在這篇文章裡，你將學會什麼是函式正規化以及如何使用Python進行函數語言程式設計。你也將瞭解列表推導和其它形式的推導。

函式正規化

在命令式正規化中，通過為計算機提供一系列指令然後執行它們來完成任務。在執行這些指令時，可以改變某些狀態。例如，假設你最初將A設定為5，然後更改A的值。這時在變數內部值的意義上，你改變了A的狀態。

在函式式正規化中，你不用告訴計算機做什麼而是告訴他這個東西是什麼。比如數字的最大公約數是什麼，從1到n的乘積是什麼等等。

因此，變數不能變化。一旦你設定了一個變數，它就永遠保持這種狀態（注意，在純函式式語言中，它們不是變數）。因此，函數語言程式設計沒有副作用。副作用指的是函式改變它自己以外的東西。讓我們看一些典型Python程式碼的示例：

這段程式碼的輸出是5。在函式式正規化中，改變變數是一個很大的禁忌，並且具有影響其範圍之外事物的功能也是一個很大的禁忌。函式唯一能做的就是計算一些東西並將其作為結果返回。

現在你可能會想：“沒有變數，沒有副作用？為什麼這樣好？“這個問題問得好，我相信大多數人對此感到疑惑。

如果使用相同的引數呼叫函式兩次，則保證返回相同的結果。如果你已經學習了數學函式，你就會知道這個好處。這稱為參照透明度。由於函式沒有副作用，如果你正在構建一個計算某些事情的程式，你可以加速程式。如果每次呼叫func(2)都返回3，我們可以將它儲存在表中，這可以防止程式重複執行相同的功能。

通常，在函數語言程式設計中，我們不使用迴圈。我們使用遞迴。遞迴是一個數學概念，通常意味著“自我呼叫”。使用遞迴函式，該函式將其自身作為子函式重複呼叫。這是Python中遞迴函式的一個很好的例子：

有些程式語言也具有惰性。這意味著他們直到最後一秒才計算或做任何事情。如果你編寫一些程式碼來執行2 + 2，函式程式只會在你真正需要使用結果時計算出來。我們很快就會在Python中探索惰性。

Map

為了理解，我們先來看看迭代是什麼。通常可以迭代的物件是列表或陣列，但Python有許多不同的型別可以迭代。你甚至可以建立自己的物件，這些物件可以通過實現魔術方法進行迭代。魔術方法就像是一個API，可以幫助你的物件變得更加Pythonic。您需要實現2個魔術方法才能使物件成為可迭代的：

第一個魔術方法“__iter__”（注：這裡是雙下劃線）返回迭代物件，這通常在迴圈開始時使用。”__next__“返回下一個物件。

讓我們快速進入一個終端呼叫上面的程式碼：

執行將會打印出

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在Python中，迭代器是一個只有__iter__魔術方法的物件。這意味著您可以訪問物件中的位置，但不能遍歷該物件。一些物件將具有魔術方法__next__而不是__iter__魔術方法，例如集合（在本文後面討論）。對於本文，我們假設我們接觸的所有內容都是可迭代的物件。

現在我們知道什麼是可迭代物件了，讓我們回到map函式。 map函式允許我們將函式應用於iterable中的每一項。 Map需要2個輸入，它們分別是要應用的函式和可迭代物件。

假設我們有一個數字列表，如下所示：

我們想要對每個數字進行平方，我們可以編寫如下程式碼：

Python中函式式的函式是具有惰性的。如果我們不使用“list”，該函式將儲存iterable的定義，而不是列表本身。我們需要明確告訴Python“把它變成一個列表”供我們使用。

在Python中突然從非惰性求值轉向惰性求值有點奇怪。如果你在函式式思維方式中考慮得更多，而不是命令式思維方式，那麼你最終會習慣它。

現在寫一個像“square(num)”這樣的普通函式雖然很好，但卻是不對的。我們必須定義一個完整的函式才能在map中使用它？好吧，我們可以使用lambda（匿名）函式在map中定義一個函式。

Lambda表示式

lambda表示式是一個只有一行的函式。舉個例子，這個lambda表示式對給定的數字進行平方：

讓我們執行它：

這看起來不像一個函式嗎？

嗯，這有點令人困惑，但可以解釋。我們將一些東西分配給變數“square”。那這個呢：

告訴Python這是一個lambda函式，輸入叫做x。冒號之後的任何內容都是您對輸入所做的操作，它會自動返回結果。

簡化我們的square程式到只有一行程式碼，我們可以這樣做：

所以在lambda表示式中，所有引數都在左邊，你要用它們做的東西在右邊。它有點亂。但事實是，編寫只有其他函式式程式設計師才能閱讀的程式碼會有一定的樂趣。此外，使用一個函式並將其轉換為一行程式碼是非常酷的。

Reduce

Reduce是一個將迭代變成一個東西的函式。通常，你可以在列表上使用reduce函式執行計算以將其減少到一個數字。 Reduce看起來像這樣：

我們經常會使用lambda表示式作為函式。

列表的乘積是每個單獨的數字相乘。要做到這一點你將編寫如下程式碼：

但是使用reduce你可以這樣寫：

獲得相同的功能，程式碼更短，並且在使用函數語言程式設計的情況下更整潔。（注：reduce函式在Python3中已不是內建函式，需要從functools模組中匯入）

Filter

filter函式採用可迭代的方式，並過濾掉你在該可迭代中不需要的所有內容。

通常，filter需要一個函式和一個列表。它將函式應用於列表中的每一項，如果該函式返回True，則不執行任何操作。如果返回False，則從列表中刪除該項。

語法如下：

讓我們看一個小例子，沒有filter我們會寫：

使用filter，可以這樣寫：

高階函式

高階函式可以將函式作為引數並返回函式。一個非常簡單的例子如下：

第二個返回函式的例子：

開頭我說過純函數語言程式設計語言沒有變數。更高階的函式使這變得更容易。

Python中的所有函式都是一等公民。一等公民被定義為具有以下一個或多個特徵：

• 在執行時建立
• 在資料結構中分配變數或元素
• 作為函式的引數傳遞
• 作為函式的結果返回
• Python中的所有函式都可以用作高階函式。

Partial application

Partial application（也稱為閉包）有點奇怪，但非常酷。您可以在不提供所需的所有引數的情況下呼叫函式。讓我們在一個例子中看到這一點。我們想要建立一個函式，它接受2個引數，一個基數和一個指數，並返回指數冪的基數，如下所示：

現在我們想要一個專用的平方函式，使用冪函式計算出數字的平方：

這有效，但如果我們想要一個立方體功能呢？或者求四次方的功能呢？我們可以繼續寫下它們嗎？好吧，你可以。但程式設計師很懶的。如果你一遍又一遍地重複同樣的事情，這表明有一種更快的方法來加快速度，這將使你不再重複。我們可以在這裡使用閉包。讓我們看一個使用閉包的square函式的示例：

是不是很酷！我們可以只使用1個引數來呼叫需要2個引數的函式。

我們還可以使用一個迴圈來生成一個冪函式，該函式實現從立方體一直到1000的冪。

函數語言程式設計不是pythonic

您可能已經注意到了，我們想要在函數語言程式設計中做的很多事情都圍繞著列表。除了reduce函式和閉包之外，您看到的所有函式都會生成列表。 Guido（Python之父）不喜歡Python中的函式式，因為Python已經有了自己生成列表的方法。

如果你在Python的互動環境下寫入”import this“，你將會得到：

這是Python之禪。這是一首關於Pythonic意味著什麼的詩。我們想要涉及的部分是：

There should be one — and preferably only one — obvious way to do it.（應該儘量找到一種，最好是唯一一種明顯的解決方案）

在Python中，map和filter可以執行與列表推導（下面討論）相同的操作。這打破了Python之禪的一個規則，因此函數語言程式設計的這些部分不被視為“pythonic”。

另一個話題是Lambda。在Python中，lambda函式是一個普通函式。 Lambda是語法糖。這兩種說法是等價的。

普通函式可以執行lambda函式可以執行的所有操作，但它不能以相反的方式工作。 lambda函式不能完成普通函式可以執行的所有操作。

這是一個簡短的論證，為什麼函數語言程式設計不能很好地適應整個Python生態系統。你可能已經注意到我之前提到了列表推導，我們現在將討論它們。

列表推導

前面，我提到過你可以用map或filter做的任何事情，你可以用列表推導。列表推導是一種在Python中生成列表的方法。語法是：

讓我們對列表中的每個數字進行平方，例如：

我們可以看到如何將函式應用於列表中的每一項。我們如何應用filter呢？看看前面的程式碼：

我們可以將其轉換成一個列表推導，像這樣：

列表支援if這樣的語句。您不再需要將一百萬個函式應用於某些東西以獲得您想要的東西。事實上，如果你想嘗試生成某種列表，那麼使用列表推導看起來會更清晰，更容易。如果我們想要將列表中每個0以下的數字平方怎麼辦？有了lambda，map和filter你會寫：

這似乎很長很複雜。通過列表推導，它只是：

列表推導僅適用於列表。map,filter適合任何可迭代的物件，那麼這有什麼用呢？你可以對你遇到的任何可迭代物件使用任何推導。

其他推導

你可以為任何可迭代物件建立一個推導。

可以使用推導生成任何可迭代的物件。從Python 2.7開始，您甚至可以生成字典（hashmap）。

如果它是可迭代的，則可以生成它。讓我們看一下最後一組的例子。

• set是一個元素列表，在該列表中沒有元素重複兩次。
• set中的元素沒有順序。

 

您可能會注意到set（集合）與dict（字典）具有相同的花括號。 Python非常聰明。根據你是否為dict提供值，它會知道你是在寫dict推導還是set推導。

總結

函數語言程式設計美觀而純粹。函式式程式碼可以很乾淨，但也可能很亂。一些Python程式設計師不喜歡Python中的函數語言程式設計。但我認為，你應該在解決問題時，使用最佳工具。