最新Python的函数式编程

函数是Python内建支持的一种封装，咱们经过把大段代码拆成函数，经过一层一层的函数调用，就能够把复杂任务分解成简单的任务，这种分解能够称之为面向过程的程序设计。函数就是面向过程的程序设计的基本单元。算法

而函数式编程（请注意多了一个“式”字）——Functional Programming，虽然也能够归结到面向过程的程序设计，但其思想更接近数学计算。编程

咱们首先要搞明白计算机（Computer）和计算（Compute）的概念。api

在计算机的层次上，CPU执行的是加减乘除的指令代码，以及各类条件判断和跳转指令，因此，汇编语言是最贴近计算机的语言。编程语言

而计算则指数学意义上的计算，越是抽象的计算，离计算机硬件越远。函数式编程

对应到编程语言，就是越低级的语言，越贴近计算机，抽象程度低，执行效率高，好比C语言；越高级的语言，越贴近计算，抽象程度高，执行效率低，好比Lisp语言。函数

函数式编程就是一种抽象程度很高的编程范式，纯粹的函数式编程语言编写的函数没有变量，所以，任意一个函数，只要输入是肯定的，输出就是肯定的，这种纯函数咱们称之为没有反作用。而容许使用变量的程序设计语言，因为函数内部的变量状态不肯定，一样的输入，可能获得不一样的输出，所以，这种函数是有反作用的。ui

函数式编程的一个特色就是，容许把函数自己做为参数传入另外一个函数，还容许返回一个函数！spa

Python对函数式编程提供部分支持。因为Python容许使用变量，所以，Python不是纯函数式编程语言。.net

高 阶 函 数设计

高阶函数英文叫Higher-order function。什么是高阶函数？咱们以实际代码为例子，一步一步深刻概念。

变量能够指向函数

以Python内置的求绝对值的函数abs()为例，调用该函数并把结果赋值给变量x，用如下代码：

可是，若是只写abs呢？

见，abs(-10)是函数调用，而abs是函数自己。

变量f指向了一个函数，那么，能否经过该变量来调用这个函数？用代码验证一下：

成功！说明变量f如今已经指向了abs函数自己。直接调用abs()函数和调用变量f()彻底相同。

函数名也是变量

那么函数名是什么呢？函数名其实就是指向函数的变量！对于abs()这个函数，彻底能够把函数名abs当作变量，它指向一个能够计算绝对值的函数！

若是把abs指向其余对象，会有什么状况发生？

把abs指向10后，就没法经过abs(-10)调用该函数了！由于abs这个变量已经不指向求绝对值函数而是指向一个整数10！

固然实际代码绝对不能这么写，这里是为了说明函数名也是变量。要恢复abs函数，请重启Python交互环境。

注：因为abs函数其实是定义在import builtins模块中的，因此要让修改abs变量的指向在其它模块也生效，要用import builtins; builtins.abs = 10。

传入函数

既然变量能够指向函数，函数的参数能接收变量，那么一个函数就能够接收另外一个函数做为参数，这种函数就称之为高阶函数。

一个最简单的高阶函数：

当咱们调用add(-5, 6, abs)时，参数x，y和f分别接收-5，6和abs，根据函数定义，咱们能够推导计算过程为：

编写高阶函数，就是让函数的参数可以接收别的函数。

把函数做为参数传入，这样的函数称为高阶函数，函数式编程就是指这种高度抽象的编程范式。

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map/reduce

Python内建了map()和reduce()函数。

若是你读过Google的那篇大名鼎鼎的论文“MapReduce: Simplified Data Processing on Large Clusters”，你就能大概明白map/reduce的概念。

咱们先看map。map()函数接收两个参数，一个是函数，一个是Iterable，map将传入的函数依次做用到序列的每一个元素，并把结果做为新的Iterator返回。

举例说明，好比咱们有一个函数f(x)=x2，要把这个函数做用在一个list [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]上，就能够用map()实现以下：

如今，咱们用Python代码实现：

map()传入的第一个参数是f，即函数对象自己。因为结果r是一个Iterator，Iterator是惰性序列，所以经过list()函数让它把整个序列都计算出来并返回一个list。

你可能会想，不须要map()函数，写一个循环，也能够计算出结果：

的确能够，可是，从上面的循环代码，能一眼看明白“把f(x)做用在list的每个元素并把结果生成一个新的list”吗？

因此，map()做为高阶函数，事实上它把运算规则抽象了，所以，咱们不但能够计算简单的f(x)=x2，还能够计算任意复杂的函数，好比，把这个list全部数字转为字符串：

只须要一行代码。

再看reduce的用法。reduce把一个函数做用在一个序列[x1, x2, x3, ...]上，这个函数必须接收两个参数，reduce把结果继续和序列的下一个元素作累积计算，其效果就是：

比方说对一个序列求和，就能够用reduce实现：

固然求和运算能够直接用Python内建函数sum()，不必动用reduce。

可是若是要把序列[1, 3, 5, 7, 9]变换成整数13579，reduce就能够派上用场：

这个例子自己没多大用处，可是，若是考虑到字符串str也是一个序列，对上面的例子稍加改动，配合map()，咱们就能够写出把str转换为int的函数：

整理成一个str2int的函数就是：

还能够用lambda函数进一步简化成：

也就是说，假设Python没有提供int()函数，你彻底能够本身写一个把字符串转化为整数的函数，并且只须要几行代码！

lambda函数的用法在后面介绍。

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filter

Python内建的filter()函数用于过滤序列。

和map()相似，filter()也接收一个函数和一个序列。和map()不一样的是，filter()把传入的函数依次做用于每一个元素，而后根据返回值是True仍是False决定保留仍是丢弃该元素。

例如，在一个list中，删掉偶数，只保留奇数，能够这么写：

把一个序列中的空字符串删掉，能够这么写：

可见用filter()这个高阶函数，关键在于正确实现一个“筛选”函数。

注意到filter()函数返回的是一个Iterator，也就是一个惰性序列，因此要强迫filter()完成计算结果，须要用list()函数得到全部结果并返回list。

用filter求素数

计算素数的一个方法是埃氏筛法，它的算法理解起来很是简单：

首先，列出从2开始的全部天然数，构造一个序列：

2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, ...

取序列的第一个数2，它必定是素数，而后用2把序列的2的倍数筛掉：

3,4, 5,6, 7,8, 9,10, 11,12, 13,14, 15,16, 17,18, 19,20, ...

取新序列的第一个数3，它必定是素数，而后用3把序列的3的倍数筛掉：

5,6, 7,8,9,10, 11,12, 13,14,15,16, 17,18, 19,20, ...

取新序列的第一个数5，而后用5把序列的5的倍数筛掉：

7,8,9,10, 11,12, 13,14,15,16, 17,18, 19,20, ...

不断筛下去，就能够获得全部的素数。

用Python来实现这个算法，能够先构造一个从3开始的奇数序列：

注意这是一个生成器，而且是一个无限序列。

而后定义一个筛选函数：

最后，定义一个生成器，不断返回下一个素数：

这个生成器先返回第一个素数2，而后，利用filter()不断产生筛选后的新的序列。

因为primes()也是一个无限序列，因此调用时须要设置一个退出循环的条件：

注意到Iterator是惰性计算的序列，因此咱们能够用Python表示“全体天然数”，“全体素数”这样的序列，而代码很是简洁。

filter()的做用是从一个序列中筛出符合条件的元素。因为filter()使用了惰性计算，因此只有在取filter()结果的时候，才会真正筛选并每次返回下一个筛出的元素。

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sorted  之 排序算法

排序也是在程序中常常用到的算法。不管使用冒泡排序仍是快速排序，排序的核心是比较两个元素的大小。若是是数字，咱们能够直接比较，但若是是字符串或者两个dict呢？直接比较数学上的大小是没有意义的，所以，比较的过程必须经过函数抽象出来。

Python内置的sorted()函数就能够对list进行排序：

此外，sorted()函数也是一个高阶函数，它还能够接收一个key函数来实现自定义的排序，例如按绝对值大小排序：

key指定的函数将做用于list的每个元素上，并根据key函数返回的结果进行排序。对比原始的list和通过key=abs处理过的list：

而后sorted()函数按照keys进行排序，并按照对应关系返回list相应的元素：

咱们再看一个字符串排序的例子：

默认状况下，对字符串排序，是按照ASCII的大小比较的，因为'Z' < 'a'，结果，大写字母Z会排在小写字母a的前面。

如今，咱们提出排序应该忽略大小写，按照字母序排序。要实现这个算法，没必要对现有代码大加改动，只要咱们能用一个key函数把字符串映射为忽略大小写排序便可。忽略大小写来比较两个字符串，实际上就是先把字符串都变成大写（或者都变成小写），再比较。

这样，咱们给sorted传入key函数，便可实现忽略大小写的排序：

要进行反向排序，没必要改动key函数，能够传入第三个参数reverse=True：

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