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1.random模块应用

1. 随机数生成方法

1importrandom23# 生成1-100随机整数（含100）4num_int=random.randint(1,100)5print(num_int)6# 生成0-1随机浮点数（不含1.0）7num_float=random.random()8print(num_float)9# 生成1-100随机浮点数（包含边界）10num_uniform=random.uniform(1,100)11print(num_uniform)

2.导入方式

Python 提供了多种导入函数的方式，每种方式适用于不同的场景。

（1）导入整个模块

1importrandom2a=random.uniform(1,10)3b=random.randint(1,10)4print(a)5print(b)

优点：安全，避免命名冲突。
缺点：调用时需要加上模块名，代码稍显冗长。

（2）导入特定函数

1fromrandomimportuniform,randint2a=uniform(1,10)3b=randint(1,10)

优点：调用方便，代码简洁。
缺点：容易与其他同名函数冲突。

（3）导入模块中的所有函数

1fromrandomimport*2a=uniform(1,10)3b=randint(1,10)

优点：调用最方便，代码最简洁。
缺点：容易引入不必要的函数，增加命名冲突的风险。

2.函数基础

1.什么是函数？

函数是封装了特定功能的代码块，可以被重复调用。它通常接收输入参数，并返回一个或多个输出结果。

3.函数的定义与调用

3.1定义函数

函数的定义使用 def 关键字，格式如下：

1deffunction_name(parameters):2""" 3 这个函数注释的内容。 4 """5# 函数体6returnresult# 返回值（可选）

1function_name(1)

3.3函数的定义和调用

示例：

1# 定义一个函数a2defa():3print('Hello World')# 14print('哈哈哈哈哈哈')# 256a()# 重复调用3次7a()8a()

3.函数的参数

1.实参和形参

形参（形式参数）：函数定义时的参数，用于接收传入的值。
实参（实际参数）：函数调用时传入的具体值。

示例：

1defgreet(name):# name是形参2print(f"Hello,{name}!")34greet("Alice")# "Alice"是实参

2.位置参数

参数按顺序传递，数量必须匹配。

示例：

1defgreet(name,message):2print(f"{name},{message}!")34greet("Alice","欢迎学习Python")# 输出: Alice, 欢迎学习Python!5# greet("Bob") # 报错：缺少1个必需参数

3.关键字参数

通过形参名指定实参，顺序可任意。

示例：

1defgreet(name,message):2print(f"{name},{message}!")34greet(message="你好",name="Alice")# 输出: Alice, 你好!

4.默认参数

为参数指定默认值，调用时可省略。

示例：

1deforder_coffee(coff_type="拿铁",size="中杯"):2print(f"制作{size}{coff_type}咖啡")34order_coffee()# 输出: 制作中杯拿铁咖啡5order_coffee("美式")# 输出: 制作中杯美式咖啡6order_coffee(size="大杯")# 输出: 制作大杯拿铁咖啡

5.不定参数

不定参数允许函数接收任意数量的参数。

（1）*args：接收任意数量的位置参数，以元组形式存储。

示例：

1# 位置参数收集（元组）2defsum_numbers(*args):3returnsum(args)45print(sum_numbers(1,2,3))# 输出: 6

（2）**kwargs：接收任意数量的关键字参数，以字典形式存储。

示例：

1# 关键字参数收集（字典）2defuser_info(**kwargs):3forkey,valueinkwargs.items():4print(f"{key}:{value}")56user_info(name="Bob",age=30,job="Python讲师")

* 和 **的作用：

在函数调用时,在实参前面加 * 或者 ** 是有特定作用的

- 用来解包1个可迭代对象(例如:列表,元组)为单独的元素
** 用来解包1个字典为关键字参数

1defargs_01(a,b,c):2print(a,b,c)3# 使用 * 解包一个元组4args_tuple=(1,2,3)5args_01(*args_tuple)67# 使用 * 解包一个列表8args_list=[4,5,6]9args_01(*args_list)101112# 使用 ** 解包字典:会将字典的键当做形参名字,将值传递给对应的形参位置13defkwargs_01(a,b,c):14print(a,b,c)151617# 使用 ** 解包一个字典18kwargs={'a':7,'b':8,'c':9}19kwargs_01(**kwargs)2021# 同时使用 * 和 ** 解包不同类型的参数22deffunc_03(a,b,c,d,e):23print(a,b,c,d,e)242526args=(10,20)27kwargs={'d':40,'e':50}28func_03(1,*args,**kwargs)

6.混合参数

组合使用不同参数类型（顺序：位置参数 → 默认参数 → *args → **kwargs）。

1defmixed_params(a,b=10,*args,**kwargs):2print(f"a={a}, b={b}, args={args}, kwargs={kwargs}")34mixed_params(1)# a=1, b=10, args=(), kwargs={}5mixed_params(1,2,3,4,x=5,y=6)# a=1, b=2, args=(3,4), kwargs={'x':5, 'y':6}

4.函数的返回值

1.返回值的作用

函数可以通过 return 关键字返回值。如果没有返回值，则默认返回 None。
注意：函数只能返回一个值。但这个‘值’可以是任意类型的数据。比如元组、列表等。
通常是返回一个元组，用来实现‘返回多个值’的效果。

2.返回单个值

示例：

1defsquare(n):2returnn*n34result=square(5)5print(result)# 输出: 25

3.条件返回

根据条件返回不同类型数据。
示例：

1defcheck_age(age):2ifage<0:3return"年龄无效"4elifage<18:5return"未成年"6else:7return"成年"89print(check_age(15))# 输出: 未成年10print(check_age(25))# 输出: 成年

4.函数返回多个值

示例：
函数返回多个值。可以通过解包的方式获取多个值。

1# 返回多个值2defuser_info():3name='周'4job='Python讲师'5age=186returnname,job,age7# 解包返回值8a,b,c=user_info()9print(f"姓名：{a}，年龄:{c}，职业:{b}")

5.全局变量与局部变量

举个例子🌰

想象你有一个家和一个卧室：

家里有一张纸条，上面写着 “全家共用消息”。
卧室里也有一张纸条，上面写着 “卧室私密消息”。

规则：

1.全家共用消息：在家和卧室都能看到。

卧室私密消息：只能在卧室看到，家里其他地方看不到。

示例代码：

1. 全局变量 vs 局部变量

1# 全局变量（客厅消息）2home_message="客厅消息：今晚全家一起看电影！"34defbedroom():5# 局部变量（卧室消息）6bedroom_message="卧室消息：我藏了一包零食！"7print("在卧室里：")8print(f"看到客厅消息:{home_message}")# 能访问全局变量9print(f"看到卧室消息:{bedroom_message}")# 能访问局部变量1011# 调用函数（进入卧室）12bedroom()1314# 在客厅里15print("在客厅里：")16print(f"看到客厅消息:{home_message}")# 能访问全局变量17# print(f"看到卧室消息: {bedroom_message}") # 报错！无法访问局部变量

2.修改全局变量

如果卧室里的人想修改全家共用消息，需要用 global 声明：

1# 全局变量（客厅消息）2home_message="客厅消息：今晚全家一起看电影！"34defbedroom():5globalhome_message# 声明修改全局变量6home_message="全家共用消息：今晚改吃烧烤！"7private_message="卧室私密消息：我藏了一包零食！"8print("在卧室里：")9print(f"看到全家共用消息:{home_message}")10print(f"看到卧室私密消息:{private_message}")1112# 调用函数（进入卧室）13bedroom()1415# 在内部修改后重新查看home_message16print("重新查看全局变量：")17print(f"看到全家共用消息:{home_message}")# 全局变量被修改

6.函数的应用

1.过滤函数 filter()

filter() 是一种在编程中常用的函数，用于过滤序列中的元素，返回符合条件的元素组成的迭代器。
function：一个函数对象，用于判断每个元素是否符合条件。该函数需要返回布尔值（True 或 False）。如果返回 True，则保留该元素；如果返回 False，则过滤掉该元素。
iterable：一个可迭代对象，如列表、元组、字符串等。

工作原理

filter() 函数会遍历 iterable 中的每个元素，将每个元素作为参数传递给 function。
如果 function 返回 True，则将该元素添加到结果迭代器中。

示例 1：筛选偶数

1defabc(n):# 求列表中的偶数2d=(n%2==0)3returnd# 返回布尔值45a=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]6b=filter(abc,a)7print(b)# 输出：filter 对象8print(list(b))# 输出：[2, 4, 6, 8, 10]

解析：

定义了一个函数 abc(n)，用于判断一个数字是否为偶数。
使用 filter(abc, a)，将列表 a 中的每个元素传递给 abc 函数。
如果 abc(n) 返回 True，则该元素被保留；否则被过滤掉。
filter() 返回的是一个迭代器，因此需要用 list() 将其转换为列表。
原理图解：

示例2：筛选奇数

1defedf(n):# 求列表中的奇数2d=(n%2==1)3returnd45a=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]6list_02=list(filter(edf,a))7print(list_02)# 输出：[1, 3, 5, 7, 9]

解析：

定义了一个函数 edf(n)，用于判断一个数字是否为奇数。
使用 filter(edf, a)，将列表 a 中的每个元素传递给 edf 函数。
如果 edf(n) 返回 True，则该元素被保留；否则被过滤掉。
使用 list() 将结果转换为列表。

示例 3：直接使用 bool() 判断

1a=filter(None,[True,False,1,0])2print(a)# 输出：filter 对象3print(list(a))# 输出：[True, 1]

解析：

如果 filter() 的第一个参数为 None，则默认使用 bool() 函数判断每个元素的布尔值。
bool() 函数会将以下值视为 False：
空值（如 None、“”、[]、{} 等）
数值 0
其他值视为 True。

总结

filter() 函数通过一个布尔函数对可迭代对象中的每个元素进行筛选。
如果布尔函数返回 True，则保留该元素；否则过滤掉。
如果布尔函数为 None，则使用 bool() 判断元素的布尔值。
filter() 返回的是一个迭代器，需要通过 list() 或其他方法将其转换为具体的数据结构。

2.timeit 测量代码片段的执行时间

timeit 是 Python 中一个非常有用的模块，用于测量小段代码的执行时间。
它设计用来提供一个轻量级且准确的计时机制，尤其适合性能测试和优化。
timeit 模块可以自动重复执行代码多次，以减少偶然误差，从而提供更可靠的性能数据。

主要特点：

重复执行：自动多次执行代码，以获得更准确的平均执行时间。
最小化干扰：通过在独立的命名空间中执行代码，减少全局变量等的干扰。
灵活性：支持传入代码字符串或函数对象进行计时。

使用方法：

timeit 模块的主要函数是 timeit.timeit()。
基本语法：timeit.timeit(stmt, setup, number)
stmt：要计时的代码字符串。
setup：（可选）用于设置执行环境的代码字符串，比如导入模块或初始化变量。
number：（可选）指定执行语句的次数，默认为1000000。

例子 1：测试代码为字符串

1importtimeit23a=timeit.timeit('print(1)',number=10000)# 返回的是指定次数后的代码片段运行时间4print(a)

例子 2：测试代码为函数

1importtimeit23defabc():4print('哈哈哈哈哈哈')56b=timeit.timeit('abc()',setup='from __main__ import abc',number=10000)7print(b)

解析：

定义了一个函数 abc()，用于打印字符串。
使用 timeit.timeit() 函数来测量执行 abc() 函数 10000 次所需的时间。
setup=‘frommainimport abc’ 用于在执行测试代码之前导入 abc 函数，确保 abc() 可以在测试环境中被调用。
number=10000 表示重复执行 10000 次。
输出是这 10000 次执行的总时间，单位是秒。

7.综合案例

1.判断回文字符

目标：编写一个函数来判断一个字符串是否是回文（即正读和反读都相同）。

1defis_palindrome(s):2reversed_s=s[::-1]# 使用切片反转字符串3returns==reversed_s# 比较原字符串和反转后的字符串45# 示例6string="level"7is_palindrome_result=is_palindrome(string)8print(is_palindrome_result)# 输出：True

2.计算列表平均值

目标：编写一个函数来计算一个列表的平均值。

1defcalculate_average(lst):2iflen(lst)==0:# 检查列表是否为空3returnNone4else:5returnsum(lst)/len(lst)# 计算平均值6# 示例7my_list=[1,2,3,4,5]8average=calculate_average(my_list)9print(average)# 输出：3.0

3.计算给定列表的所有偶数的平均值

不使用函数封装的方式
目标：直接在代码中计算列表中所有偶数的平均值。

1numbers=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]23# 所有偶数的和4sum_even=05# 所有偶数的个数6count_even=07fornuminnumbers:8ifnum%2==0:9sum_even+=num10count_even+=11112ifcount_even>0:13average_even=sum_even/count_even14else:# 没有偶数15average_even=None1617print("平均值（不使用函数封装）：",average_even)# 输出：5.0

使用函数封装的方式

目标：将计算偶数平均值的逻辑封装到一个函数中，使代码更模块化和可重用。

1defcalculate_average_even(numbers):2sum_even=03count_even=04fornuminnumbers:5ifnum%2==0:6sum_even+=num7count_even+=189ifcount_even>0:10average_even=sum_even/count_even11else:# 没有偶数12average_even=None1314returnaverage_even1518average=calculate_average_even(numbers1)19print("平均值（使用函数封装）：",average)# 输出：5.0