python学习笔记|函数式编程——map,filter,red
开始陆续学习python相关知识，这一篇介绍函数式编程相关知识。在文章中会介绍三个主要的高阶函数，从基本例子入手了解函数式编程。
map（）
map 意思是映射，在数学的学习中，映射即为x与y存在的关系，即x通过一定的方法称为y。首先来看一个例子：将数组[1，2，3，4，5，6，7，8]中的元素均变为原来的2倍。
乍一看很简单，通过一个简单的循环便可以解决。那么我们首先用这个方法解决：
def num2(list):
newList = []
for x in list:
x *= 2
newList.append(x)
return newList
执行方法：
list = [1,2,3,4,5,6,7,8]
num2(list)
输出结果为：
[1,4,9,16,25,36,49,64]
上述方法为整形，若将其扩展为字符或字符串呢，我们再来看一个例子——大小写转换。
为了简单，我们只将['a','b','c','d']转换为['A','B','C','D']
def upperNum(list):
newList = []
for x in list:
newList.append(x[:].upper())
return newList
执行函数：
list = ['a','b','c','d']
print upperNum(list)
输出结果为：
['A', 'B', 'C', 'D']
通过上述两个例子，你是否发现了相同点。均是一个数组中元素通过某种方法进行变换，唯一不同的是传入数组的类型与方法不同。那么，我们能否定义出这个相同点函数，将数组和方法作为参数传递进去。
幸运的是，泛型在python中非常简单，这让我们无需考虑数组中变量的类型。关于泛型的讨论，在下面补充中会介绍，如果你了解其他编程语言相信一定不会陌生。
而如何将函数作为参数传递进去，这便是函数式编程。
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。
python对函数式编程提供部分支持，既可以作为参数传递，又能返回一个函数。由于python允许使用变量，因此，python不是纯函数式编程语言。
我们来定义一个map函数，其参数为function方法和sequence数组，而通过研究发现其返回值依然是是一个数组。
def map(function,sequence):
newList = []
for x in sequence:
newList.append(function(x))
return newList
上述两个通过map方法便能合二为一：
def num2(x):
return x * x
def upperNum(x):
return x[:].upper()
map(num2,list)
map(upperNum,list)
执行结果仍然为：
[1,4,9,16,25,36,49,64]
['A', 'B', 'C', 'D']
注，在python2中是能够直接出来结果的，但是在python3中这个会返回一个对象。要想用到结果就必须的在前面加上list来转化一下，比如：
在系统库中的map函数定义如下，有一个可选参数：
map(function, sequence, *sequence_1)
如果给定多个序列，则函数被调用，其中包含相应的参数列表每个序列的项；当不是全部时，用None代替缺失值使得序列的长度相同。如果函数没有，返回一个列表序列的项(或一个数组的列表，如果不止一个序列)。
例如：
l1 = [ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 ]
l2 = [ 'Sun', 'Mon', 'Tue', 'Wed', 'Thu', 'Fri', 'Sat' ]
map(f, l1, l2)
结果为：
[(0, 'Sun'), (1, 'Mon'), (2, 'Tue'), (3, 'Wed'), (4, 'Thu'), (5, 'Fri'), (6, 'Sat')]
在补充中提到一个匿名函数，对map方法仍能进行进一步的简化。
filter（）
filter 意思是过滤器，即为筛选出数组或元祖中符合条件的元素。首先来看一个例子，选出1-10中的奇数：
def is_Odd(list):
newList = []
for x in list:
if x%2 :
newList.append(x)
else:
pass
return newList
执行函数：
list = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
is_Odd(list)
输出结果为：
[1, 3, 5, 7, 9]
再来看另一个例子，假设有一个标记文件路径的数组字符串数组exampleFiles赋值如下：
exampleFiles = ["README.md", "HelloWorld.py","HelloSwift.swift", "HelloPython.py"]
现在我们想从数组中取出.py数组，使用一个循环便可得到：
def getPyFile(fileNames):
newFileNames = []
for fileName in fileNames:
if ".py" in fileName:
newFileNames.append(fileName)
return newFileNames
执行这个函数：
fileNames = ["README.md", "HelloWorld.py","HelloSwift.swift", "HelloPython.py"]
getPyFile(fileNames)
结果为：
['HelloWorld.py', 'HelloPython.py']
从上述两个例子中可以得出两个方法的共同点，即返回那些函数(项)为真的序列项。如果函数是None，返回True的项，并返回一个列表。（如果序列是一个元组或者字符串，返回相同的类型）
因此，有了上述map函数的基础，我们可以定义一个过滤器方法，将上述方法合二为一：
def filter(function,sequence):
list = []
for x in sequence:
if function(x):
list.append(x)
return list
以筛选文件为例，执行这个方法：
def getPyFile2(fileName):
if ".py" in fileName:
return fileName
else:
pass
filter(getPyFile2,fileNames)
执行这个函数，结果为：
['HelloWorld.py', 'HelloPython.py']
与map相同，在python3中filter函数返回的是一个对象，需要加list转换成数组。
reduce（）
reduce意思是聚合，有了map和filter函数的研究基础，我们同样先来讨论一个简单的函数，定义一个函数计算数组中所有整数的和。
python函数库中虽然自带有sum（）函数，但我们仍自定义函数解决
def sum(list):
result = 0
for x in list:
result += x
return result
执行函数：
list = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
sum(list)
结果为：
45
再来看另外一个例子：数以一组单词，将其拼成一个句子。例如将数组["I","am","a","good","boy"]拼接成一个字符串"I am a good boy"
定义函数如下：
def append(list):
result = ""
for x in list:
result = result + x+" "
return result
执行函数：
list = ["I","am","a","good","boy"]
append(list)
结果为：
"I am a good boy "
分析上面两个函数相同的地方，它们都用一些值初始化了一个变量result，它们进行处理的时候都遍历了整个数组list，并通过某种算法更新result。要定义实现这种通用算法的一个通用函数，有两处需要进行抽象：result的初始值以及在每个循环中用于更新result值的函数。
因此我们可以定义一个函数函数满足上述需求，注意reduce函数最终返回的是一个value值而非数组：
def reduce(function,sequence):
result = None
for x in sequence:
result = function(result,x)
return result
其中function为需要操作的函数，sequence为数组，将result与sequence中元素操作后值赋予result，进行循环操作。
执行上述函数操作便得以简化：
def sum(a,b):
return a + b
def append(a,b):
return a + " " + b
reduce(sum,list)
reduce(append,list)
这我们得出所需要的reduce函数。在系统中的reduce定义为 reduce(function,sequence,initial=None)，由于初值并非只有0或空字符串，可以为任意，因此需要赋初值，在这里给予一个初值变量并默认初值。将上述reduce函数改编为：
def reduce(function,sequence,initial=None):
result = initial
for x in sequence:
result = function(result,x)
return result
补充
1.匿名函数
在Python中，对匿名函数提供了有限支持。还是以map()函数为例，计算f(x)=x2时，需定义一个f(x)的函数，然后使用map函数，如：
def f(x):
return x * x
list(map(f, [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]))
输出结果为：
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
使用匿名函数，便能用一行解决：
list(map(lambda x: x * x, [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]))
输出结果同样为：
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
从上述例子可以看到，匿名函数关键字为lambda，冒号前面的x表示函数参数。匿名函数有个限制，就是只能有一个表达式，不用写return，返回值就是该表达式的结果。
用匿名函数有个好处，因为函数没有名字，不必担心函数名冲突。此外，匿名函数也是一个函数对象，也可以把匿名函数赋值给一个变量，再利用变量来调用该函数，例如：
f = lambda x: x * x
f(5)
结果为：
25
因此，上述几段程序使用匿名函数便能简化很多：
filter(lambda fileName:".py" in fileName,fileNames)
reduce(lambda a, b: a + b,list)
reduce(lambda a, b: a + " " +b,list)
2.sorted函数
将函数作为参数可不仅仅上述几个函数，比如sorted函数，顾名思义为排序，使用起来也很简单。
sorted([36, 5, -12, 9, -21])
[-21, -12, 5, 9, 36]
在系统中，sort函数的定义为：
def sorted(iterable, cmp=None, key=None, reverse=False)
其高阶在于后面的三个参数。reverse参数是一个bool变量，是否倒序，默认值为False（正序）。key是关键字，是用于排序的对象。在上个例子中为数组本身，当然也可以对数组的个位数进行排序，如：
sorted([36, 5, 12, 9, 21],key=lambda x:x%10)
[21, 12, 5, 36, 9]
cmp参数是比较的方法，加入我们要实现倒序而不是用reverse，可以这样写：
sorted([36, 5, -12, 9, -21],cmp=lambda x,y:cmp(x,y))
[-21, -12, 5, 9, 36]
练习
作为本文的结束，给出一个小例子供大家理解三个函数。（题目来源于 objc.io出版的《函数式编程》）
有一组城市和人口数据如下：
name: "Paris", population: 2243
name: "Madrid", population: 3216
name: "Amsterdam", population: 811
name: "Berlin", population: 3397
假如我们想要找出至少有1百万人口的城市并打印出它们的城市名和人口，输出结果为：
City: Population
Paris : 2243000
Madrid : 3216000
Berlin : 3397000
首先我们过滤掉小于100万人口的城市。然后使用map函数进行影射，将城市人口的单位进行转换。最后，我们使用reduce通过城市名和人口的列表计算得出一个字符串。这里我们使用了标准库的map,filter和reduce函数。结果，我们可以像链条一样将这些函数串起来。
作者：刘奇
链接：http://keyliu.com/2018/04/19/python_func_1/
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