【干貨+福利】Python 函數(shù)式編程,看這一篇就夠了!
在 Python 中，函數(shù)是「頭等公民」（first-class）。也就是說，函數(shù)與其他數(shù)據(jù)類型（如 int）處于平等地位。
因而，我們可以將函數(shù)賦值給變量，也可以將其作為參數(shù)傳入其他函數(shù)，將它們存儲在其他數(shù)據(jù)結構（如 dicts）中，并將它們作為其他函數(shù)的返回值。
把函數(shù)作為對象
由于其他數(shù)據(jù)類型（如 string、list 和 int）都是對象，那么函數(shù)也是 Python 中的對象。我們來看示例函數(shù) foo，它將自己的名稱打印出來：
def?foo():
???print("foo")
由于函數(shù)是對象，因此我們可以將函數(shù) foo 賦值給任意變量，然后調用該變量。例如，我們可以將函數(shù)賦值給變量 bar：
bar?=?foo
bar()
#will?print?"foo"?to?the?console
語句 bar = foo 將函數(shù) foo 引用的對象賦值給變量 bar。
把對象作為函數(shù)
當對象可調用時（callable），它們與函數(shù)一樣，如 object()。這是通過 __call__ 方法實現(xiàn)的。
示例如下：
class?Greeter:
???def?__init__(self,?greeting):
??????self.greeting?=?greeting
???def?__call__(self,?name):
??????return?self.greeting?+?"?"?+?name
每一次配置 Greeter 類的對象時，我們都會創(chuàng)建一個新的對象，即打招呼時可以喊的新名字。如下所示：
morning?=?Greeter("good?morning")?#creates?the?callable?object
morning("john")?#?calling?the?object
#prints?"good?morning?john"?to?the?console
我們可以調用 morning 對象的原因在于，我們已經(jīng)在類定義中使用了 __call__ 方法。為了檢查對象是否可調用，我們使用內置函數(shù) callable：
callable(morning)?#true
callable(145)?#false.?int?is?not?callable.?
數(shù)據(jù)結構內的函數(shù)
函數(shù)和其他對象一樣，可以存儲在數(shù)據(jù)結構內部。例如，我們可以創(chuàng)建 int to func 的字典。當 int 是待執(zhí)行步驟的簡寫時，這就會派上用場。
#?store?in?dictionary
mapping?=?{
???0?:?foo,
???1?:?bar
}
x?=?input()?#get?integer?value?from?user
mapping[x]()?#call?the?func?returned?by?dictionary?access
類似地，函數(shù)也可以存儲在多種其他數(shù)據(jù)結構中。
把函數(shù)作為參數(shù)和返回值
函數(shù)還可以作為其他函數(shù)的參數(shù)和返回值。接受函數(shù)作為輸入或返回函數(shù)的函數(shù)叫做高階函數(shù)，它是函數(shù)式編程的重要組成部分。
高階函數(shù)具備強大的能力。就像《Eloquent JavaScript》中解釋的那樣：
「高階函數(shù)允許我們對動作執(zhí)行抽象，而不只是抽象數(shù)值。」我們來看一個例子。假設我們想對一個項目列表（list of items）執(zhí)行迭代，并將其順序打印出來。我們可以輕松構建一個 iterate 函數(shù)：
def?iterate(list_of_items):
????for?item?in?list_of_items:
????????print(item)
看起來很酷吧，但這只不過是一級抽象而已。如果我們想在對列表執(zhí)行迭代時進行打印以外的其他操作要怎么做呢？
這就是高階函數(shù)存在的意義。我們可以創(chuàng)建函數(shù) iterate_custom，待執(zhí)行迭代的列表和要對每個項應用的函數(shù)都是 iterate_custom 函數(shù)的輸入：
def?iterate_custom(list_of_items,?custom_func):
???for?item?in?list_of_items:
????????custom_func(item)
這看起來微不足道，但其實非常強大。
我們已經(jīng)把抽象的級別提高了一層，使代碼具備更強的可重用性。現(xiàn)在，我們不僅可以在打印列表時調用該函數(shù)，還可以對涉及序列迭代的列表執(zhí)行任意操作。
函數(shù)還能被返回，從而使事情變得更加簡單。就像我們在 dict 中存儲函數(shù)一樣，我們還可以將函數(shù)作為控制語句，來決定適合的函數(shù)。例如：
def?add(x,?y):
????return?x?+?y
def?sub(x,?y):
????return?x?-?y
def?mult(x,?y):
????return?x?*?y
def?calculator(opcode):
????if?opcode?==?1:
???????return?add
????elif?opcode?==?2:
???????return?sub
????else:
???????return?mult?
my_calc?=?calculator(2)?#my?calc?is?a?subtractor
my_calc(5,?4)?#returns?5?-?4?=?1?
my_calc?=?calculator(9)?#my?calc?is?now?a?multiplier
my_calc(5,?4)?#returns?5?x?4?=?20.?
嵌套函數(shù)
函數(shù)還可以在其他函數(shù)內部，這就是「內部函數(shù)」。內部函數(shù)在創(chuàng)建輔助函數(shù)時非常有用，輔助函數(shù)即作為子模塊來支持主函數(shù)的小型可重用函數(shù)。在問題需要特定函數(shù)定義（參數(shù)類型或順序）時，我們可以使用輔助函數(shù)。這種不遵循傳統(tǒng)做法的操作使得解決問題變得更加簡單，示例參見：http://www-inst.eecs.berkeley.edu/~cs61a/sp12/lectures/lect4-2x3.pdf。
假設你想定義一個斐波那契函數(shù) fib(n)，該函數(shù)只有一個參數(shù) n，我們必須返回第 n 個斐波那契數(shù)。
定義此類函數(shù)的一種可行方式是：使用輔助函數(shù)來追蹤斐波那契數(shù)列的前兩個項（因為斐波那契數(shù)是前兩個數(shù)之和）。
def?fib(n):
????def?fib_helper(fk1,?fk,?k):
????????if?n?==?k:
???????????return?fk
????????else:
???????????return?fib_helper(fk,?fk1+fk,?k+1)
????if?n?<=?1:
???????return?n
????else:
???????return?fib_helper(0,?1,?1)
將該計算從函數(shù)主體移到函數(shù)參數(shù)，這具備非常強大的力量。因為它減少了遞歸方法中可能出現(xiàn)的冗余計算。
單表達式函數(shù)（Lambda 表達式）如果我們想在未給函數(shù)命名之前寫一個函數(shù)要怎么做？如果我們想寫一個簡短的單行函數(shù)（如上述示例中的函數(shù) foo 或 mult）要怎么做？
我們可以在 Python 中使用 lambda 關鍵字來定義此類函數(shù)。示例如下：
mult?=?lambda?x,?y:?x?*?y
mult(1,?2)?#returns?2
該 mult 函數(shù)的行為與使用傳統(tǒng) def 關鍵字定義函數(shù)的行為相同。
注意：lambda 函數(shù)必須為單行，且不能包含程序員寫的返回語句。事實上，它們通常具備隱式的返回語句（在上面的示例中，函數(shù)想表達 return x * y，不過我們省略了 lambda 函數(shù)中的顯式返回語句）。
lambda 函數(shù)更加強大和精準，因為我們還可以構建匿名函數(shù)（即沒有名稱的函數(shù)）：
(lambda?x,?y:?x?*?y)(9,?10)?#returns?90
當我們只需要一次性使用某函數(shù)時，這種方法非常方便。例如，當我們想填充字典時：
import?collections
pre_fill?=?collections.defaultdict(lambda:?(0,?0))
#all?dictionary?keys?and?values?are?set?to?0
接下來我們來看 Map、Filter 和 Reduce，以更多地了解 lambda。
Map、Filter 和 Reduce
Map
map 函數(shù)基于指定過程（函數(shù)）將輸入集轉換為另一個集合。這類似于上文提到的 iterate_custom 函數(shù)。例如：
def?multiply_by_four(x):
????return?x?*?4
scores?=?[3,?6,?8,?3,?5,?7]
modified_scores?=?list(map(multiply_by_four,?scores))
#modified?scores?is?now?[12,?24,?32,?12,?20,?28]
在 Python 3 中，map 函數(shù)返回的 map 對象可被類型轉換為 list，以方便使用。現(xiàn)在，我們無需顯式地定義 multiply_by_four 函數(shù)，而是定義 lambda 表達式：
modified_scores?=?list(map(lambda?x:?4?*?x,?scores))
當我們想對集合內的所有值執(zhí)行某項操作時，map 函數(shù)很有用。
Filter
就像名稱所顯示的那樣，filter 函數(shù)可以幫助篩除不想要的項。例如，我們想要去除 scores 中的奇數(shù)，那么我們可以使用 filter：
even_scores?=?list(filter(lambda?x:?True?if?(x?%?2?==?0)?else?False,?scores))
#even_scores?=?[6,?8]
由于提供給 filter 的函數(shù)是逐個決定是否接受每一個項的，因此該函數(shù)必須返回 bool 值，且該函數(shù)必須是一元函數(shù)（即只使用一個輸入?yún)?shù)）。
Reduce
reduce 函數(shù)用于「總結」或「概述」數(shù)據(jù)集。例如，如果我們想要計算所有分數(shù)的總和，就可以使用 reduce：
sum_scores?=?reduce((lambda?x,?y:?x?+?y),?scores)
#sum_scores?=?32
這要比寫循環(huán)語句簡單多了。注意：提供給 reduce 的函數(shù)需要兩個參數(shù)：一個表示正在接受檢查的項，另一個表示所用運算的累積結果。
本文是關于函數(shù)式編程的一篇入門文章，雖然盡量完備地介紹了相關的知識，但并不是那么深入。如想了解更多，大家可以閱讀以下資源：
-
Best Practices for Using Functional Programming in Python： https://kite.com/blog/python/functional-programming/
-
Functional Programming Tutorials and Notes： https://www.hackerearth.com/zh/practice/python/functional-programming/functional-programming-1/tutorial/
原文鏈接： https://medium.com/better-programming/introduction-to-functional-programming-in-python-3d26cd9cbfd7
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