python学习14-函数应用实战

例子1：随机验证码

设计一个生成随机验证码的函数，验证码由数字和英文大小写字母构成，长度可以通过参数设置。

import random
import string

ALL_CHARS = string.digits + string.ascii_letters


def generate_code(*, code_len=4):
    """
    生成指定长度的验证码
    :param code_len: 验证码的长度(默认4个字符)
    :return: 由大小写英文字母和数字构成的随机验证码字符串
    """
    return ''.join(random.choices(ALL_CHARS, k=code_len))

说明1：string模块的digits代表0到9的数字构成的字符串'0123456789'，string模块的ascii_letters代表大小写英文字母构成的字符串'abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'。

说明2：random模块的sample和choices函数都可以实现随机抽样，sample实现无放回抽样，这意味着抽样取出的元素是不重复的；choices实现有放回抽样，这意味着可能会重复选中某些元素。这两个函数的第一个参数代表抽样的总体，而参数k代表样本容量，需要说明的是choices函数的参数k是一个命名关键字参数，在传参时必须指定参数名。

可以用下面的代码生成5组随机验证码来测试上面的函数。

for _ in range(5):
    print(generate_code())

输出：

59tZ
QKU5
izq8
IBBb
jIfX

或者

for _ in range(5):
    print(generate_code(code_len=6))

输出：

FxJucw
HS4H9G
0yyXfz
x7fohf
ReO22w

说明：我们设计的generate_code函数的参数是命名关键字参数，由于它有默认值，可以不给它传值，使用默认值4。如果需要给函数传入参数，必须指定参数名code_len。

例子2：判断素数

设计一个判断给定的大于1的正整数是不是质数的函数。质数是只能被1和自身整除的正整数（大于1），如果一个大于 1 的正整数 N 是质数，那就意味着在 2 到 N−1 之间都没有它的因子。

def is_prime(num: int) -> bool:
    """
    判断一个正整数是不是质数
    :param num: 大于1的正整数
    :return: 如果num是质数返回True，否则返回False
    """
    for i in range(2, int(num ** 0.5) + 1):
        if num % i == 0:
            return False
    return True

说明1：上面is_prime函数的参数num后面的: int用来标注参数的类型，虽然它对代码的执行结果不产生任何影响，但是很好的增强了代码的可读性。同理，参数列表后面的-> bool用来标注函数返回值的类型，它也不会对代码的执行结果产生影响，但是却让我们清楚的知道，调用函数会得到一个布尔值，要么是True，要么是False。

说明2：上面的循环并不需要从 2 循环到 N−1 ，因为如果循环进行到 √N 时，还没有找到$\small{N}$的因子，那么 √N 之后也不会出现 N 的因子，大家可以自己想一想这是为什么。

例子3：最大公约数和最小公倍数

设计计算两个正整数最大公约数和最小公倍数的函数。 x 和 y 的最大公约数是能够同时整除 x 和 y 的最大整数，如果 x 和 y 互质，那么它们的最大公约数为 1； x 和 y 的最小公倍数是能够同时被 x 和 y 整除的最小正整数，如果 x 和 y 互质，那么它们的最小公倍数为 x*y 。需要提醒大家注意的是，计算最大公约数和最小公倍数是两个不同的功能，应该设计成两个函数，而不是把两个功能放到同一个函数中。

def lcm(x: int, y: int) -> int:
    """求最小公倍数"""
    return x * y // gcd(x, y)


def gcd(x: int, y: int) -> int:
    """求最大公约数"""
    while y % x != 0:
        x, y = y % x, x
    return x

说明：函数之间可以相互调用，上面求最小公倍数的lcm函数调用了求最大公约数的gcd函数，通过 x*y/gcd(x,y) 来计算最小公倍数。

例子4：双色球随机选号

我们用函数重构之前讲过的双色球随机选号的例子（《第09课：常用数据结构之列表-2》），将生成随机号码和输出一组号码的功能分别封装到两个函数中，然后通过调用函数实现机选N注号码的功能。

"""
双色球随机选号程序

"""
import random

RED_BALLS = [i for i in range(1, 34)]
BLUE_BALLS = [i for i in range(1, 17)]


def choose():
    """
    生成一组随机号码
    :return: 保存随机号码的列表
    """
    selected_balls = random.sample(RED_BALLS, 6)
    selected_balls.sort()
    selected_balls.append(random.choice(BLUE_BALLS))
    return selected_balls


def display(balls):
    """
    格式输出一组号码
    :param balls: 保存随机号码的列表
    """
    for ball in balls[:-1]:
        print(f'\033[031m{ball:0>2d}\033[0m', end=' ')
    print(f'\033[034m{balls[-1]:0>2d}\033[0m')


n = int(input('生成几注号码: '))
for _ in range(n):
    display(choose())

说明：大家看看display(choose())这行代码，这里我们先通过choose函数获得一组随机号码，然后把choose函数的返回值作为display函数的参数，通过display函数将选中的随机号码显示出来。重构之后的代码逻辑非常清晰，代码的可读性更强了。如果有人为你封装了这两个函数，你仅仅是函数的调用者，其实你根本不用关心choose函数和display函数的内部实现，你只需要知道调用choose函数可以生成一组随机号码，而调用display函数传入一个列表，就可以输出这组号码。将来我们使用各种各样的 Python 三方库时，我们也根本不关注它们的底层实现，我们需要知道的仅仅是调用哪个函数可以解决问题。