Python函数式编程:从入门到走火入魔

很多人都在谈论函数式编程(Functional Programming),只是很多人站在不同的角度看到的是完全不一样的风景。坚持实用主义的 Python 老司机们对待 FP 的态度应该更加包容,虽然他们不相信银弹,但冥冥中似乎能感觉到 FP 暗合了 Python 教义(The Zen of Python)的某些思想,而且既然 Python 是一门多范式编程语言,并在很大程度上支持函数式编程,那就更没有理由拒绝它。

函数式编程源自于数学理论,它似乎也更适用于数学计算相关的场景,因此本文以一个简单的数据处理问题为例,逐步介绍 Python 函数式编程从入门到走火入魔的过程。

问题:计算 N 位同学在某份试卷的 M 道选择题上的得分(每道题目的分值不同)。

首先来生成一组用于计算的伪造数据:

入门

首先来看常规的面向过程编程风格,我们需要遍历每个学生,然后遍历每个学生对每道题目的答案并与真实答案进行比较,然后将正确答案的分数累计:

如果你觉得上面的代码非常直观且合乎逻辑,那说明你已经习惯按照计算机的思维模式进行思考了。通过创建嵌套两个 for 循环来遍历所有题目答案的判断和评分,这完全是为计算机服务的思路,虽然说 Python 中的 for 循环已经比 C 语言更进了一步,通常不需要额外的状态变量来记录当前循环的次数,但有时候也不得不使用状态变量,如上例中第二个循环中比较两个列表的元素。函数式编程的一大特点就是尽量抛弃这种明显循环遍历的做法,而是把注意集中在解决问题本身,一如在现实中我们批改试卷时,只需要将两组答案并列进行比较即可:

然后再将所有正确题目的分数累加起来,即可:

以上是对一位学生的结果处理,接下来只需要对所有学生进行同样的处理即可:

上面的示例通过 zip/filter/reduce/map 等函数将数据处理的方法打包应用到数据上,实现了基本的函数式编程操作。但是如果你对函数式有更深入的了解,你就会发现上面的 cal 方法中使用了全局变量 QUIZE,这会导致在相同输入的条件下,函数可能产生不同的输出,这是 FP 的大忌,因此需要进行整改:

如此借助闭包(Closure)的方法,就可以维持纯净的 FP 模式啦!

走火(fn.py)

也许看了上面的 FP 写法,你还是觉得挺啰嗦的,并没有达到你想象中的结果,这时候就需要呈上一款语法糖利器:fn.pyfn.py 封装了一些常用的 FP 函数及语法糖,可以大大简化你的代码!

首先从刚刚的闭包开始,我们可以用更加 FP 的方法来解决这一问题,称为柯里化,简单来说就是允许接受多个参数的函数可以分次执行,每次只接受一个参数

应用到上面的 cal 方法中:

在 FP 中数据通常被看作是一段数据流在一串函数的管道中传递,因此上面的reducefilter其实可以合并:

虽然更简略了,但是这样会大大降低代码的可读性(这也是 FP 容易遭受批评的一点),为此 fn 提供了更高级的函数操作工具:

入魔(Hy)

如果你觉得上面的代码已经足够魔性到看起来不像是 Python 语言了,然而一旦接受了这样的语法设定感觉也还挺不错的。如果你兴冲冲地拿去给 Lisp 或 Haskell 程序员看,则一定会被无情地鄙视😂,于是你痛定思痛下定决心继续挖掘 Python 函数式编程的奥妙,那么恭喜你,组织欢迎你的加入:Hail Hydrahydra

哦不对,说漏了,是Hi Hyhy-logo

Hy 是基于 Python 的 Lisp 方言,可以与 Python 代码进行完美互嵌(如果你更偏好 PyPy,同样也有类似的Pixie),除此之外你也可以把它当做一门独立的语言来看待,它有自己的解释器,可以当做独立的脚本语言来使用:

首先来看一下它的基本用法,和 Python 一样,安装完之后可以通过 hy 命令进入 REPL 环境:

或者当做命令行脚本运行:

保存为 awesome.hy

接下来继续以上面的问题为例,首先可以直接从 Python 代码中导入:

如果觉得不放心,还可以直接调用最开始定义的方法将结果进行比较:

总结

以一个简单的数据处理问题为例,我们经历了 Python 函数式编程从开始尝试到“走火入魔”的整个过程。也许你还是觉得不够过瘾,想要尝试更纯粹的 FP 体验,那么 Haskell 将是你最好的选择。FP 将数据看做数据流在不同函数间传递,省去不必要的中间变量,保证函数的纯粹性…等等这些思想在数据处理过程中还是非常有帮助的(Python 在这一领域的竞争对手 R 语言本身在语法设计上就更多地受到 Lisp 语言的影响,虽然看起来语法也比较奇怪,但这也是它比较适合用于数据处理及统计分析的原因之一)。

参考

  1. Tips » 0x02-函数式编程
  2. Python HOWTOs » Functional Programming HOWTO
  3. Hy’s Doc
  4. fn.py

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关于作者:Yusheng

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  • 看来我还只是停留在入门级别

     

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