Day 26 函数专题1：函数定义与参数

Review

知识点回顾：

1.函数的定义

函数将程序中的部分高频使用代码封装起来，通过一次编写即可完成多次调用的目的，减少了代码量

2.变量作用域：局部变量和全局变量。

全局变量是程序运行的整个过程中都可访问的变量，而局部变量是定义在一个作用范围内的(如函数内部的局部变量)，只能在函数内部使用，在函数外部不可使用

3.函数的参数类型：位置参数、默认参数、不定参数

• 位置参数，如定义函数时def func(a, b)，调用时func(2, 3)和func(3, 2)是不同的，位置参数严格按照顺序传递。

• 默认参数，如定义函数时def func(a, b=2)，调用函数func(1)等效于func(1, 2)，因为函数在定义时允许参数b不传，默认b为2

• 不定参数，接收任意数量参数的参数，分两类，一类是*args，另一类是**kwargs。

  *args 接受元组形式的位置参数（处理不定数量位置参数，传入的参数被打包成元组，位置唯一，不可修改）
  **kwargs 接收字典形式的关键字参数（处理不定数量的关键字参数）
  e.g. *args

  def introduction(name, *args):return f"{name} 的技能有: {'. '.join(args)}"
  print(introduction("NeoFii", "Python", "Machine Learning"))
  

  output:

  'NeoFii 的技能有: Python. Machine Learning'
  

  e.g. **kwargs

def intro(**kwargs):return "\n".join([f"{key}: {value}" for key, value in kwargs.items()])print(intro(name="NeoFii", grade=3, gender="male"))

output：

name: NeoFii
grade: 3
gender: male

4.传递参数的手段：关键词参数

关键字参数传参能够无视顺序参数的限制，显式的通过关键字赋值并传参

5.传递参数的顺序：同时出现三种参数类型时

函数定义的参数规范，多个不同参数类型传参时严格按照下面的参数顺序进行传参

def func(位置参数,       # 必须参数默认参数=值,    # 可选参数*args,         # 接收多余位置参数仅关键字参数,   # 必须用关键字指定**kwargs       # 接收多余关键字参数
)

Today

今天的主要任务是函数的定义与使用。

作业：

题目1：计算圆的面积

• 任务： 编写一个名为 calculate_circle_area 的函数，该函数接收圆的半径 radius 作为参数，并返回圆的面积。圆的面积 = π * radius² (可以使用 math.pi 作为 π 的值)
• 要求：函数接收一个位置参数 radius。计算半径为5、0、-1时候的面积
• 注意点：可以采取try-except 使函数变得更加稳健，如果传入的半径为负数，函数应该返回 0 (或者可以考虑引发一个ValueError，但为了简单起见，先返回0)。

import mathdef calculate_circle_area(radius):try:if radius <= 0:raise ValueError("半径必须为非负数")if not isinstance(radius, (int, float)):raise TypeError("半径必须是数字")res = math.pi * radius ** 2return f"圆的面积为: {res}"except TypeError as te:print(f"Input Error: {te}")except ValueError as ve:print(f'Input Error: {ve}')except Exception as e:print(f'Error: {e}')
print(f"半径为5的面积: {calculate_circle_area(5)}")   # 正常情况
print('\n')
print(f"输入None的面积: {calculate_circle_area(None)}")   # 特殊值情况
print('\n')
print(f"半径为0的面积: {calculate_circle_area(0)}")   # 边界情况
print('\n')
print(f"半径为-1的面积: {calculate_circle_area(-1)}")     # 负数情况
print('\n')
print(f"输入字符串的面积: {calculate_circle_area('abc')}") # 非数字情况

半径为5的面积: 圆的面积为: 78.53981633974483Input Error: '<=' not supported between instances of 'NoneType' and 'int'
输入None的面积: NoneInput Error: 半径必须为非负数
半径为0的面积: NoneInput Error: 半径必须为非负数
半径为-1的面积: NoneInput Error: '<=' not supported between instances of 'str' and 'int'
输入字符串的面积: None

题目2：计算矩形的面积

• 任务： 编写一个名为 calculate_rectangle_area 的函数，该函数接收矩形的长度 length 和宽度 width 作为参数，并返回矩形的面积。
• 公式： 矩形面积 = length * width
• 要求：函数接收两个位置参数 length 和 width。
  • 函数返回计算得到的面积。
  • 如果长度或宽度为负数，函数应该返回 0。

def calculate_rectangle_area(length, width):try:# 验证输入是否为数字类型if not (isinstance(length, (int, float)) or not (isinstance(width, (int, float))):raise TypeError("长度和宽度必须是数字")# 验证非负性if length < 0 or width < 0:raise ValueError(f"长度({length})或宽度({width})为负数")# 计算并返回面积area = length * widthreturn areaexcept TypeError as te:print(f"错误: {te}")return 0except ValueError as ve:print(f"警告: {ve}，面积无效")return 0except Exception as e:print(f"意外错误: {e}")return 0# 测试用例
print("测试1 (正常):", calculate_rectangle_area(5, 3))      # 15
print("测试2 (负长度):", calculate_rectangle_area(-2, 4))    # 0
print("测试3 (负宽度):", calculate_rectangle_area(6, -1))    # 0
print("测试4 (双负数):", calculate_rectangle_area(-3, -2))   # 0
print("测试5 (零值):", calculate_rectangle_area(0, 7))       # 0
print("测试6 (字符串):", calculate_rectangle_area("5", 3))   # 0
print("测试7 (小数):", calculate_rectangle_area(2.5, 4.0))   # 10.0
print("测试8 (None):", calculate_rectangle_area(None, 4))   # 0

测试1 (正常): 15
警告: 长度(-2)或宽度(4)为负数，面积无效
测试2 (负长度): 0
警告: 长度(6)或宽度(-1)为负数，面积无效
测试3 (负宽度): 0
警告: 长度(-3)或宽度(-2)为负数，面积无效
测试4 (双负数): 0
测试5 (零值): 0
错误: 长度和宽度必须是数字
测试6 (字符串): 0
测试7 (小数): 10.0
错误: 长度和宽度必须是数字
测试8 (None): 0

题目3：计算任意数量数字的平均值

• 任务： 编写一个名为 calculate_average 的函数，该函数可以接收任意数量的数字作为参数（引入可变位置参数 (*args)），并返回它们的平均值。
• 要求：使用 *args 来接收所有传入的数字。
  • 如果没有任何数字传入，函数应该返回 0。
  • 函数返回计算得到的平均值。

def calculate_average(*numbers):try:# 检查是否有数字传入if len(numbers) == 0:return 0# 验证所有输入都是数字for num in numbers:if not isinstance(num, (int, float)):raise TypeError(f"所有参数必须是数字，检测到无效类型: {type(num).__name__}")# 计算总和和平均值total = sum(numbers)average = total / len(numbers)return averageexcept TypeError as te:print(f"计算错误: {te}")return 0except ZeroDivisionError:# 理论上不会发生，因为已经检查了len(numbers)==0的情况return 0except Exception as e:print(f"意外错误: {e}")return 0# 测试用例
print("测试1 (整数):", calculate_average(2, 4, 6))           # 4.0
print("测试2 (混合):", calculate_average(1, 2.5, 3, 4.5))    # 2.75
print("测试3 (单数):", calculate_average(10))                # 10.0
print("测试4 (空):", calculate_average())                    # 0
print("测试5 (小数):", calculate_average(0.1, 0.2, 0.3))     # 0.2
print("测试6 (含字符串):", calculate_average(1, 2, "three"))  # 0
print("测试7 (含None):", calculate_average(5, None, 10))     # 0

测试1 (整数): 4.0
测试2 (混合): 2.75
测试3 (单数): 10.0
测试4 (空): 0
测试5 (小数): 0.2
计算错误: 所有参数必须是数字，检测到无效类型: str
测试6 (含字符串): 0
计算错误: 所有参数必须是数字，检测到无效类型: NoneType
测试7 (含None): 0

题目4：打印用户信息

• 任务： 编写一个名为 print_user_info 的函数，该函数接收一个必需的参数 user_id，以及任意数量的额外用户信息（作为关键字参数）。
• 要求：
  • user_id 是一个必需的位置参数。
  • 使用 **kwargs 来接收额外的用户信息。
  • 函数打印出用户ID，然后逐行打印所有提供的额外信息（键和值）。
  • 函数不需要返回值

def print_user_info(user_id, **kwargs):# 打印必需的用户IDprint(f"用户ID: {user_id}")# 检查是否有额外信息if not kwargs:print("无额外用户信息")return# 打印额外信息print("额外用户信息:")for key, value in kwargs.items():print(f"  - {key}: {value}")# 测试用例
print("===== 测试1: 基本使用 =====")
print_user_info("A123", name="张三", age=30, email="zhang@example.com")print("\n===== 测试2: 只有必需参数 =====")
print_user_info("B456")print("\n===== 测试3: 多种数据类型 =====")
print_user_info("C789", is_vip=True, scores=[95, 88, 92], address={"city": "北京", "street": "长安街"},last_login="2023-10-05")print("\n===== 测试4: 特殊字符处理 =====")
print_user_info("D#001", full_name="Li Si", "职位"="工程师",  # 注意：包含中文键名remarks="特殊字符: @#$%")

===== 测试1: 基本使用 =====
用户ID: A123
额外用户信息:- name: 张三- age: 30- email: zhang@example.com===== 测试2: 只有必需参数 =====
用户ID: B456
无额外用户信息===== 测试3: 多种数据类型 =====
用户ID: C789
额外用户信息:- is_vip: True- scores: [95, 88, 92]- address: {'city': '北京', 'street': '长安街'}- last_login: 2023-10-05===== 测试4: 特殊字符处理 =====
用户ID: D#001
额外用户信息:- full_name: Li Si- 职位: 工程师- remarks: 特殊字符: @#$%

题目5：格式化几何图形描述

• 任务： 编写一个名为 describe_shape 的函数，该函数接收图形的名称 shape_name (必需)，一个可选的 color (默认 “black”)，以及任意数量的描述该图形尺寸的关键字参数 (例如 radius=5 对于圆，length=10, width=4 对于矩形)。
• 要求：shape_name 是必需的位置参数。
  • color 是一个可选参数，默认值为 “black”。
  • 使用 **kwargs 收集描述尺寸的参数。
  • 函数返回一个描述字符串，格式如下：
  • “A [color] [shape_name] with dimensions: [dim1_name]=[dim1_value], [dim2_name]=[dim2_value], …”如果 **kwargs 为空，则尺寸部分为 “with no specific dimensions.”

desc1 = describe_shape("circle", radius=5, color="red")
print(desc1)
# 输出: A red circle with dimensions: radius=5desc2 = describe_shape("rectangle", length=10, width=4)
print(desc2)
# 输出: A black rectangle with dimensions: length=10, width=4desc3 = describe_shape("triangle", base=6, height=8, color="blue")
print(desc3)
# 输出: A blue triangle with dimensions: base=6, height=8desc4 = describe_shape("point", color="green")
print(desc4)
# 输出: A green point with no specific dimensions.

def describe_shape(shape_name, color="black", **dimensions):# 基础描述部分description = f"A {color} {shape_name}"# 添加尺寸描述if dimensions:# 格式化为 "key1=value1, key2=value2" 的形式dim_str = ", ".join([f"{k}={v}" for k, v in dimensions.items()])description += f" with dimensions: {dim_str}"else:description += " with no specific dimensions."return description# 测试用例
desc1 = describe_shape("circle", radius=5, color="red")
print(desc1)  # A red circle with dimensions: radius=5desc2 = describe_shape("rectangle", length=10, width=4)
print(desc2)  # A black rectangle with dimensions: length=10, width=4desc3 = describe_shape("triangle", base=6, height=8, color="blue")
print(desc3)  # A blue triangle with dimensions: base=6, height=8desc4 = describe_shape("point", color="green")
print(desc4)  # A green point with no specific dimensions.# 额外测试
desc5 = describe_shape("square", side=7)
print(desc5)  # A black square with dimensions: side=7desc6 = describe_shape("cube", edge_length=3, color="yellow")
print(desc6)  # A yellow cube with dimensions: edge_length=3desc7 = describe_shape("sphere", radius=10)
print(desc7)  # A black sphere with dimensions: radius=10desc8 = describe_shape("line")
print(desc8)  # A black line with no specific dimensions.

A red circle with dimensions: radius=5
A black rectangle with dimensions: length=10, width=4
A blue triangle with dimensions: base=6, height=8
A green point with no specific dimensions.
A black square with dimensions: side=7
A yellow cube with dimensions: edge_length=3
A black sphere with dimensions: radius=10
A black line with no specific dimensions.

@浙大疏锦行