Функции с возвратом значения Часть 1. Функции с возвратом значения

• Название: Функции с возвратом значения
• Дата: 27.06.2022
• Размер: 129.87 Kb.
• Имя файла: Функции с возвратом значения Часть 1.docx
• Тип: Урок; #618005

13.4 Функции с возвратом значения. Часть 1

Тема урока: функции с возвратом значения

1. 
   Функции с возвратом значения
   
2. 
   Решение задач
   

Аннотация. Функции могут не только принимать и не принимать параметры, как в примерах предыдущих уроков, но и возвращать значения. Рассмотрим этот особый тип функций - с возвратом значения.

Функция с возвратом значения

Функция с возвратом значения похожа на функцию без возврата значения тем, что:

• 
  это набор инструкций, выполняющий определенную задачу;
  
• 
  когда нужно выполнить функцию, ее вызывают.
  

Однако когда функция с возвратом значения завершается, она возвращает значение в ту часть программы, которая ее вызвала. Возвращаемое из функции значение используется как любое другое: оно может быть присвоено переменной, выведено на экран, использовано в математическом выражении (если это число) и т. д.

    Функция с возвратом значения возвращает значение обратно в ту часть программы, которая ее вызвала.

Мы уже сталкивались со многими функциями с возвратом значений:

• 
  функция int() – преобразует строку к целому числу и возвращает его;
  
• 
  функция float() – преобразует строку к вещественному числу и возвращает его;
  
• 
  функция range() – возвращает последовательность целых чисел 0, 1, 2, ...;
  
• 
  функция abs() – возвращает абсолютное значение числа (модуль числа);
  
• 
  функция len() – возвращает длину строки или списка.
  

Функцию с возвратом значения пишут точно так же, как и без, но она должна иметь инструкцию return.

Вот общий формат определения функции с возвратом значения в Python:

def название_функции():

блок кода

return выражение

В функции должна быть инструкция return, принимающая форму:

return выражение

Значение выражения, которое следует за ключевым словом return, будет отправлено в ту часть программы, которая вызвала функцию. Это может быть переменная либо выражение, к примеру, математическое.

   Функция с возвратом значения имеет инструкцию return, возвращающую значение в ту часть программы,  которая ее вызвала.

При изучении вещественных чисел мы решали задачу о переводе градусов по шкале Фаренгейта в градусы по шкале Цельсия по формуле C = \dfrac{5}{9}\left(F - 32\right)C=95​(F− 32).

Напишем функцию, которая осуществляет перевод: 

def convert_to_celsius(temp):

result = (5 / 9) * (temp - 32)

return result

Задача этой функции — принять одно число temp в качестве аргумента – количество градусов по шкале Фаренгейта, и вернуть другое — количество градусов по шкале Цельсия.

Рассмотрим ее работу. Первая инструкция в блоке функции присваивает значение (5 / 9) * (temp - 32) переменной result. Затем исполняется инструкция return, которая приводит к завершению исполнения функции и отправляет значение из переменной result, назад в ту часть программы, которая вызвала эту функцию.

# функция перевода градусов Фаренгейта в градусы Цельсия

def convert_to_celsius(temp):

result = (5 / 9) * (temp - 32)

return result

# основная программа

temp = float(input('Bвeдитe количество градусов по Фаренгейту: '))

celsius = convert_to_celsius(temp)

print(celsius) # градусы Цельсия

Основная программа получает от пользователя одно число – значение в градусах Фаренгейта, и вызывает функцию, передавая значение переменной temp в качестве аргумента. Значение, которое возвращается из функции convert_to_celsius, присваивается переменной celsius. 



Использование инструкции return по максимуму

Взглянем еще раз на функцию convert_to_celsius():

def convert_to_celsius(temp):

result = (5 / 9) * (temp - 32)

return result

Обратите внимание, что внутри этой функции происходят две вещи: во-первых, переменной result присваивается значение выражения (5 / 9) * (temp - 32), и во-вторых, значение переменной result возвращается из функции. Эта функция хорошо справляется с поставленной перед ней задачей, но ее можно упростить. Поскольку инструкция return возвращает значение выражения, переменную result устраняем и переписываем функцию так:

def convert_to_celsius(temp):

return (5 / 9) * (temp - 32)

Эта версия функции не сохраняет значение (5 / 9) * (temp - 32) в отдельной переменной, а сразу возвращает значение выражения с помощью инструкции return. Делает то же, что и предыдущая версия, но за один шаг.

Использование нескольких return

В одной функции может быть сколько угодно инструкций return. Рассмотрим функцию convert_grade(), которая переводит стобалльную оценку в пятибалльную:

def convert_grade(grade):

if grade >= 90:

return 5

elif grade >= 80:

return 4

elif grade >= 70:

return 3

elif grade >= 60:

return 2

else:

return 1

# основная программа

grade = int(input('Введите вашу отметку по 100-балльной системе: '))

print(convert_grade(grade))

В функции convert_grade() используется 5 инструкций return. Каждая из них возвращает соответствующее значение и завершает работу функции.

Функцию convert_grade() можно переписать с помощью одной инструкции return:

def convert_grade(grade):

result = -1

if grade >= 90:

result = 5

elif grade >= 80:

result = 4

elif grade >= 70:

result = 3

elif grade >= 60:

result = 2

else:

result = 1



return result

Примечания

Примечание 1. Функции с возвратом значения предоставляют те же преимущества, что функции без возврата значения:

• 
  упрощают программный код;
  
• 
  уменьшают дублирование кода;
  
• 
  упрощают тестирование кода;
  
• 
  увеличивают скорость разработки;
  
• 
  способствуют работе в команде.
  

Примечание 2. Графическая интерпретация работы функции с возвратом значения:



Примечание 3. result – хорошее название для переменной, значение которой возвращается из функции. 

Решение задач

Задача 1. Напишите функцию, которая возвращает длину гипотенузы прямоугольного треугольника по известным значениям его катетов.

Решение. Для нахождения длины гипотенузы, нам нужно применить теорему Пифагора: квадрат гипотенузы прямоугольного треугольника, равен сумме квадратов его катетов. Другими словами, если a, ba,b – длины катетов, а cc – длина гипотенузы, то имеет место равенство:c^2 = a^2 + b^2 \Longrightarrow c = \sqrt{a^2+b^2}c2=a2+b2⟹c=a2+b2​

Функция, вычисляющая длину гипотенузы, может иметь вид:

def compute_hypotenuse(a, b):

c = (a ** 2 + b ** 2) ** 0.5

return c

  Для извлечения квадратного корня мы использовали оператор возведения в степень. Напомним, что результатом обоих выражений: math.sqrt(c) и c ** 0.5 является одно число \sqrt{c}c​.

Следующий программный код:

print(compute_hypotenuse(3, 4))

print(compute_hypotenuse(5, 12))

print(compute_hypotenuse(1, 1))

выведет:

5.0 # длина гипотенузы треугольника с катетами 3 и 4

13.0 # длина гипотенузы треугольника с катетами 5 и 12

1.4142135623730951 # длина гипотенузы треугольника с катетами 1 и 1

Если нужно передать программе числа, считанные с клавиатуры, то мы пишем следующий код:

x = int(input())

y = int(input())

hypotenuse = compute_hypotenuse(x, y)

print(hypotenuse)

В модуле math имеется встроенная функция hypot(x, у) которая возвращает длину гипотенузы прямоугольного треугольника с катетами x и y.

Одним из основных преимуществ функций является возможность их повторного использования для решения похожих задач. Рассмотрим задачу нахождения расстояния между двумя точками.

Задача 2. Напишите функцию get_distance(x1, y1, x2, y2), вычисляющую расстояние между точками (x_1; \, y_1)(x1​;y1​) и (x_2; \, y_2)(x2​;y2​).

Решение. Расстояние между двумя точками (x_{1}; \, y_{1})(x1​;y1​) и (x_{2}; \, y_{2})(x2​;y2​) определяется по формуле\rho = \sqrt{(x_1-x_2)^2 + (y_1-y_2)^2}ρ=(x1​−x2​)2+(y1​−y2​)2​.



Несложно заметить, что искомое расстояние – это длина гипотенузы прямоугольного треугольника с катетами равными |x_1 - x_2|∣x1​−x2​∣ и |y_1-y_2|∣y1​−y2​∣.

Функция, вычисляющая расстояние между точками, может иметь вид:

def get_distance(x1, y1, x2, y2):

return compute_hypotenuse(x1 - x2, y1 - y2)

Для подсчета искомого расстояния мы используем уже созданную нами функцию compute_hypotenuse передавая ей в качестве аргументов числа x1 - x2 и y1 - y2.

Основная программа имеет вид:

x1, y1 = float(input()), float(input()) # считываем координаты первой точки

x2, y2 = float(input()), float(input()) # считываем координаты второй точки

print(get_distance(x1, y1, x2, y2)) # вычисляем и выводим расстояние между точками

Задача 3. Напишите функцию sum_digits(n), принимающую в качестве аргумента натуральное число и возвращающую сумму его цифр.

Решение. Функция sum_digits(n) может иметь вид:

def sum_digits(n):

result = 0

while n > 0:

result += n % 10

n //= 10

return result

Основная программа имеет вид:

n = int(input())

print(sum_digits(n)) # вычисляем и выводим сумму цифр считанного числа

Задача 4. Напишите функцию compute_average(numbers), принимающую в качестве аргумента список чисел и возвращающую среднее значение элементов списка.

Решение. Для подсчета среднего значения элементов списка нужно вычислить сумму всех элементов и их количество, то есть использовать функции sum() и len(). Функция compute_average(numbers) может иметь вид:

def compute_average(numbers):

return sum(numbers) / len(numbers)

Основная программа имеет вид:

numbers = [1, 3, 5, 1, 6, 8, 10, 2]

print(compute_average(numbers)) # вычисляем и выводим среднее значение элементов списка

Результатом работы такой программы будет число 4.5, которое и является средним значением.

Слияние двух отсортированных списков

Слияние двух отсортированных списков в один — важная задача в информатике. Она естественно возникает при сортировке списков c использованием сортировки слиянием.

Пусть даны два отсортированных по возрастанию списка чисел list1 и list2:

list1 = [3, 10, 11, 12, 47, 57, 58, 63, 77, 79, 80, 95]

list2 = [0, 11, 12, 20, 24, 26, 47, 48, 53, 65, 70, 81, 84, 84, 90]

Простейшее решение задачи слияния списков использует списочный метод sort():

def merge(list1, list2):

    result = list1 + list2 # создаем результирующий список

    result.sort() # сортируем список встроенным методом sort()

    return result # возвращаем отсортированный список

list1 = [3, 10, 11, 12, 47, 57, 58, 63, 77, 79, 80, 95]

list2 = [0, 11, 12, 20, 24, 26, 47, 48, 53, 65, 70, 81, 84, 84, 90]

list3 = merge(list1, list2) # вызываем функцию слияния двух отсортированных списков

print(list3)

Результатом работы такого кода будет список:

[0, 3, 10, 11, 11, 12, 12, 20, 24, 26, 47, 47, 48, 53, 57, 58, 63, 65, 70, 77, 79, 80, 81, 84, 84, 90, 95]

И хотя функция merge() полностью справляется с своей задачей, она абсолютно не учитывает то, что два списка list1 и list2 уже отсортированы.

Быстрое слияние двух отсортированных списков в один

Пусть мы имеем два уже отсортированных по возрастанию списка list1 и list2.

Алгоритм быстрого слияния следующий:

1. 
   Создаем численные указатели p1 = 0 и p2 = 0 на начала обоих списков list1 и list2 соответственно;
   
2. 
   На каждом шаге берем меньший из двух элементов list1[p1] и list2[p2];
   
3. 
   Записываем его в результирующий список; 
   
4. 
   Увеличиваем указатель на первый элемент списка (p1 или p2) из которого был взят элемент на 11;
   
5. 
   Когда один из начальных списков закончился, добавляем все оставшиеся элементы второго списка в результирующий список.
   

def quick_merge(list1, list2):

result = []

p1 = 0 # указатель на первый элемент списка list1

p2 = 0 # указатель на первый элемент списка list2

while p1 < len(list1) and p2 < len(list2): # пока не закончился хотя бы один список

if list1[p1] <= list2[p2]:

result.append(list1[p1])

p1 += 1

else:

result.append(list2[p2])

p2 += 1

if p1 < len(list1): # прицепление остатка

result += list1[p1:]

if p2 < len(list2):

result += list2[p2:]



return result

Следующий программный код:

list1 = [3, 10, 11, 12, 47, 57, 58, 63, 77, 79, 80, 95]

list2 = [0, 11, 12, 20, 24, 26, 47, 48, 53, 65, 70, 81, 84, 84, 90]

list3 = quick_merge(list1, list2)

print(list3)

выведет:

[0, 3, 10, 11, 11, 12, 12, 20, 24, 26, 47, 47, 48, 53, 57, 58, 63, 65, 70, 77, 79, 80, 81, 84, 84, 90, 95]