Python 函數(shù)和庫(kù)的深度講解
函數(shù)
定義
函數(shù)是一段可以被多次調(diào)用的代碼塊，它有助于組織代碼并提高其可讀性和復(fù)用性。在 Python 中，使用 def 關(guān)鍵字來定義一個(gè)函數(shù)。
語(yǔ)法
def function_name(parameters):
"""文檔字符串"""
# 函數(shù)體
return [expression]function_name 是函數(shù)的名字。
parameters 是傳遞給函數(shù)的參數(shù)列表。
文檔字符串（docstring）是對(duì)函數(shù)功能的描述，雖然不是強(qiáng)制性的，但推薦編寫。
函數(shù)體包含了執(zhí)行特定任務(wù)的一系列語(yǔ)句。
return 用于從函數(shù)返回值，如果不需要返回任何值，可以省略 return 語(yǔ)句或?qū)懗?return None。
示例
def greet(name, greeting="Hello"):
"""打印問候信息"""
print(f"{greeting}, {name}!")
# 調(diào)用函數(shù)
greet("Alice") # 輸出: Hello, Alice!
greet("Bob", "Hi") # 輸出: Hi, Bob!參數(shù)類型
位置參數(shù)：必須按照正確的順序傳遞。
關(guān)鍵字參數(shù)：通過參數(shù)名傳遞，允許跳過某些參數(shù)，并且可以不按順序。
默認(rèn)參數(shù)：為參數(shù)提供默認(rèn)值，當(dāng)沒有給定該參數(shù)時(shí)使用默認(rèn)值。
可變參數(shù)：使用 *args 和 **kwargs 來接受不定數(shù)量的位置參數(shù)和關(guān)鍵字參數(shù)。
庫(kù)
定義
庫(kù)（或者稱為模塊）是一個(gè)包含已編寫的 Python 代碼文件（.py），它可以被其他程序?qū)氩⒅赜?。?kù)通常封裝了完成特定任務(wù)的功能，比如數(shù)學(xué)運(yùn)算、圖形繪制、網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求等。
標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)
Python 自帶了一個(gè)龐大的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，涵蓋了廣泛的編程需求，例如：
os 模塊提供了許多與操作系統(tǒng)交互的功能。
sys 模塊訪問一些由解釋器使用或維護(hù)的變量以及與解釋器強(qiáng)交互的函數(shù)。
datetime 提供日期和時(shí)間處理。
math 提供基本的數(shù)學(xué)運(yùn)算。
第三方庫(kù)
除了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)外，還有大量的第三方庫(kù)，這些庫(kù)可以通過包管理工具如 pip 安裝。常見的第三方庫(kù)包括：
numpy 用于科學(xué)計(jì)算。
pandas 用于數(shù)據(jù)操作和分析。
matplotlib 用于繪圖。
requests 用于發(fā)送 HTTP 請(qǐng)求。
導(dǎo)入庫(kù)
要使用庫(kù)中的功能，需要先導(dǎo)入它。有幾種不同的方式來導(dǎo)入庫(kù)：
import module_name：導(dǎo)入整個(gè)模塊。
from module_name import some_function：從模塊中導(dǎo)入特定的函數(shù)或類。
import module_name as alias：導(dǎo)入模塊并為其指定別名。
from module_name import *：從模塊中導(dǎo)入所有公開的對(duì)象（不推薦，因?yàn)榭赡軙?huì)導(dǎo)致命名沖突）。
示例
# 導(dǎo)入整個(gè) math 模塊
import math
print(math.sqrt(16)) # 計(jì)算平方根
# 從 datetime 模塊導(dǎo)入 datetime 類
from datetime import datetime
now = datetime.now()
print(now)
# 導(dǎo)入 requests 庫(kù)并發(fā)送 GET 請(qǐng)求
import requests
response = requests.get('https://api.example.com/data')
print(response.text)如何使用函數(shù)
定義函數(shù)
使用 def 關(guān)鍵字來定義一個(gè)函數(shù)。
函數(shù)名應(yīng)當(dāng)遵循變量命名規(guī)則，通常使用小寫字母和下劃線。
在圓括號(hào)中定義參數(shù)列表（如果有的話）。
以冒號(hào)結(jié)尾，接著是縮進(jìn)的函數(shù)體。
def greet(name):
"""這是一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)，用于向某人問好"""
print(f"Hello, {name}!")
# 調(diào)用函數(shù)
greet("Alice")參數(shù)
可以有零個(gè)或多個(gè)參數(shù)。
參數(shù)之間用逗號(hào)分隔。
默認(rèn)參數(shù)值允許你調(diào)用函數(shù)時(shí)省略某些參數(shù)。
def greet(name, greeting="Hello"):
print(f"{greeting}, {name}!")
# 調(diào)用函數(shù)并傳遞參數(shù)
greet("Bob") # 使用默認(rèn)問候語(yǔ)
greet("Charlie", "Hi") # 提供自定義問候語(yǔ)返回值
使用 return 語(yǔ)句可以讓函數(shù)返回結(jié)果。
如果沒有 return 語(yǔ)句，或者 return 后面沒有跟隨表達(dá)式，則函數(shù)將返回 None。
def add(a, b):
return a + b
result = add(3, 5)
print(f"The result is: {result}")文檔字符串
在函數(shù)的第一行添加文檔字符串（docstring），用來解釋函數(shù)的作用。
這是一個(gè)良好的編程習(xí)慣，可以幫助其他開發(fā)者理解你的代碼。
def multiply(x, y):
"""
Multiply two numbers and return the result.
:param x: First number to be multiplied.
:param y: Second number to be multiplied.
:return: The product of x and y.
"""
return x * y
# 查看文檔字符串
print(multiply.__doc__)局部變量與全局變量
在函數(shù)內(nèi)部定義的變量為局部變量，只在該函數(shù)作用域內(nèi)可見。
全局變量在整個(gè)文件范圍內(nèi)可見，但如果你想要在一個(gè)函數(shù)內(nèi)部修改全局變量，需要使用 global 關(guān)鍵字聲明。
x = 10 # 全局變量
def update_x():
global x
x = 20 # 修改全局變量
update_x()
print(f"Updated global x: {x}")匿名函數(shù)
可以使用 lambda 表達(dá)式創(chuàng)建匿名函數(shù)。
匿名函數(shù)適用于那些簡(jiǎn)單且不需要多次使用的場(chǎng)合。
# 使用 lambda 創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的加法函數(shù)
add = lambda a, b: a + b
# 調(diào)用匿名函數(shù)
print(add(4, 6))如何使用庫(kù)
安裝庫(kù)
首先，你需要安裝所需的庫(kù)。Python 的包管理工具 pip 可以幫助你輕松地安裝第三方庫(kù)。
使用 pip 安裝庫(kù)
pip install 庫(kù)名
例如，安裝 requests 庫(kù)：
pip install requests導(dǎo)入庫(kù)
一旦安裝了庫(kù)，就可以在你的 Python 腳本中導(dǎo)入并使用它。
導(dǎo)入整個(gè)庫(kù)
import 庫(kù)名
從庫(kù)中導(dǎo)入特定的函數(shù)或類
from 庫(kù)名 import 函數(shù)名, 類名
為庫(kù)指定別名
import 庫(kù)名 as 別名使用庫(kù)
下面是一些具體的示例，展示如何導(dǎo)入和使用常見的庫(kù)。
示例 1: 使用 math 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)
math 庫(kù)提供了許多數(shù)學(xué)運(yùn)算的功能。
import math
# 計(jì)算平方根
result = math.sqrt(16)
print(f"Square root of 16 is: {result}")
# 計(jì)算圓周率
pi_value = math.pi
print(f"Value of pi is: {pi_value}")示例 2: 使用 datetime 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)
datetime 庫(kù)提供了處理日期和時(shí)間的功能。
from datetime import datetime
# 獲取當(dāng)前日期和時(shí)間
now = datetime.now()
print(f"Current date and time: {now}")
# 格式化日期和時(shí)間
formatted_date = now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
print(f"Formatted date and time: {formatted_date}")示例 3: 使用 requests 第三方庫(kù)
requests 庫(kù)用于發(fā)送 HTTP 請(qǐng)求。
import requests
# 發(fā)送 GET 請(qǐng)求
response = requests.get('https://api.github.com')
print(f"Status Code: {response.status_code}")
print(f"Response Content: {response.json()}")
# 發(fā)送 POST 請(qǐng)求
url = 'https://httpbin.org/post'
data = {'key': 'value'}
response = requests.post(url, data=data)
print(f"POST Response: {response.json()}")示例 4: 使用 pandas 第三方庫(kù)
pandas 是一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析庫(kù)，提供了高性能的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)分析工具。
import pandas as pd
# 創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的 DataFrame
data = {
'Name': ['Alice', 'Bob', 'Charlie'],
'Age': [25, 30, 35],
'City': ['New York', 'Los Angeles', 'Chicago']
}
df = pd.DataFrame(data)
print(df)
# 數(shù)據(jù)篩選
filtered_df = df[df['Age'] > 28]
print(f"Filtered DataFrame: \n{filtered_df}")
# 數(shù)據(jù)排序
sorted_df = df.sort_values(by='Age', ascending=False)
print(f"Sorted DataFrame: \n{sorted_df}")
# 統(tǒng)計(jì)信息
stats = df.describe()
print(f"Statistics: \n{stats}")示例 5: 使用 matplotlib 第三方庫(kù)
matplotlib 是一個(gè)繪圖庫(kù)，可以用來創(chuàng)建靜態(tài)、動(dòng)態(tài)及交互式的可視化圖表。
import matplotlib.pyplot as plt
# 繪制折線圖
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y = [2, 3, 5, 7, 11]
plt.plot(x, y, marker='o')
plt.title('Simple Line Plot')
plt.xlabel('X-axis')
plt.ylabel('Y-axis')
plt.grid(True)
plt.show()
# 繪制柱狀圖
labels = ['A', 'B', 'C', 'D']
values = [10, 20, 15, 25]
plt.bar(labels, values)
plt.title('Bar Chart')
plt.xlabel('Categories')
plt.ylabel('Values')
plt.show()總結(jié)
安裝庫(kù)：使用 pip 命令安裝。
導(dǎo)入庫(kù)：使用 import 或 from ... import ... 語(yǔ)句。
使用庫(kù)：調(diào)用庫(kù)中的函數(shù)或方法來執(zhí)行所需的操作。
