[python] 初探'函数式编程'
函数式编程
上学期有上一门叫 '人工智能' 的课，老师强行要我们学了一个叫做 prolog 的语言，哇那感觉确实难受，思维方式完全和之前学过的不一样，写个汉诺塔想了半天，最后还是在网上找了段代码修改一下(怕被老师发现抄袭)才写出来，贴一段出来感受一下：
hanoi(N) :- dohanoi(N, 'a', 'b', 'c'). dohanoi(0, _ , _ , _ ) :- !. dohanoi(N, A, B, C) :- N1 is N-1, dohanoi(N1, A, C, B), writeln([move, N, A-->C]), dohanoi(N1, B, A, C).
当时是差不多弄懂了，主要是资料实在太少，debug 都无从谈起，一遇上 bug 就 gg，我现在自己看也有点头晕。不过据说 prolog 当年能和 Lisp 一争高下，最近对 Lisp 也有点兴趣，等弄完这些就去参拜一下这类函数式语言。
何谓函数式编程？廖大这里写道：
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，因此，任意一个函数，只要输入是确定的，输出就是确定的，这种纯函数我们称之为没有副作用。而允许使用变量的程序设计语言，由于函数内部的变量状态不确定，同样的输入，可能得到不同的输出，因此，这种函数是有副作用的。
可能看完还是有些不太理解，不急，先看完这几个小节吧。
高阶函数
在数学和计算机科学中，高阶函数是至少满足下列一个条件的函数:
接受一个或多个函数作为输入
输出一个函数
也就是说，把函数本身当成参数传递，或者返回一个函数。
例如，可以像普通赋值一样将函数赋值给变量：
>>> min(1, 2) 1 >>> f = min >>> f(1, 2) 1 >>> f <built-in function min> >>> min <built-in function min>
也可以给函数赋值(代码接上)：
>>> min = 10 >>> min(1, 2) Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> TypeError: 'int' object is not callable >>> f(1, 2) 1 >>> min = f >>> min(1, 2) 1
还可以传参，例如，一个计算所有数字的和的函数：
>>> def add(a, b): ... return a+b ... >>> def mysum(f, *l): ... a = 0 ... for i in l: ... a = f(a, i) ... return a ... >>> mysum(add, 1, 2, 3) 6 >>> mysum(add, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) 55
当然，将这个 f 换成乘法就是计算所有数字的乘积了。
再来看看 python 内置的一些高阶函数，经常会用到。
map/reduce
记得上学期上云计算的课程时依稀有听到过这个词，不过这课很水，就没怎么听，在这里看到好像发现不太一样？？
不过没啥说的，简单说一下每个函数的作用。
对于 map，其计算式可以看成这样：
map(f, [x1, x2, ..., xn]) = [f(x1), f(x2), ..., f(xn)]
对于 reduce，其计算式可以看成这样：
reduce(f, [x1, x2, x3, x4]) = f(f(f(x1, x2), x3), x4)
廖大那里说得很清楚啦。
filter
filter 和 map 函数类似，接受一个函数和 iterable，返回也是一个 list，不过其功能是根据函数返回值是否为 True 来判断是否保留该值。例如：
def is_odd(n):
return n % 2 == 1
list(filter(is_odd, [1, 2, 4, 5, 6, 9, 10, 15]))
# 结果: [1, 5, 9, 15]
sorted
sorted 函数同样是一个高阶函数，对参数 key 传递函数可以将需要排列的序列经过 key 函数处理后再进行排序，不过不会改变序列的值，例如：
>>> sorted([36, 5, -12, 9, -21], key=abs) [5, 9, -12, -21, 36]
装饰器(decorator)
匿名函数就不说了，以后用时再仔细看吧，装饰器我记得之前看 flask 的时候都研究了好久，这次再来复习一下。
简单装饰器
首先是一个简单的装饰器，在每次调用函数前打印出日志：
import logging
def log(func):
def wrapper(*args, **kw):
logging.warn("%s is running" % func.__name__)
func(*args, **kw)
return wrapper
这就是一个极其简单的装饰器，如何使用它呢？我最先看到的用法是在需要装饰的函数前添加@，但其实这是 Python 的一个语法糖，最原始的用法反而更能让人理解，先定义一个函数 f：
def f():
print("in function f")
f = log(f)
这样定义了之后，我们再调用 f 函数：
>>> f() WARNING:root:f is running in function f
使用 @log 的结果与其一样，其实@符号作为装饰器的语法糖，与前面的赋值语句具有相同的功能，使代码看起来更简洁明了，避免再一次赋值操作，就像下面这样：
@log
def f():
print("in function f")
含参数的装饰器
有时候我们还需要向装饰器中传入参数，例如，状态，层次等信息，只需要在 wrapper 函数外再'包裹'一层函数，如下所示：
import logging
def log(level):
def decorator(func):
def wrapper(*args, **kw):
logging.warn("%s is running at level %d" % (func.__name__, level))
return func(*args, **kw)
return wrapper
return decorator
@log(2)
def f():
print("in function f")
>>> f()
WARNING:root:f is running at level 2
in function f
进一步理解
为了再进一步理解装饰器，我们可以打印出函数 f 的 name 属性：
#对于不加装饰器的 f，其 name 不变
>>> def f():
... print("in function f")
...
>>> f.__name__
'f'
#对于添加装饰器的函数，其 name 改变了
>>> @log
... def f():
... print("in function f")
...
>>> f.__name__
'wrapper'
联系到最前面的装饰器赋值语句，就可以大致明白发生了什么：f = log(f) 使得 f 指向修改为 log(f) 的返回值，即 wrapper 函数。每次运行原函数 f 时，则会调用 wrapper 函数，在我们这个例子中，则是先打印日志，然后运行原函数 f。
不过这样有一个问题，这样使得原函数 f 的元信息被替换了，关于 f 的许多信息消失不见，这是很难令人接受的，不过好在我们有 functools 模块，修改函数为：
import functools
import logging
def log(func):
functools.wraps(func)
def wrapper(*args, **kw):
logging.warn("%s is running" % func.__name__)
func(*args, **kw)
return wrapper
>>> @log
... def f():
... print("in function f")
...
>>> f.__name__
'f'
另外，还可以对同一个函数添加多个装饰器：
@a @b @c def f (): # 等价于 f = a(b(c(f)))
总结
关于函数式编程我也不是很了解，这里只是大概了解了一下其概念吧，平时肯定还是使用命令式编程用得多。不过有语言是纯函数式语言，例如 Haskell 或 Lisp，学习它们会使得人打开一种新思路。
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