當然,我們還可以把程序更精簡一些,利用函數(shù)式編程中的利器,map,filter和reduce :if __name__ == '__main__':
arr = [-5,3,5,11,-45,32]
print('%s' % (map(lambda x : 0 if x<0 else x ,arr)))
這樣看上去是不是更賞心悅目呢?
這樣我們就看到了,函數(shù)是我們編程的基本單位。
7. 函數(shù)式編程的數(shù)學本質(zhì)
忘了是誰說過:一切問題,歸根結(jié)底到最后都是數(shù)學問題。
編程從來都不是難事兒,無非是細心,加上一些函數(shù)類庫的熟悉程度,加上經(jīng)驗的堆積,而真正困難的,是如何把一個實際問題,轉(zhuǎn)換成一個數(shù)學模型。這也是為什么微軟,Google之類的公司重視算法,這也是為什么數(shù)學建模大賽在大學計算機系如此被看重的原因。
先假設(shè)我們已經(jīng)憑借我們良好的數(shù)學思維和邏輯思維建立好了數(shù)學模型,那么接下來要做的是如何把數(shù)學語言來表達成計算機能看懂的程序語言。
這里我們再看在第四節(jié)中,我們提到的賦值模型,同一個函數(shù),同一個參數(shù),卻會在不同的場景下計算出不同的結(jié)果,這是在數(shù)學函數(shù)中完全不可能出現(xiàn)的情況,f(x) = y ,那么這個函數(shù)無論在什么場景下,都會得到同樣的結(jié)果,這個我們稱之為函數(shù)的確定性。
這也是賦值模型與數(shù)學模型的不兼容之處。而函數(shù)式編程取消了賦值模型,則使數(shù)學模型與編程模型完美地達成了統(tǒng)一。
8. 函數(shù)式編程的抽象本質(zhì)
相信每個程序員都對抽象這個概念不陌生。
在面向?qū)ο缶幊讨,我們說,類是現(xiàn)實事物的一種抽象表示。那么抽象的最大作用在我看來就在于抽象事物的重用性,一個事物越具體,那么他的可重用性就越低,因此,我們再打造可重用性代碼,類,類庫時,其實在做的本質(zhì)工作就在于提高代碼的抽象性。而再往大了說開來,程序員做的工作,就是把一系列過程抽象開來,反映成一個通用過程,然后用代碼表示出來。
在面向?qū)ο笾,我們把事物抽象。而在函?shù)式編程中,我們則是在將函數(shù)方法抽象,第六節(jié)的濾波器已經(jīng)讓我們知道,函數(shù)一樣是可重用,可置換的抽象單位。
那么我們說函數(shù)式編程的抽象本質(zhì)則是將函數(shù)也作為一個抽象單位,而反映成代碼形式,則是高階函數(shù)。
9.狀態(tài)到底怎么辦
我們說了一大堆函數(shù)式編程的特點,但是我們忽略了,這些都是在理想的層面,我們回頭想想第四節(jié)的變量不變性,確實,我們說,函數(shù)式編程是無狀態(tài)的,可是在我們現(xiàn)實情況中,狀態(tài)不可能一直保持不變,而狀態(tài)必然需要改變,傳遞,那么我們在函數(shù)式編程中的則是將其保存在函數(shù)的參數(shù)中,作為函數(shù)的附屬品來傳遞。
ps:在Erlang中,進程之間的交互傳遞變量是靠“信箱”的收發(fā)信件來實現(xiàn),其實我們想一想,從本質(zhì)而言,也是將變量作為一個附屬品來傳遞么!
我們來看個例子,我們在這里舉一個求x的n次方的例子,我們用傳統(tǒng)的命令式編程來寫一下:
def expr(x,n):
result = 1
for i in range(1,n+1):
result = result * x
return result
if __name__ == '__main__':
print(expr(2,5))
這里,我們一直在對result變量賦值,但是我們知道,在函數(shù)式編程中的變量是具有不變性的,那么我們?yōu)榱吮3謗esult的狀態(tài),就需要將result作為函數(shù)參數(shù)來傳遞以保持狀態(tài):def expr(num,n):
if n==0:
return 1
return num*expr(num,n-1)
遞歸是在描述什么是斐波那契數(shù)列,這個數(shù)列的定義就是一個數(shù)等于他的前兩項的和,并且已知Fib(0)和Fib(1)等于1。而程序則是用計算機語言來把這個定義重新描述了一次。
那接下來,我們看下循環(huán)模型:
這里則是在描述我們該如何求解斐波那契數(shù)列,應該先怎么樣再怎么樣。
def Fib(n):
a=1
b=1
n = n - 1
while n>0:
temp=a
a=a+b
b=temp
n = n-1
return b
而我們明顯可以看到,遞歸相比于循環(huán),具有著更加良好的可讀性。
但是,我們也不能忽略,遞歸而產(chǎn)生的StackOverflow,而賦值模型呢?我們懂的,函數(shù)式編程不能賦值,那么怎么辦?
11. 尾遞歸,偽遞歸
我們之前說到了遞歸和循環(huán)各自的問題,那怎么來解決這個問題,函數(shù)式編程為我們拋出了答案,尾遞歸。
什么是尾遞歸,用最通俗的話說:就是在最后一部單純地去調(diào)用遞歸函數(shù),這里我們要注意“單純”這個字眼。
那么我們說下尾遞歸的原理,其實尾遞歸就是不要保持當前遞歸函數(shù)的狀態(tài),而把需要保持的東西全部用參數(shù)給傳到下一個函數(shù)里,這樣就可以自動清空本次調(diào)用的棧空間。這樣的話,占用的?臻g就是常數(shù)階的了。
在看尾遞歸代碼之前,我們還是先來明確一下遞歸的分類,我們將遞歸分成“樹形遞歸”和“尾遞歸”,什么是樹形遞歸,就是把計算過程逐一展開,最后形成的是一棵樹狀的結(jié)構(gòu),比如之前的斐波那契數(shù)列的遞歸解法。
那么我們來看下斐波那契尾遞歸的寫法:
def Fib(a,b,n):
if n==0:
return b
else:
return Fib(b,a+b,n-1)
這里看上去有些難以理解,我們來解釋一下:傳入的a和b分別是前兩個數(shù),那么每次我都推進一位,那么b就變成了第一個數(shù),而a+b就變成的第二個數(shù)。
這就是尾遞歸。其實我們想一想,這不是在描述問題,而是在尋找一種問題的解決方案,和上面的循環(huán)有什么區(qū)別呢?我們來做一個從尾遞歸到循環(huán)的轉(zhuǎn)換把!
最后返回b是把,那我就先聲明了,b=0
要傳入a是把,我也聲明了,a=1
要計算到n==0是把,還是循環(huán)while n!=0
每一次都要做一個那樣的計算是吧,我用臨時變量交換一下。temp=b ; b=a+b;a=temp。
那么按照這個思路一步步轉(zhuǎn)換下去,是不是就是我們在上面寫的那段循環(huán)代碼呢?
那么這個尾遞歸,其實本質(zhì)上就是個“偽遞歸”,您說呢?
既然我們可以優(yōu)化,對于大多數(shù)的函數(shù)式編程語言的編譯器來說,他們對尾遞歸同樣提供了優(yōu)化,使尾遞歸可以優(yōu)化成循環(huán)迭代的形式,使其不會造成堆棧溢出的情況。
12. 惰性求值與并行
第一次接觸到惰性求值這個概念應該是在Haskell語言中,看一個最簡單的惰性求值,我覺得也是最經(jīng)典的例子:
在Haskell里,有個repeat關(guān)鍵字,他的作用是返回一個無限長的List,那么我們來看下:
take 10 (repeat 1)
就是這句代碼,如果沒有了惰性求值,我想這個進程一定會死在那里,可是結(jié)果卻是很正常,返回了長度為10的List,List里的值都是1。這就是惰性求值的典型案例。
我們看這樣一段簡單的代碼:
def getResult():
a = getA() //Take a long time
b = getB() //Take a long time
c = a + b
這段代碼本身很簡單,在命令式程序設(shè)計中,編譯器(或解釋器)會做的就是逐一解釋代碼,按順序求出a和b的值,然后再求出c。
可是我們從并行的角度考慮,求a的值是不是可以和求b的值并行呢?也就是說,直到執(zhí)行到a+b的時候我們編譯器才意識到a和b直到現(xiàn)在才需要,那么我們雙核處理器就自然去發(fā)揮去最大的功效去計算了呢!
這才是惰性求值的最大威力。
當然,惰性求值有著這樣的優(yōu)點也必然有著缺點,我記得我看過一個例子是最經(jīng)典的:
def Test():
print('Please enter a number:')
a = raw_input()