学习python第三周——函数(一)定义与调用

本期目标

• 理解“函数”的概念和意义——为什么要用函数
• 掌握函数的定义与调用语法
• 学会使用位置参数、关键字参数、默认参数
• 理解函数的返回值（return）和作用域
• 完成实战项目：常用数学工具函数库

一、为什么需要函数？

回顾前几期，我们写了不少代码：统计成绩、词频统计……这些代码虽然能运行，但存在一个共同问题：如果你想重复使用某段逻辑，就必须复制粘贴。这不仅让代码变得臃肿，还容易出错——如果逻辑需要修改，你得在所有复制的地方一一修改。

举个例子，假设你需要多次计算圆的面积：

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# 第一次计算r1 = 5area1 = 3.14159 * r1 ** 2print(area1)# 第二次计算（又写一遍）r2 = 7area2 = 3.14159 * r2 ** 2print(area2)# 第三次…… 如果要求改 π 的精度，所有地方都要改

这样的代码很“笨拙”。但如果用函数，你就可以把这段逻辑“封装”起来，给它起个名字，需要的时候“调用”一下即可：

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def calc_circle_area(radius):    pi = 3.14159    return pi * radius ** 2# 需要时直接调用print(calc_circle_area(5))   # 78.53975print(calc_circle_area(7))   # 153.93791

函数的核心价值在于：

1. 代码复用： 一次定义，多次调用
2. 模块化： 把复杂问题拆分成小模块，每个函数只做一件事
3. 易于维护： 修改函数内部逻辑，所有调用处自动生效
4. 可读性强： 好的函数名就像注释，一看就知道功能

在AI领域，函数更是无处不在：

• 数据预处理函数： load_data()、clean_data()、normalize()
• 模型构建函数： build_model()、train_model()、evaluate()
• 工具函数： plot_accuracy()、save_checkpoint()

二、函数的定义与调用

1. 基本语法

Python 使用 def 关键字定义函数，基本结构如下：

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def 函数名(参数1, 参数2, ...):    """文档字符串（可选，描述函数功能）"""    函数体代码    return 返回值   # 可选

示例：一个最简单的函数

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# 定义函数def say_hello():    """打印问候语"""    print("Hello, AI World!")# 调用函数say_hello()   # 输出：Hello, AI World!

⚠️ 注意：定义函数只是“声明”了它，并不会执行函数体内的代码。只有当你“调用”函数（写上函数名加括号）时，代码才会运行。

2. 带参数的函数

函数可以接收输入数据（参数），让功能更灵活：

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def greet(name):    """向指定的人打招呼"""    print(f"你好，{name}！")greet("张三")   # 你好，张三！greet("李四")   # 你好，李四！

3. 带返回值的函数（return）

return 语句用于将函数的结果“返回”给调用者。一旦执行 return，函数立即结束。

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def add(a, b):    """返回两个数的和"""    return a + bresult = add(3, 5)   # result 接收返回值print(result)        # 8

没有 return 的函数默认返回 None：

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def do_nothing():    pass   # pass 是空语句，占位用val = do_nothing()print(val)   # None

4. 参数与返回值的灵活组合

• 无参数无返回值： 执行某些操作（如打印菜单）
• 有参数无返回值： 处理数据但不返回（如打印统计信息）
• 无参数有返回值： 获取某些数据（如获取当前时间）
• 有参数有返回值： 最常用，计算并返回结果

三、函数的参数详解

1. 位置参数（Positional Arguments）

调用函数时，传入的参数按位置依次赋值给形参：

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def introduce(name, age, city):    print(f"{name}，{age}岁，来自{city}")introduce("张三", 20, "北京")   # 张三，20岁，来自北京introduce("李四", 25, "上海")   # 李四，25岁，来自上海

顺序必须一一对应，否则会出错或逻辑混乱。

2. 关键字参数（Keyword Arguments）

调用时可以通过“参数名=值”的方式传递，顺序可以打乱：

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introduce(age=20, city="北京", name="张三")   # 正确，顺序无关

关键字参数提高了代码可读性，尤其在参数较多时非常有用。

3. 默认参数（Default Arguments）

定义函数时可以为参数指定默认值，调用时如果不传该参数，则使用默认值：

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def greet(name, greeting="你好"):    print(f"{greeting}，{name}！")greet("张三")              # 你好，张三！greet("李四", "Hello")     # Hello，李四！

⚠️ 重要规则：默认参数必须放在所有没有默认值的参数之后，否则会报错。

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# ❌ 错误def greet(greeting="你好", name):<br>    ...# ✅ 正确def greet(name, greeting="你好"):<br>    ...、

💡 小贴士：默认参数在AI中常用于配置函数，比如 train_model(data, lr=0.001, epochs=100)，大部分情况下使用默认值即可，但需要调参时可以灵活覆盖。

4. 可变参数（*args 和 **kwargs）——了解即可，下期扩展

Python 还支持接收任意数量的位置参数（*args）和关键字参数（**kwargs），我们在下期会详细讲解。

四、作用域（Scope）——变量的可见范围

1. 局部变量 vs 全局变量

• 局部变量： 在函数内部定义的变量，只能在该函数内使用
• 全局变量： 在函数外部定义的变量，可以在整个程序中访问（但函数内部如需修改，需要 global 声明）

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# 全局变量x = 10def test():    y = 5          # 局部变量    print(x)       # 可以访问全局变量 x（只读）    print(y)test()             # 10, 5print(x)           # 10（全局变量仍然存在）# print(y)         # ❌ NameError：y 在函数外部不可见

在函数内部修改全局变量（不推荐，容易造成混乱）：

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x = 10def change_global():    global x   # 声明要修改全局变量 x    x = 20change_global()print(x)   # 20

⚠️ 最佳实践：尽量避免在函数内部修改全局变量。如果需要修改，可以通过返回值的方式实现，保持函数“纯粹性”。

2. 变量查找规则（LEGB）

Python 查找变量的顺序是：Local（局部）→ Enclosing（外层函数）→ Global（全局）→ Built-in（内置）。这个概念在嵌套函数中会用到，目前只需记住：函数内部优先使用局部变量。

五、实战项目：常用数学工具函数库

现在，我们利用函数把之前分散的数学计算整理成一个工具库，方便以后复用。

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# ============================================# 数学工具函数库（math_utils.py）# 包含：阶乘、斐波那契数列、质数判断、最大公约数、最小公倍数# ============================================def factorial(n):    """    计算 n 的阶乘（n!）    例如：5! = 5*4*3*2*1 = 120    """    if n < 0:        return None   # 负数没有阶乘    result = 1    for i in range(2, n + 1):        result *= i    return resultdef fibonacci(n):    """    生成斐波那契数列的前 n 项（列表形式）    斐波那契：第1项=0，第2项=1，之后每一项是前两项之和    """    if n <= 0:        return []    elif n == 1:        return [0]    elif n == 2:        return [0, 1]    else:        seq = [0, 1]        for i in range(2, n):            seq.append(seq[-1] + seq[-2])        return seqdef is_prime(num):    """    判断一个正整数是否为质数（只能被1和自身整除）    """    if num < 2:        return False    # 只需检查到 sqrt(num) 即可    for i in range(2, int(num ** 0.5) + 1):        if num % i == 0:            return False    return Truedef gcd(a, b):    """    计算 a 和 b 的最大公约数（欧几里得算法）    """    while b != 0:        a, b = b, a % b    return adef lcm(a, b):    """    计算 a 和 b 的最小公倍数    公式：a * b / gcd(a, b)    """    return a * b // gcd(a, b)# ========== 测试函数 ==========if __name__ == "__main__":    print("===== 数学工具库测试 =====")    # 阶乘    print(f"5! = {factorial(5)}")          # 120    print(f"0! = {factorial(0)}")          # 1    # 斐波那契    print(f"前10项斐波那契：{fibonacci(10)}")    # 质数判断    print(f"17是质数吗？{is_prime(17)}")   # True    print(f"20是质数吗？{is_prime(20)}")   # False    # 最大公约数    print(f"48和36的最大公约数：{gcd(48, 36)}")  # 12    # 最小公倍数    print(f"12和18的最小公倍数：{lcm(12, 18)}")  # 36

运行效果：

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===== 数学工具库测试 =====5! = 1200! = 1前10项斐波那契：[0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34]17是质数吗？True20是质数吗？False48和36的最大公约数：1212和18的最小公倍数：36

实战扩展：用户交互式数学工具

我们可以再写一个交互式程序，让用户选择使用哪个工具：

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def show_math_menu():    """显示数学工具菜单"""    print("\n" + "=" * 40)    print("      🔢 数学工具库")    print("=" * 40)    print("  1. 计算阶乘")    print("  2. 生成斐波那契数列")    print("  3. 判断质数")    print("  4. 计算最大公约数")    print("  5. 计算最小公倍数")    print("  6. 退出")    print("=" * 40)def math_tool():    """主交互程序"""    while True:        show_math_menu()        choice = input("请选择功能 (1-6)：")        if choice == "1":            n = int(input("请输入一个非负整数："))            result = factorial(n)            print(f"{n}! = {result}")        elif choice == "2":            n = int(input("请输入项数："))            result = fibonacci(n)            print(f"前{n}项：{result}")        elif choice == "3":            n = int(input("请输入一个正整数："))            result = is_prime(n)            print(f"{n} {'是' if result else '不是'}质数")        elif choice == "4":            a = int(input("请输入第一个数："))            b = int(input("请输入第二个数："))            result = gcd(a, b)            print(f"最大公约数：{result}")        elif choice == "5":            a = int(input("请输入第一个数："))            b = int(input("请输入第二个数："))            result = lcm(a, b)            print(f"最小公倍数：{result}")        elif choice == "6":            print("👋 感谢使用，再见！")            break        else:            print("❌ 无效选择，请重新输入！")# 启动工具if __name__ == "__main__":    math_tool()

效果展示：

六、动手练习

练习1：定义简单函数

编写一个函数 is_even(num)，接收一个整数，如果它是偶数返回 True，否则返回 False。

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def is_even(num):    return num % 2 == 0print(is_even(4))   # Trueprint(is_even(7))   # False

练习2：默认参数的应用

编写一个函数 create_user(name, age=18, city="未知")，打印用户信息。调用时分别传入不同参数验证。

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def create_user(name, age=18, city="未知"):    print(f"用户：{name}，年龄：{age}，城市：{city}")create_user("张三")                # 用户：张三，年龄：18，城市：未知create_user("李四", 25)            # 用户：李四，年龄：25，城市：未知create_user("王五", 30, "北京")    # 用户：王五，年龄：30，城市：北京

练习3：作用域理解

分析以下代码，写出输出结果，并解释为什么：

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x = 100def outer():    x = 200    def inner():        print(x)    inner()outer()print(x)

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# 输出：# 200# 100# 解释：outer 内部定义了局部变量 x=200，inner 打印的 x 是 outer 的局部变量（闭包），所以是 200。outer 外部的全局 x 未受影响，仍为 100。

本期小结

本期我们迈入了“模块化编程”的大门：

下期预告：我们将深入学习函数的高级特性——匿名函数（lambda）、装饰器、以及可变参数 *args 和 `kwargs`**，让你的函数更灵活、更强大！

📌 本期闲谈：

网上很多人说现在项目都ai写了，全都vibe coding了，谁还学习古法编程。我也迷茫了，是不是不应该浪费时间学习，直接all in ai。周末跟朋友聊了聊，他说，ai确实非常方便，想实现一个功能，用ai比自己写快的多，而且ai发展的特别快，刚开始的时候第一款ai软件还是cursor那时他就开始用了，当时的ai能力非常差只能实现简单的代码补全。现在有个想法或具体的功能，ai实现的很快也很好。但ai也有风险，今年六月左右Claude Code爆出隐蔽的检测代码，用日期格式识别中国用户，更早之前ai中转站投毒，生成带恶意脚本的批处理文件。编程学习基础语法肯定没错，你总不能看不懂ai输出的是什么东西就直接运行吧