳值1, 回傳值2, 回傳值3,…

<注意事項>

1.     函數可以有多個參數亦可沒有參數。

2.     若函數需要有回傳值，則必須在程式區塊加上return。函數可以有多個回傳值亦可沒有回傳值。有回傳值則可將結果指定給變數。

3.     如直接輸入參數值需注意順序，若擔心輸入順序錯誤，則可在輸入參數時加上參數名稱，此時就不需要擔心順序問題。

4.     若希望有些參數為必填，則可以將該參數設定預設值，設定方式為在設定參數時指定數值且必須放在參數的最後面。

程式碼

#建立函數(1)(輾轉相除法-最大公因數)

def gcd(x,y):

    if x==y:

        return x

    else:

        while x!=y:

            if x>=y: x=x-y

            if x<y : y=y-x

        return x

print(gcd(42,36))

Python畫面

程式碼

#建立函數(2)(BMI)

def BMI(weight,height):

    return weight/((height/100)**2)

w=75;h=183

print("75Kg,183公分，BMI為{}".format(BMI(weight=w,height=h)))

Python畫面

程式碼

#建立函數(3)(找取方程式的根-牛頓法)

def gradient_decent_1d(f,df,x=1,acc=1e-03,detail=False):

    times=1

    x2=x-eval(f)/eval(df)

    if detail==True:print("step {}:{}".format(times,x2))

    while abs(x2-x)>=acc:

        times+=1

        x=x2; x2=x-eval(f)/eval(df)

        if detail==True:print("step {}:{}".format(times,x2))       

    return "root is {} ; accurancy is {}".format(x2,acc)

f1="x**2-2" ; df1="2*x"

print("使用(不修改)預設值".center(30,"="))

print(gradient_decent_1d(f=f1, df=df1))

print("修改預設值detail為True".center(30,"="))

print(gradient_decent_1d(f=f1, df=df1, detail=True))

print("修改預設值detail為True且acc=1e-07".center(30,"="))

print(gradient_decent_1d(f=f1, df=df1, detail=True,acc=1e-07))

Python畫面

以上例子我們給了三個預設值，其中acc(精確度)預設為1e-03;detail(牛頓法執行細節)預設為False。當不修改預設值時，只需數入f與df，結果會直接回傳方程式的根與所採用的精確度。當修改預設值時，回傳的結果也會有相對應的修改。

<注意>函數的變數有預設值時需注意的陷阱，參考此文。

7-2 變數使用的範圍-區域變數(Local Variable)與全域變數(Global Variable)

在許多程式語言中都有區域變數與全域變數的概念，在Python中，在函數內定義的變數稱為區域變數；在函數外定義的變數稱為全域變數。兩者無法互相變更值，即使變數名稱設定一樣。以下用一個簡單範例說明。

程式碼

#變數使用範圍(1)

x1=1  #全域變數

def test():

    x1=100  #區域變數

    print("區域變數x1:{}".format(x1))

test()

print("全域變數x1:{}".format(x1))

Python畫面

我們可以看到函數中的x1=100並未將函數外的x1=1修改，故函數內的變數不會影響函數外的變數。但是，如果真的有需求要在函數內使用函數外的變數，就必須將函數內的變數宣告成全域變數，寫法就是在變數前面加上global就可以在函數內使用函數外的變數。

 程式碼

#變數使用範圍(2)

x1=1  #全域變數

def test():

    global x1,x2 

    x1=100

    x2="Hello"

    print("函數內變數x1:{}".format(x1))

    print("函數內變數x2:{}".format(x2))

test()

x2="Welcome"

print("函數外變數x1:{}".format(x1))  

print("函數外變數x2:{}".format(x2))    

Python畫面

程式碼

#區域變數與全域面數的應用-猜數字遊戲

import random

def suggest_num_game():

    global Min,Max

    target=int(random.random()*100)

    guess=int(input("===目標在{}~{}之間===".format(Min,Max)))

    while True:

        if guess==target:

            print("答對了~ 答案是{}".format(target));break

        else:

            if guess<target:Min=guess

            if guess>target:Max=guess

            guess=int(input("===目標在{}~{}之間===".format(Min,Max)))

Min=int(input("請輸入猜測數字範圍最小值..."))

Max=int(input("請輸入猜測數字範圍最大值..."))

suggest_num_game()

Python畫面

7-3 函數無限參數的設定

在參數設定時，前面附帶一個*號，則代表可以無限輸入參數，並且會將輸入的參數打包成tuple型態供函數內部程式使用;若是前面附帶**號，亦可代表可以無限輸入參數，但會將輸入的參數打包成dict型態供函數內部程式使用。以下用簡單的例子說明一下:

程式碼

#函數參數的進階設定(1)-自訂平均數函數

def avg(*num):

    a=0

    for n in num:

       a+=n/len(num)

    return a

print(avg(1,2,3,4,5,6))

print(avg(1,1,1))

print(avg(-2,-1,1,2))

print(avg())

Python畫面

程式碼

#函數參數的進階設定(2)-輸入個人資料

def personal_list(**detail):

    print("{:<10s}{:<10s}{:<10s}{:<10s}".format(detail.get("Name"),detail.get("Job"),detail.get("Age"),detail.get("Birth")))   

print("{:<10s}{:<10s}{:<10s}{:<10s}".format("Name","Job","Age","Birth"))

personal_list(Name="ShawnH",Job="Engineer",Age="34",Birth="1988/11/18",Gender="Male")

Python畫面

最後，在函數的訓練當中，最有名的莫過於河內塔問題了，這個問題牽扯到遞迴數列的觀念，所以如何在程式中用函數寫出遞迴的效果也是一個重要的學習知識，這就是為什麼講到函數都會帶河內塔問題的訓練了。以下我們用上面學到的知識來寫出河內塔問題的解。

程式碼

#河內塔問題

def Hanoi(A,B,C,disk=2): 

    if disk==1: print("{}移到{}".format(A,C),end="－")

    if disk>1:

        Hanoi(A,C,B,disk=disk-1)

        print("{}移到{}".format(A,C),end="－")

        Hanoi(B,A,C,disk=disk-1)

Hanoi("A","B","C",disk=4)

Python畫面

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