Python 高阶函数（详解）

        前言：这篇详细讲解了Python中的高阶函数，并且对高阶函数中的重要的内置函数也进行了详解，温馨提醒！篇幅较长可以慢慢观看。

一：高阶函数

只要满足下面的任意一个条件就是高阶函数

1、一个函数的函数名作为参数传给另外一个函数

2、一个函数返回值（return）为另外一个函数（返回为自己，则为递归）

高阶函数的基本概念：

        
高阶函数是指接受函数作为参数或者返回函数作为结果的函数。它在函数式编程中是一个重要概念（函数式编程（Functional Programming，FP）是一种编程范式，它将计算视为数学函数的求值，并且避免使用可变数据结构和改变状态的操作。函数式编程的核心思想是将函数作为程序的基本构建块，强调不可变性和纯函数的使用）。

高阶函数与普通函数应用场景的区别：

普通函数：

        普通函数适用于实现具体的、独立的操作，例如数学运算、文件操作、字符串处理等。它们通常具有明确的输入和输出，处理相对具体的任务。

def square(x):
    return x ** 2

高阶函数：

        高阶函数更具抽象性和通用性，可用于封装通用的算法或操作模式。

def square(x):
    return x ** 2
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squared_numbers = map(square, numbers)

def my_sum():
    def new_my_sum():
        print('123')
    return new_my_sum

my_sum = my_sum()

代码分析（重点，要理解）：

        在上面的代码案例中，函数体里面对参数进行了求平方的处理操作，实际情况并不是每个调用者都想对参数进行求绝对值的处理，张三想调用这个函数对参数进行平方处理那怎么办呢？从上面的代码中来看，如果张三想要对参数求平方处理，就不得不把求绝对值的代码改成求平方的代码，如果是这样的话，那这个函数的设计用途就很有限了。那我能不能设计一下，不管调用者想对它进行什么操作，而不用去改变我函数体里面的代码呢？当然可以，这个时候就需要使用函数来作为参数实现了。（高阶函数更灵活，适用的场景也更多）

def my_sum(a,b,han,hen):
    return han(a)+hen(b)

def dz(shu):
    return shu/2

def da(shu):
    return shu*2


print(my_sum(6, 6, da,dz))
print(my_sum(6,6, da,dz()))

注意：其中第二个是错误的（不能带括号）

总结（特别重要）：

1
、当定义函数时，函数的参数是一个函数，那么定义的这个函数可以称为高阶函数。

2
、调用高阶函数时需要特别注意，由于高阶函数中参数类型是个函数，因此在进行调用时，我们只需要传递函数的名字即可，而不是进行函数调用。

3
、函数作为参数的类型时，可以是内置的函数，如
abs
，也可以是其它模块下的函数，如sqrt
，也可以是自定义的函数，如
num_num
，像上面代码中num_num函数的函数体只有一行代码，可以用
lambda
表达式的方式写。

lambda表达式的多种使用方式：

def my_sum(a,b,han):
    return han(a)+han(b)
print(my_sum(6, 6, lambda x:x**2))

def da(shu):
    return shu*2
f = lambda x,y,z:(z(x),z(y))
print(f(1, 2, da))

二：python中内置常用高阶函数

1.map函数：

map()
函数接受一个函数和一个可迭代对象作为参数，将函数应用于可迭代对象的每个元素，并返回一个新的迭代器。

参数
1
：要传入进行处理的函数名

参数
2
：一个可以操作的数据集或者序列或者是可迭代对象

eg：
简单点可以理解为：把参数
2
中的每个元素拿出来，放到参数
1
的函数中去处
理一遍，再返回到一个新的数据集中去。

案例：

# map(函数，可迭代对象)：把函数作用于可迭代对象，并且返回可迭代对象
def fu(a):
    return a*a
my_list = [1,2,3,4,5]
print(map(fu,my_list))
res = map(fu,my_list)
print(list(res))

2.reduce函数：

reduce()
函数位于
functools
模块中，它接受一个函数和一个可迭代对象作为参数，函数必须接受两个参数。reduce()
会将函数依次应用于可迭代对象的元素，返回一个单一的结果。

eg：reduce(函数,可迭代对象)：函数需要两个参数，返回一个单一结果！

from functools import reduce
def fa(x,y):
    # print('x的值为',x)
    # print('y的值为',y)
    return x+y
my_list = [1,2,3,4,5]

res = (reduce(fa,my_list))
print(res)

3.filter函数：

Python 中，filter() 是一个内置的高阶函数，其主要作用是根据指定的条件过滤可迭代对象中的元素，返回一个包含满足条件元素的迭代器。

基本语法：

filter(function, iterable)

function：这是一个用于筛选元素的函数，它接受一个参数，并返回一个布尔值（True 或 False）。如果返回 True，则表示该元素满足条件，会被保留；如果返回 False，则该元素会被过滤掉。这个参数可以是一个普通函数、匿名函数（lambda 函数），也可以为 None。

iterable：是一个可迭代对象，如列表、元组、字符串、集合等，filter() 函数会对其元素逐个进行筛选。

实例：

1. 使用普通函数进行筛选

def is_even(num):
    return num % 2 == 0

numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
even_numbers = filter(is_even, numbers)
print(list(even_numbers))

代码解释：

定义了一个普通函数 is_even，用于判断一个数是否为偶数。如果是偶数，函数返回 True；否则返回 False。

调用 filter(is_even, numbers) 时，filter() 函数会遍历 numbers 列表中的每个元素，并将其传递给 is_even 函数进行判断。

最终，filter() 函数返回一个迭代器，包含了所有偶数元素。使用 list() 函数将迭代器转换为列表并打印，输出结果为 [2, 4, 6]。

2. 使用匿名函数（lambda 函数）进行筛选

numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
even_numbers = filter(lambda x: x % 2 == 0, numbers)
print(list(even_numbers))

代码解释：

这里使用了一个匿名函数 lambda x: x % 2 == 0 来替代普通函数。匿名函数的功能和上面的 is_even 函数相同，用于判断一个数是否为偶数。

filter() 函数的工作方式和前面示例一样，最终返回一个包含偶数元素的迭代器，转换为列表后输出结果同样为 [2, 4, 6]。

3. 过滤字符串列表

words = ["apple", "banana", "cherry", "date"]
long_words = filter(lambda word: len(word) > 5, words)
print(list(long_words))

代码解释：

定义了一个字符串列表 words。

使用匿名函数 lambda word: len(word) > 5 作为筛选条件，该函数用于判断一个字符串的长度是否大于 5。

filter() 函数遍历 words 列表中的每个字符串，并根据匿名函数的返回值进行筛选，最终返回一个包含长度大于 5 的字符串的迭代器，转换为列表后输出结果为 ["banana", "cherry"]。

4. 当 function 参数为 None 时

values = [0, 1, False, True, [], [1, 2], '', 'hello']
truthy_values = filter(None, values)
print(list(truthy_values))

代码解释：

当 function 参数为 None 时，filter() 函数会将 iterable 中的元素转换为布尔值进行判断。在 Python 中，像 0、False、空列表 []、空字符串 '' 等会被视为 False，其他值会被视为 True。

filter() 函数会过滤掉所有被视为 False 的元素，最终返回一个包含被视为 True 的元素的迭代器，转换为列表后输出结果为 [1, True, [1, 2], 'hello']。

注意事项

返回值是迭代器：filter() 函数返回的是一个迭代器，而不是一个列表。如果需要多次使用筛选结果，或者需要查看所有元素，可以使用 list() 函数将其转换为列表。但要注意，对于大型数据集，将迭代器转换为列表可能会占用大量内存。

原可迭代对象不会被修改：filter() 函数只是根据条件筛选元素，不会对原可迭代对象进行修改。

综上所述，filter() 函数是一个非常实用的工具，可以帮助我们方便地根据特定条件筛选可迭代对象中的元素。

4.sorted函数：

sorted()
函数可以对任何可迭代对象进行排序，并返回一个新的列表。它接受一个key
参数，该参数可以是一个函数，用于指定排序的依据。

1. 多条件排序

fr = [
    {'name': 'boa', 'about': 100},
    {'name': 'bob', 'about': 200},
    {'name': 'boc', 'about': 300},
]
def fr_my(x):
    return -x['about'],x['name']

print(sorted(fr, key=fr_my))

students = [
    {"name": "Alice", "age": 20},
    {"name": "Bob", "age": 18},
    {"name": "Charlie", "age": 20}
]
sorted_students = sorted(students, key=lambda student: (student["age"], student["name"]))
print(sorted_students)

代码解释： 这里的 key 函数返回一个元组 (student["age"], student["name"])，表示先按 "age" 进行排序，如果 "age" 相同，则按 "name" 进行排序。最终输出结果为 [{'name': 'Bob', 'age': 18}, {'name': 'Alice', 'age': 20}, {'name': 'Charlie', 'age': 20}]。

2. 自定义排序规则（例如按绝对值排序）

numbers = [-3, 1, -2, 4]
sorted_numbers = sorted(numbers, key=abs)
print(sorted_numbers)

 代码解释： 指定 key 函数为 abs（求绝对值的函数），sorted() 函数会根据每个数的绝对值进行排序，输出结果为 [1, -2, -3, 4]。

注意事项

返回值是新列表：sorted() 函数会返回一个新的已排序列表，原可迭代对象不会被修改。如果需要对原列表进行原地排序，可以使用列表的 sort() 方法。

元素类型一致性：在排序时，要确保 iterable 中的元素类型是可以相互比较的，否则可能会引发 TypeError 异常。例如，不能直接对包含数字和字符串的列表进行排序。

综上所述，sorted() 函数是一个非常强大且灵活的排序工具，通过合理使用 key 和 reverse 参数，可以满足各种不同的排序需求。

5.any函数和all函数：

any() 函数接受一个可迭代对象（如列表、元组、集合、字符串等）作为参数，用于检查可迭代对象中是否至少有一个元素的布尔值为 True。

工作原理（相当于or）

any() 函数会遍历可迭代对象中的每个元素。

对于每个元素，将其转换为布尔值（使用 bool() 函数）。

如果在遍历过程中遇到一个元素的布尔值为 True，则函数立即返回 True，不再继续遍历后续元素。

如果遍历完整个可迭代对象后，没有找到布尔值为 True 的元素，则函数返回 False。

示例代码：

# 示例 1：列表中至少有一个元素为 True
numbers = [0, False, 3]
result = any(numbers)
print(result)  # 输出: True，因为 3 转换为布尔值为 True

# 示例 2：列表中所有元素都为 False
empty_list = []
false_list = [0, False, '']
print(any(empty_list))  # 输出: False，空列表中没有元素为 True
print(any(false_list))  # 输出: False，列表中所有元素转换为布尔值都为 False

# 示例 3：字符串
string = "abc"
print(any(string))  # 输出: True，因为字符串中的每个字符转换为布尔值都为 True

# 示例 4：嵌套可迭代对象
nested_list = [[], [0], [False]]
print(any(nested_list))  # 输出: True，因为 [0] 转换为布尔值为 True

all() 函数同样接受一个可迭代对象作为参数，用于检查可迭代对象中的所有元素的布尔值是否都为 True。

工作原理（相当于and）

all() 函数会遍历可迭代对象中的每个元素。

对于每个元素，将其转换为布尔值（使用 bool() 函数）。

如果在遍历过程中遇到一个元素的布尔值为 False，则函数立即返回 False，不再继续遍历后续元素。

如果遍历完整个可迭代对象后，所有元素的布尔值都为 True，则函数返回 True。需要注意的是，对于空的可迭代对象，all() 函数会返回 True。

示例代码：

# 示例 1：列表中所有元素都为 True
numbers = [1, True, 'abc']
result = all(numbers)
print(result)  # 输出: True，因为列表中所有元素转换为布尔值都为 True

# 示例 2：列表中有元素为 False
mixed_list = [1, 0, True]
print(all(mixed_list))  # 输出: False，因为 0 转换为布尔值为 False

# 示例 3：空列表
empty_list = []
print(all(empty_list))  # 输出: True，空列表视为所有元素都为 True

# 示例 4：字符串
string = "abc"
print(all(string))  # 输出: True，因为字符串中的每个字符转换为布尔值都为 True

# 示例 5：嵌套可迭代对象
nested_list = [[1], [2], [3]]
print(all(nested_list))  # 输出: True，因为每个子列表转换为布尔值都为 True

总结

any() 函数用于判断可迭代对象中是否至少有一个元素的布尔值为 True。

all() 函数用于判断可迭代对象中的所有元素的布尔值是否都为 True，空可迭代对象也视为所有元素都为 True。

这两个函数在处理条件判断和逻辑检查时非常有用，可以避免手动编写复杂的循环来检查元素的布尔值。

6.zip函数：

*iterables 表示可以传入任意数量的可迭代对象，这些可迭代对象将被 “压缩” 在一起。

工作原理

zip() 函数会从每个传入的可迭代对象中依次取出一个元素，组成一个元组，然后将这些元组作为新的迭代器的元素。

当最短的可迭代对象元素被取完时，zip() 函数就会停止迭代，即使其他可迭代对象还有剩余元素。

1.压缩多个可迭代对象

list1 = [1, 2, 3]
list2 = ['a', 'b', 'c']
tuple1 = (10, 20, 30)
zipped = zip(list1, list2, tuple1)
print(zipped)            #输出地址
print(list(zipped))      

代码解释：

这次传入了三个可迭代对象：list1、list2 和 tuple1。

zip() 函数会从这三个可迭代对象中依次取出对应位置的元素，组成三元组。

输出结果为 [(1, 'a', 10), (2, 'b', 20), (3, 'c', 30)]。

2.结合 for 循环使用

names = ['Alice', 'Bob', 'Charlie']
ages = [25, 30, 35]
for name, age in zip(names, ages):
    print(f"{name} is {age} years old.")

代码解释：

zip(names, ages) 会生成一个迭代器，其中每个元素是一个包含姓名和年龄的元组。

for 循环会依次从这个迭代器中取出元组，并将元组中的元素分别赋值给 name 和 age 变量。

最终会依次输出每个人员的姓名和年龄信息。

3.解压缩操作

pairs = [(1, 'a'), (2, 'b'), (3, 'c')]
numbers, letters = zip(*pairs)
print(numbers)
print(letters)

代码解释：

*pairs 是将 pairs 列表中的元素解包作为参数传递给 zip() 函数。

zip() 函数会对这些元组进行 “解压缩” 操作，将每个元组中相同位置的元素重新组合成新的元组。

最终 numbers 为 (1, 2, 3)，letters 为 ('a', 'b', 'c')。

注意事项

最短可迭代对象原则：zip() 函数会以最短的可迭代对象为准停止迭代。

返回的是迭代器：zip() 函数返回的是一个迭代器，而不是列表。如果需要多次使用结果或者查看所有元素，可以使用 list() 函数将其转换为列表，但要注意对于大型数据集，将迭代器转换为列表可能会占用大量内存。

综上所述，zip() 函数是一个非常方便的工具，在处理多个可迭代对象时，可以轻松地将它们的元素进行组合或解组合。

7.enumerate函数：

在 Python 中，enumerate() 是一个实用的高阶函数，常用于在遍历可迭代对象（如列表、元组、字符串等）时同时获取元素的索引和对应的值。

enumerate(iterable, start=0)

iterable：必需参数，代表要进行遍历的可迭代对象，例如列表、元组、字符串等。

start：可选参数，是一个整数，用于指定索引的起始值，默认值为 0。

工作原理

enumerate() 函数会接收一个可迭代对象，并返回一个枚举对象，该枚举对象是一个迭代器。

在迭代过程中，每次迭代会生成一个包含两个元素的元组，第一个元素是当前元素的索引（从 start 指定的值开始），第二个元素是可迭代对象中对应位置的元素。

1.指定索引起始值：

fruits = ['apple', 'banana', 'cherry']
for index, fruit in enumerate(fruits, start=1):
    print(f"第 {index} 个水果是: {fruit}")

2.使用enumerate()函数可以很方便地同时获取元素的索引和元素本身。例如，在需要打印列表元素及其位置的时候

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
for index, fruit in enumerate(fruits):
    print(f"Index {index}: {fruit}")

3.用于构建字典：可以利用enumerate()函数来构建字典，其中索引作为键，可迭代对象中的元素作为值。

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
fruit_dict = dict(enumerate(fruits))
print(fruit_dict)

注意事项

返回的是迭代器：enumerate() 函数返回的是一个枚举对象，它是一个迭代器。如果需要多次使用结果或者查看所有元素，可以使用 list() 函数将其转换为列表，但要注意对于大型数据集，将迭代器转换为列表可能会占用大量内存。

索引是从 start 开始的：要注意根据实际需求设置 start 参数的值，避免索引使用错误。

综上所述，enumerate() 函数是一个非常方便的工具，在需要同时获取可迭代对象元素的索引和值时，能大大简化代码的编写。

8.labmda函数：

lambda函数是一种匿名函数，可以用于创建简单的函数对象，通常用于高阶函数的参数。

基本语法

lambda arguments: expression

lambda：这是定义 lambda 函数的关键字。

arguments：表示函数的参数，可以是零个或多个参数，多个参数之间用逗号分隔。

expression：是一个表达式，该表达式的计算结果就是函数的返回值。lambda 函数只能包含一个表达式，不能包含复杂的语句，如 if、for 等。

特点

1. 简洁性：lambda 函数的定义通常很简短，适合用于编写简单的函数逻辑，能让代码更加简洁。
2. 匿名性：它没有像普通函数那样的显式名称，通常作为参数传递给其他高阶函数使用，使用完后不会在命名空间中保留函数名。

3. 一次性使用：由于其简洁性和匿名性，lambda 函数常用于临时需要一个小函数的场景，用完即弃。

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squared_numbers = list(map(lambda x: x ** 2, numbers))
print(squared_numbers)

对比总结

语法复杂度：普通函数需要使用 def 关键字、函数名、参数列表、冒号、缩进等，语法相对复杂；而 lambda 函数语法简洁，一行即可定义。

功能复杂性：普通函数可以包含复杂的语句和逻辑，如 if 语句、for 循环等；lambda 函数只能包含一个表达式，功能相对简单。

命名和复用性：普通函数有明确的名称，可以在代码中多次调用，具有较高的复用性；lambda 函数通常是匿名的，主要用于一次性的简单操作。

注意事项

表达式限制：lambda 函数只能包含一个表达式，不能包含语句。如果需要实现复杂的逻辑，建议使用普通函数。

可读性：虽然 lambda 函数简洁，但如果表达式过于复杂，会降低代码的可读性。在这种情况下，使用普通函数可能更好。

综上所述，lambda 函数是 Python 中一种非常有用的工具，在需要简单函数逻辑且不需要复用的场景下，能让代码更加简洁高效。

                                              好啦Python中的高阶函数就讲到这里拉

作者：坦率的小新