综合案例：Python 函数知识整合 — 学生成绩管理系统
1. 案例背景
我们将用一个简化版的学生成绩管理系统来演示：
如何定义函数（参数、返回值）
如何使用不同类型的参数（位置参数、关键字参数、可变参数）
作用域（全局与局部变量）
匿名函数（
lambda）闭包
常用高阶函数（
map、filter、sorted、reduce）
目标功能：
添加学生及成绩
查询成绩
计算平均分
查找优秀学生
排序学生成绩
from functools import reduce# =========================
# 全局变量 - 模拟数据库
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students_data = {} # { "姓名": [语文, 数学, 英语] }# =========================
# 基础函数与参数示例
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def add_student(name, *scores):"""功能说明：添加一个学生及其成绩到系统中。该函数使用了可变参数 *scores 来接收任意数量的成绩（通常是多门科目），并将其存储到全局字典 students_data 中。使用场景：需要在系统中录入新学生时调用。"""if name in students_data:print(f"学生 {name} 已存在，添加失败。")return Falsestudents_data[name] = list(scores)print(f"学生 {name} 添加成功！")return Truedef get_student_score(name):"""功能说明：查询某个学生的成绩列表。如果学生不存在，则返回 None。使用场景：需要查看单个学生的所有科目成绩时调用。"""return students_data.get(name, None)# =========================
# 作用域示例
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def update_score(name, subject_index, new_score):"""功能说明：修改指定学生某一科目的成绩。该函数演示了如何在函数内部修改全局变量 students_data，体现了 Python 中全局作用域与局部作用域的关系。使用场景：成绩录入错误或学生成绩需要更新时调用。"""if name in students_data and 0 <= subject_index < len(students_data[name]):students_data[name][subject_index] = new_scoreprint(f"{name} 的成绩已更新！")else:print("学生不存在或科目索引错误。")# =========================
# 匿名函数 & 高阶函数
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def calculate_average(name):"""功能说明：计算某个学生的平均分。使用 reduce 和 lambda 进行成绩求和，并计算平均值。使用场景：在成绩分析、排序、筛选优秀学生时调用。"""scores = students_data.get(name)if not scores:return Noneavg = reduce(lambda x, y: x + y, scores) / len(scores)return round(avg, 2)def get_top_students(min_score=85):"""功能说明：筛选出平均分大于等于 min_score 的学生名单。使用 filter + lambda 实现。使用场景：需要快速获取优秀学生名单时调用。"""return list(filter(lambda name: calculate_average(name) >= min_score, students_data.keys()))def sort_students(by_avg=True, reverse=True):"""功能说明：对学生进行排序，可选择按平均分或成绩列表排序。默认按平均分从高到低排序。使用 sorted + lambda 实现。使用场景：在成绩分析报告中对学生进行排名时调用。"""return sorted(students_data.keys(),key=lambda name: calculate_average(name) if by_avg else students_data[name],reverse=reverse)# =========================
# 闭包示例
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def score_query_maker(subject_index):"""功能说明：创建一个闭包函数，用于查询指定科目的成绩。外部函数接收科目索引，返回的内部函数根据学生姓名返回该科目的分数。使用场景：当需要重复查询某一科目的成绩时，可以生成专用的查询函数，提高效率。"""def query(name):scores = students_data.get(name)if not scores:return Nonereturn scores[subject_index]return query# =========================
# 测试流程
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if __name__ == "__main__":# 添加学生add_student("小明", 88, 92, 79)add_student("小红", 95, 90, 93)add_student("小刚", 70, 65, 80)# 查询成绩print("小红成绩：", get_student_score("小红"))# 更新成绩update_score("小明", 2, 85) # 改英语成绩# 计算平均分print("小明平均分：", calculate_average("小明"))# 查找优秀学生print("优秀学生：", get_top_students(85))# 排序学生print("按平均分排序：", sort_students())# 使用闭包查询某科成绩query_math = score_query_maker(1) # 数学print("小红的数学成绩：", query_math("小红"))
知识点总结与使用场景
1. 函数定义与调用
作用：
将代码结构化，提升可读性与可维护性
复用逻辑，减少重复代码
使用场景：
需要实现特定功能的代码块（如
add_student添加学生、update_score修改成绩）模块化项目开发
2. 参数类型（位置参数、关键字参数、可变参数）
作用：
灵活传递数据给函数
使函数更通用，可适配不同调用需求
使用场景：
位置参数：严格按照顺序传递数据（如
update_score）关键字参数：调用时可读性更高（如
min_score=85）可变参数：接收不定数量的值（如
add_student(*scores)录入多科成绩）3. 返回值
作用：
将函数处理结果传递给调用方
可作为后续数据处理的输入
使用场景：
查询功能（如
get_student_score返回学生成绩列表）计算功能（如
calculate_average返回平均分）
4. 作用域（全局变量与局部变量）作用：
控制变量的可访问范围
避免变量命名冲突
使用场景：
全局变量：存储共享数据（如
students_data）局部变量：仅在函数内部使用（如
scores）
5. 匿名函数（lambda）
作用：
快速定义简短函数
适用于一次性、临时逻辑处理
使用场景：
数据处理中的映射、过滤、排序（如
lambda name: calculate_average(name)）不需要为函数取名的场合
6. 闭包
作用：
让内部函数记住外部函数的变量环境，即使外部函数已执行完毕
便于封装特定功能的函数工厂
使用场景：
定制化功能生成（如
score_query_maker生成专门查询某科成绩的函数）数据持久化到函数内部状态
7. 高阶函数（map、filter、reduce、sorted）
作用：
接收函数作为参数，实现更简洁的数据处理逻辑
提高代码可读性与表达能力
使用场景：
map：批量转换数据（如批量计算分数）
filter：筛选数据（如
get_top_students筛选优秀学生）reduce：聚合计算（如
calculate_average计算总分）sorted：排序（如
sort_students按平均分排名）