朱廣蔚 ·Python 的 lambda 表達式
在很多資料中，經常會看到這樣一句話：“Python 中的函數是第一類對象”。關于這一點，Python 的創始人 Guido 曾提過 “First-class Everything”，他對 Python 的一個發展目標就是所有的對象都是第一類對象。
1. 將函數作為第一類對象
1.1 什么是第一類對象
在前言中所說的第一類對象，其實是指函數作為一個對象，與其它對象具有相同的地位。具體來說，數值可以被賦值給變量、作為參數傳遞給函數、作為返回值，因為函數和數值具有相同的地位，所以函數也可以被賦值給變量、作為參數傳遞給函數、作為返回值。
Python 中的常見類型對象包括：
- 數值，例如：123、3.14
- 字符串，例如：“Hello”、“World”
- 布爾值，例如：True、False
- 列表，例如：[1, 2, 3]
- 字典，例如：{‘name’: ‘tom’, ‘age’: 12}
可以在如下場合中處理這些對象，包括：
1.1.1 將對象賦值給變量
可以將數值、字符串、列表、字典類型的對象賦值給變量，例如：
number = 123
string = "hello"
list = [1, 2, 3]
dict = {'name': 'tom', 'age': 12}
1.1.2 將對象作為參數傳遞
可以將數值、字符串、列表、字典類型的對象作為參數傳遞給函數，例如：
print(123)
print("hello")
print([1, 2, 3])
print({'name': 'tom', 'age': 12})
1.1.3 將對象用作返回值
可以將數值、字符串、列表、字典類型的對象作為函數的返回值，例如：
def return_number():
return 123
def return_string():
return "hello"
def return_list():
return [1, 2, 3]
def return_dict():
return {'name': 'tom', 'age': 12}
1.2 將函數作為第一類對象
將函數作為第一類對象，函數具有和數值、字符串、列表、字典等類型的對象具有相同的地位，因此：
1.2.1 可以將函數賦值給變量
def max(a, b):
if a > b:
return a
else:
return b
var = max
print('max = %d' % var(1, 2))
- 在第 1 行，定義函數 max
- 在第 7 行，將函數 max 作為值賦予變量 var
- 在第 8 行，變量 var 的類型是函數，因此可以進行函數調用
程序的輸出結果如下：
max = 2
1.2.2 可以將函數作為參數傳遞
def func():
print('Inside func')
def pass_func(data):
print('Inside pass_func')
data()
pass_func(func)
- 在第 1 行，定義函數 func
- 在第 4 行，定義函數 pass_func，函數 pass_func 的參數 data 的類型是函數
- 在第 6 行，調用函數 data ()，data 的類型是函數，因此可以進行函數調用
- 在第 8 行，將函數 func 作為參數傳遞給函數 pass_func
程序的輸出結果如下：
Inside pass_func
Inside func
1.2.3 可以將函數作為返回值
def func():
print('Inside func')
def return_func():
print('Inside return_func')
return func
var = return_func()
var()
- 在第 1 行，定義函數 func
- 在第 4 行，定義函數 return_func，函數 return_func 返回一個函數類型的對象
- 在第 6 行，將函數 func 作為值返回
- 在第 8 行，調用 return_func ()，將函數的返回值保存到變量 var
- 在第 9 行，變量 var 的類型是函數，因此可以進行函數調用
程序的輸出結果如下：
Inside return_func
Inside func
2. 將函數作為第一類對象的意義
將函數作為第一類對象，是一種重要的抽象機制，極大的提升了程序的靈活性。通過一個例子進行說明。假設需要完成這樣的任務：
- 存在一個列表 [1, -1, 2, -2, 3, -3]
- 打印輸出列表中的正數
- 打印輸出列表中的負數
我們使用兩種方法實現：
- 包含重復性代碼的解決方法
- 將函數作為參數傳遞
2.1 包含重復性代碼的解決方法
list = [1, -1, 2, -2, 3, -3]
def print_positive(list):
for item in list:
if item > 0:
print(item)
def print_negative(list):
for item in list:
if item < 0:
print(item)
print_positive(list)
print_negative(list)
- 在第 3 行，定義了函數 print_positive，該函數打印 list 中的正數
- 在第 8 行，定義了函數 print_negative，該函數打印 list 中的負數
- 對比函數 print_positive 和函數 print_negative，兩者的相似度很高
- 代碼的結構完全相同
- 遍歷 list 時，兩者的選擇條件不一樣，print_positive 使用 item > 0 的條件選擇，print_negative 使用 item < 0 的條件選擇
程序的輸出結果如下：
1
2
3
-1
-2
-3
2.2 將函數作為參數傳遞
list = [1, -1, 2, -2, 3, -3]
def select_positive(x):
return x > 0
def select_negative(x):
return x < 0
def select(list, select_function):
for item in list:
if select_function(item):
print(item)
select(list, select_positive)
select(list, select_negative)
- 在第 3 行，定義了函數 select_postive，如果參數 > 0，則返回真
- 在第 6 行，定義了函數 select_negative，如果參數 < 0，則返回真
- 在第 9 行，定義了函數 select，包含兩個參數，第 1 個參數是列表，第 2 個參數的類型是函數
- 在第 10 行，遍歷列表 list
- 在第 11 行，參數 selct_function 是一個函數，用于選擇是否選中當前正在遍歷的數值
- 在第 14 行，將函數 select_positive 作為參數傳遞給函數 select，函數打印列表中的正數
- 在第 15 行，將函數 select_negative 作為參數傳遞給函數 select，函數打印列表中的負數
程序的輸出結果如下：
1
2
3
-1
-2
-3
3. 匿名函數 lambda
3.1 lambda 表達式的定義
在傳入函數時，有些時候，不需要顯式地定義函數，直接傳入匿名函數更方便。Python 提供了 lambda 表達式對匿名函數提供了有限支持，lambda 表達式的語法如下：
lambda args: expression
使用 lambda 表達式定義一個函數，函數判斷輸入參數是否大于 0，如下所示：
lambda x: x > 0
該函數等價于函數 select_positive，如下所示：
def select_positive(x):
return x > 0
函數 select_positive 與 lambda 表達式的功能相同，函數 select_positive 具有函數名稱，lambda 表達式沒有函數名，因此 lambda 表達式又被稱為匿名函數。
3.2 使用 lambda 表達式重寫程序
在前面的小節中，將函數作為參數，編寫程序實現打印正數和負數。下面使用 lambda 表達式重寫這個程序:
list = [1, -1, 2, -2, 3, -3]
def select(list, select_function):
for item in list:
if select_function(item):
print(item)
select(list, lambda item: item > 0)
select(list, lambda item: item < 0)
- 在第 3 行，定義了函數 select，它與前面的小節定義的函數完全相同
- 在第 4 行，遍歷列表 list
- 在第 5 行，參數 selct_function 是一個函數，用于選擇是否選中當前正在遍歷的數值
- 在第 8 行，定義了 lambda 表達式
- lambda 表達式判斷輸入參數是否為正數
- 將 lambad 表達式作為參數傳遞給函數 select，函數打印列表中的正數
- 在第 9 行，定義了 lambda 表達式
- lambda 表達式判斷輸入參數是否為負數
- 將 lambad 表達式作為參數傳遞給函數 select，函數打印列表中的負數
程序輸出結果如下：
1
2
3
-1
-2
-3
3.3 map 函數
使用 Python 內置的 map 函數時，通常會用到 lambda 表達式。map 函數的原型如下：
map(function, list)
map 函數接收兩個參數 function 和 list，function 是一個函數，list 是一個可以被遍歷的序列，map 將傳入的函數依次作用到序列的每個元素，并把結果作為新的序列返回。map 函數的工作原理圖如下：
- 圖的左邊是一個序列 list，包含 3 個元素 1、2、3
- 調用函數 map 時，需要提供一個函數 y = f (x)，函數 f 將輸入 x 映射為輸出 y
- 將函數 f 對圖的左邊的序列中的每個元素依次作用，得到圖的右邊的序列
- 圖的右邊是一個序列 list，包含 3 個元素 f (1)、f (2)、f (3)
list = [1, 2, 3]
list2 = map(lambda x: x * 2, list)
for item in list2:
print(item)
list10 = map(lambda x: x + 10, list)
for item in list10:
print(item)
- 在第 1 行，定義原始序列 list
- 在第 3 行，定義 lambda 函數，作用于 list 中的每個元素，將每個元素乘以 2，生成一個新序列 list2
- 在第 4 行，打印輸出新序列 list2
- 在第 7 行，定義 lambda 函數，作用于 list 中的每個元素，將每個元素加上 10，生成一個新序列 list10
- 在第 8 行，打印輸出新序列 list10
程序輸出結果如下：
2
4
6
11
12
13
4. 小結
Python 對 lambda 函數 的支持有限。當我們在編寫程序的時候如果代碼只是用一次，并不會復用的時候 lambda 函數是一個非常好的選擇。
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