DAY 26 函数专题1：函数定义与参数

知识点回顾：

函数的定义
变量作用域：局部变量和全局变量
函数的参数类型：位置参数、默认参数、不定参数
传递参数的手段：关键词参数
传递参数的顺序：同时出现三种参数类型时

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)。

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。

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。

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

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.”

笔记：

1. 函数的定义：代码的 “工具模块”

函数是一段可重复使用的代码块，用来完成特定任务。定义函数就像制作一个 “工具”，需要时直接调用即可，避免重复写相同代码。

基本语法：

def 函数名(参数列表):"""函数说明文档（可选）"""# 函数体（具体逻辑）return 返回值（可选）

例子：定义一个计算模型准确率的函数

def calculate_accuracy(y_true, y_pred):"""计算分类模型的准确率"""correct = sum(t == p for t, p in zip(y_true, y_pred))total = len(y_true)return correct / total if total != 0 else 0.0  # 避免除零错误

机器学习场景：在模型评估时，可重复调用这个函数计算训练集、验证集、测试集的准确率，无需重复写计算逻辑。

2. 变量作用域：变量的 “活动范围”

变量的作用域指变量能被访问的代码范围，分为两种：

类型	定义位置	访问范围	举例
局部变量	函数内部	仅在定义它的函数内部可访问	函数`calculate_accuracy`中的`correct`、`total`
全局变量	函数外部（整个程序顶层）	整个程序（包括所有函数）都可访问	在函数外定义的`dataset_path = "data/train.csv"`

注意点：

函数内部可以读取全局变量，但修改全局变量时需要用global声明，否则会被当作局部变量处理。

# 全局变量
learning_rate = 0.01def set_learning_rate(new_lr):# 声明要修改全局变量global learning_ratelearning_rate = new_lr  # 此时修改的是全局变量set_learning_rate(0.001)
print(learning_rate)  # 输出 0.001（全局变量已被修改）

机器学习场景：全局变量可用于存储整个程序都需要的配置（如数据路径、全局种子），局部变量用于函数内部的临时计算（如中间结果）。

3. 函数的参数类型：函数的 “输入接口”

函数的参数是调用时传入的 “原材料”，常见类型有 3 种：

（1）位置参数：必须按顺序传递的参数

最基础的参数类型，调用时必须按定义的顺序传递，且数量要与定义一致。

# 定义：位置参数x, y
def add(x, y):return x + y# 调用：必须传递2个参数，顺序对应x, y
print(add(3, 5))  # 输出8（3传给x，5传给y）

（2）默认参数：有默认值的参数

定义时给参数设定默认值，调用时可以不传递（使用默认值），也可以传递新值覆盖默认值。

# 定义：默认参数epochs（默认值10）
def train_model(X, y, epochs=10):print(f"用{epochs}轮训练模型")# 调用1：不传递epochs，使用默认值10
train_model(X_train, y_train)  # 输出"用10轮训练模型"# 调用2：传递epochs=20，覆盖默认值
train_model(X_train, y_train, 20)  # 输出"用20轮训练模型"

注意：默认参数必须放在位置参数后面（否则会报错）。

（3）不定参数：接收任意数量的参数

当不确定需要传递多少个参数时使用，有两种形式：

*args：接收任意数量的位置参数，返回一个元组；
**kwargs：接收任意数量的关键字参数（见下文），返回一个字典。

# *args示例：计算多个特征的平均值
def mean_features(*args):# args是元组，例如传入1,2,3时，args=(1,2,3)return sum(args) / len(args) if args else 0print(mean_features(1.2, 3.4, 2.1))  # 输出(1.2+3.4+2.1)/3 = 2.233...# **kwargs示例：处理模型的多个超参数
def set_hyperparameters(** kwargs):# kwargs是字典，例如传入lr=0.01, batch=32时，kwargs={"lr":0.01, "batch":32}for name, value in kwargs.items():print(f"超参数{name} = {value}")set_hyperparameters(lr=0.01, batch_size=32, epochs=50)
# 输出：
# 超参数lr = 0.01
# 超参数batch_size = 32
# 超参数epochs = 50

机器学习场景：不定参数非常适合处理可变数量的输入（如多个特征、多个超参数），例如模型集成时接收多个基础模型。

4. 传递参数的手段：关键词参数

调用函数时，通过参数名 = 值的形式传递参数，称为关键词参数。
优点：不需要严格按顺序传递，代码更易读（尤其参数较多时）。

# 定义一个包含多个参数的函数
def build_model(input_dim, hidden_dim, output_dim, activation="relu"):print(f"输入维度{input_dim}，隐藏层{hidden_dim}，输出{output_dim}，激活函数{activation}")# 用关键词参数调用（顺序可以打乱）
build_model(hidden_dim=128,input_dim=64,activation="tanh",output_dim=10
)
# 输出：输入维度64，隐藏层128，输出10，激活函数tanh

机器学习场景：模型定义时参数往往很多（输入维度、隐藏层大小、激活函数等），用关键词参数传递能避免记混顺序，减少错误。

5. 传递参数的顺序：多种参数共存时的规则

当函数同时包含 ** 位置参数、默认参数、*args、kwargs时，定义和调用必须遵循固定顺序，否则会报错。

定义时的顺序（从左到右）：

位置参数
默认参数
*args（不定位置参数）
**kwargs（不定关键字参数）

示例：符合顺序的函数定义

def example_func(pos1, pos2, default1=0, default2=1, *args, **kwargs):print(f"位置参数：{pos1}, {pos2}")print(f"默认参数：{default1}, {default2}")print(f"不定位置参数*args：{args}")print(f"不定关键字参数**kwargs：{kwargs}")

调用时的对应规则：

位置参数必须先传，且数量匹配；
默认参数可传可不传，传时可按位置或关键词；
*args接收剩下的位置参数；
**kwargs接收剩下的关键词参数。

# 调用示例
example_func(10, 20,  # 位置参数pos1=10, pos2=2030,      # 默认参数default1=30（默认2=1不变）40, 50,  # 剩下的位置参数，被*args接收：args=(40,50)a=1, b=2 # 关键词参数，被**kwargs接收：kwargs={"a":1, "b":2}
)

为什么要这样规定顺序？

位置参数是 “必须传递且顺序敏感” 的，放在最前；
默认参数是 “可选且有默认值” 的，紧随其后；
*args和**kwargs是 “可变数量” 的，放在最后避免歧义。

总结

函数是可重用的代码块，用def定义；
变量作用域分局部（函数内）和全局（函数外），修改全局变量需用global；
参数类型：位置参数（必传）、默认参数（有默认值）、*args（不定位置）、**kwargs（不定关键字）；
关键词参数通过参数名=值传递，不依赖顺序，更清晰；
多参数共存时，定义顺序为：位置参数 → 默认参数 → *args → **kwargs。

这些是函数的核心基础，掌握后能写出更简洁、灵活的代码，尤其在机器学习中处理数据和模型时非常重要。

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 math def calculate_circle_area(radius):'''计算圆的面积参数:radius: 圆的半径，必须是数字类型返回:圆的面积，若半径为负数则返回0'''try: # 检查半径是否为负数if radius < 0:return 0 # 计算圆的面积：π * radius²area = math.pi * radius ** 2return areaexcept TypeError:# 处理非数字类型的输入print("错误：半径必须是数字类型")return 0# 测试不同半径的情况
print(f"半径为5的圆面积: {calculate_circle_area(5):.4f}")
print(f"半径为0的圆面积: {calculate_circle_area(0)}")
print(f"半径为-1的圆面积: {calculate_circle_area(-1)}")# 测试一个异常情况（非数字输入）
print(f"非数字输入的情况: {calculate_circle_area('invalid')}")

半径为5的圆面积: 78.5398
半径为0的圆面积: 0.0
半径为-1的圆面积: 0
错误：半径必须是数字类型
非数字输入的情况: 0

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):'''计算矩形的面积参数:length： 矩形的长度width：矩形的宽度返回:矩形的面积，若长度伙宽度为负数，则返回0'''try:if length < 0 :return 0 if width < 0 :return 0area = length * widthreturn areaexcept TypeError:# 处理非数字类型的输入print("错误：参数必须是数字类型")return 0print(f'长为4，宽为2的矩形的面积为：{calculate_rectangle_area(4,2)}')
print(f'长为0，宽为2的矩形的面积为：{calculate_rectangle_area(0,2)}')
print(f'长为4，宽为0的矩形的面积为：{calculate_rectangle_area(4,0)}')
print(f'长为-1，宽为2的矩形的面积为：{calculate_rectangle_area(-1,2)}')
print(f'长为4，宽为-1的矩形的面积为：{calculate_rectangle_area(4,-1)}')# 测试一个异常情况（非数字输入）
print(f"非数字输入的情况: {calculate_rectangle_area('4',2)}")

长为4，宽为2的矩形的面积为：8
长为0，宽为2的矩形的面积为：0
长为4，宽为0的矩形的面积为：0
长为-1，宽为2的矩形的面积为：0
长为4，宽为-1的矩形的面积为：0
错误：参数必须是数字类型
非数字输入的情况: 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(*args):try:if len(args) == 0:return 0 total = sum(args)average = total/len(args)return averageexcept TypeError:print('错误：参数必须是数字类型')return 0 # 测试不同情况
print(f"没有参数: {calculate_average()}")  # 应该返回0
print(f"一个参数: {calculate_average(5)}")  # 应该返回5.0
print(f"多个参数: {calculate_average(1, 2, 3, 4, 5)}")  # 应该返回3.0
print(f"包含负数: {calculate_average(10, -5, 3)}")  # 应该返回(10-5+3)/3 = 8/3 ≈ 2.666...
print(f"包含浮点数: {calculate_average(2.5, 3.5, 4.0)}")  # 应该返回(2.5+3.5+4.0)/3 = 10/3 ≈ 3.333...# 测试异常情况（包含非数字）
print(f"包含非数字: {calculate_average(1, 2, 'three')}")  # 应该捕获错误并返回0

没有参数: 0
一个参数: 5.0
多个参数: 3.0
包含负数: 2.6666666666666665
包含浮点数: 3.3333333333333335
错误：参数必须是数字类型
包含非数字: 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):print(f'User ID :{user_id}')if kwargs:print('Additional Information:')for key, value in kwargs.items():print(f"  {key}: {value}")else:print("No additional information provided.")# 测试函数
print("测试1：只提供user_id")
print_user_info(1001)
print("\n测试2：提供user_id和基本信息")
print_user_info(1002, name="Alice", age=30, email="alice@example.com")
print("\n测试3：提供更多信息")
print_user_info(1003, name="Bob", age=25, email="bob@example.com", occupation="Data Scientist", hobbies=["reading", "hiking", "coding"]
)

测试1：只提供user_id
User ID :1001
No additional information provided.

测试2：提供user_id和基本信息
User ID :1002
Additional Information:
name: Alice
age: 30
email: alice@example.com

测试3：提供更多信息
User ID :1003
Additional Information:
name: Bob
age: 25
email: bob@example.com
occupation: Data Scientist
hobbies: [‘reading’, ‘hiking’, ‘coding’]

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.”

def describe_shape(shape_name, color="black", **kwargs):"""生成几何图形的描述字符串（修复参数传递问题）参数:shape_name: 必需，图形名称（位置参数）color: 可选，图形颜色，默认值为"black"**kwargs: 关键字参数，描述图形的尺寸返回:格式化的图形描述字符串"""try:# 验证参数类型if not isinstance(shape_name, str):raise TypeError("shape_name must be a string (图形名称必须是字符串)")if not isinstance(color, str):raise TypeError("color must be a string (颜色必须是字符串)")# 构建基础描述部分description = f"A {color} {shape_name} with "# 处理尺寸描述部分if kwargs:dimensions = []for dim_name, dim_value in kwargs.items():if not isinstance(dim_value, (int, float)):raise TypeError(f"Dimension {dim_name} must be a number (尺寸{dim_name}必须是数字)")dimensions.append(f"{dim_name}={dim_value}")description += f"dimensions: {', '.join(dimensions)}"else:description += "no specific dimensions."return descriptionexcept TypeError as e:return f"参数错误: {e}"except Exception as e:return f"意外错误: {e}"# 重新测试修复后的函数
print("测试1：基本用法（圆）")
print(describe_shape("circle", "red", radius=5))  # 正常传递colorprint("\n测试2：使用默认颜色（矩形）")
# 不传递color，使用默认值"black"
print(describe_shape("rectangle", length=10, width=4))  print("\n测试3：没有尺寸参数（三角形）")
print(describe_shape("triangle", "blue"))  # 传递color，无尺寸print("\n测试4：多个尺寸参数（长方体）")
print(describe_shape("cuboid", "green", length=5, width=3, height=2))print("\n测试5：异常情况（shape_name不是字符串）")
print(describe_shape(123, "yellow", radius=3))  # shape_name类型错误print("\n测试6：异常情况（尺寸不是数字）")
print(describe_shape("square", side="five"))  # 尺寸值不是数字