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Python 的 lambda 表达式

在很多资料中,经常会看到这样一句话:“Python 中的函数是第一类对象”。关于这一点,Python 的创始人 Guido 曾提过 “First-class Everything”,他对 Python 的一个发展目标就是所有的对象都是第一类对象。

1. 将函数作为第一类对象

1.1 什么是第一类对象

在前言中所说的第一类对象,其实是指函数作为一个对象,与其它对象具有相同的地位。具体来说,数值可以被赋值给变量、作为参数传递给函数、作为返回值,因为函数和数值具有相同的地位,所以函数也可以被赋值给变量、作为参数传递给函数、作为返回值。

Python 中的常见类型对象包括:

  • 数值,例如:123、3.14
  • 字符串,例如:“Hello”、“World”
  • 布尔值,例如:True、False
  • 列表,例如:[1, 2, 3]
  • 字典,例如:{‘name’: ‘tom’, ‘age’: 12}

可以在如下场合中处理这些对象,包括:

1.1.1 将对象赋值给变量

可以将数值、字符串、列表、字典类型的对象赋值给变量,例如:

number = 123
string = "hello"
list = [1, 2, 3]
dict = {'name': 'tom', 'age': 12}

1.1.2 将对象作为参数传递

可以将数值、字符串、列表、字典类型的对象作为参数传递给函数,例如:

print(123)
print("hello")
print([1, 2, 3])
print({'name': 'tom', 'age': 12})

1.1.3 将对象用作返回值

可以将数值、字符串、列表、字典类型的对象作为函数的返回值,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 将函数作为第一类对象

将函数作为第一类对象,函数具有和数值、字符串、列表、字典等类型的对象具有相同的地位,因此:

1.2.1 可以将函数赋值给变量

def max(a, b):
    if a > b:
        return a
    else:
        return b

var = max
print('max = %d' % var(1, 2))
  • 在第 1 行,定义函数 max
  • 在第 7 行,将函数 max 作为值赋予变量 var
  • 在第 8 行,变量 var 的类型是函数,因此可以进行函数调用

程序的输出结果如下:

max = 2

1.2.2 可以将函数作为参数传递

def func():
    print('Inside func')

def pass_func(data):   
    print('Inside pass_func')
    data()

pass_func(func)    
  • 在第 1 行,定义函数 func
  • 在第 4 行,定义函数 pass_func,函数 pass_func 的参数 data 的类型是函数
  • 在第 6 行,调用函数 data(),data 的类型是函数,因此可以进行函数调用
  • 在第 8 行,将函数 func 作为参数传递给函数 pass_func

程序的输出结果如下:

Inside pass_func
Inside func

1.2.3 可以将函数作为返回值

def func():
    print('Inside func')

def return_func():   
    print('Inside return_func')
    return func

var = return_func() 
var()
  • 在第 1 行,定义函数 func
  • 在第 4 行,定义函数 return_func,函数 return_func 返回一个函数类型的对象
  • 在第 6 行,将函数 func 作为值返回
  • 在第 8 行,调用 return_func(),将函数的返回值保存到变量 var
  • 在第 9 行,变量 var 的类型是函数,因此可以进行函数调用

程序的输出结果如下:

Inside return_func
Inside func

2. 将函数作为第一类对象的意义

将函数作为第一类对象,是一种重要的抽象机制,极大的提升了程序的灵活性。通过一个例子进行说明。假设需要完成这样的任务:

  • 存在一个列表 [1, -1, 2, -2, 3, -3]
  • 打印输出列表中的正数
  • 打印输出列表中的负数

我们使用两种方法实现:

  • 包含重复性代码的解决方法
  • 将函数作为参数传递

2.1 包含重复性代码的解决方法

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,定义了函数 print_positive,该函数打印 list 中的正数
  • 在第 8 行,定义了函数 print_negative,该函数打印 list 中的负数
  • 对比函数 print_positive 和函数 print_negative,两者的相似度很高
    • 代码的结构完全相同
    • 遍历 list 时,两者的选择条件不一样,print_positive 使用 item > 0 的条件选择,print_negative 使用 item < 0 的条件选择

程序的输出结果如下:

1
2
3
-1
-2
-3

2.2 将函数作为参数传递

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,定义了函数 select_postive,如果参数 > 0,则返回真
  • 在第 6 行,定义了函数 select_negative,如果参数 < 0,则返回真
  • 在第 9 行,定义了函数 select,包含两个参数,第 1 个参数是列表,第 2 个参数的类型是函数
    • 在第 10 行,遍历列表 list
    • 在第 11 行,参数 selct_function 是一个函数,用于选择是否选中当前正在遍历的数值
  • 在第 14 行,将函数 select_positive 作为参数传递给函数 select,函数打印列表中的正数
  • 在第 15 行,将函数 select_negative 作为参数传递给函数 select,函数打印列表中的负数

程序的输出结果如下:

1
2
3
-1
-2
-3

3. 匿名函数 lambda

3.1 lambda 表达式的定义

在传入函数时,有些时候,不需要显式地定义函数,直接传入匿名函数更方便。Python 提供了 lambda 表达式对匿名函数提供了有限支持,lambda 表达式的语法如下:

lambda args: expression

使用 lambda 表达式定义一个函数,函数判断输入参数是否大于 0,如下所示:

lambda x: x > 0

该函数等价于函数 select_positive,如下所示:

def select_positive(x):
    return x > 0

函数 select_positive 与 lambda 表达式的功能相同,函数 select_positive 具有函数名称,lambda 表达式没有函数名,因此 lambda 表达式又被称为匿名函数。

3.2 使用 lambda 表达式重写程序

在前面的小节中,将函数作为参数,编写程序实现打印正数和负数。下面使用 lambda 表达式重写这个程序:

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,定义了函数 select,它与前面的小节定义的函数完全相同
    • 在第 4 行,遍历列表 list
    • 在第 5 行,参数 selct_function 是一个函数,用于选择是否选中当前正在遍历的数值
  • 在第 8 行,定义了 lambda 表达式
    • lambda 表达式判断输入参数是否为正数
    • 将 lambad 表达式作为参数传递给函数 select,函数打印列表中的正数
  • 在第 9 行,定义了 lambda 表达式
    • lambda 表达式判断输入参数是否为负数
    • 将 lambad 表达式作为参数传递给函数 select,函数打印列表中的负数

程序输出结果如下:

1
2
3
-1
-2
-3

3.3 map 函数

使用 Python 内置的 map 函数时,通常会用到 lambda 表达式。map 函数的原型如下:

map(function, list)

map 函数接收两个参数 function 和 list,function 是一个函数,list 是一个可以被遍历的序列,map 将传入的函数依次作用到序列的每个元素,并把结果作为新的序列返回。map 函数的工作原理图如下:

+ 图的左边是一个序列 list,包含 3 个元素 1、2、3 + 调用函数 map 时,需要提供一个函数 y = f(x),函数 f 将输入 x 映射为输出 y + 将函数 f 对图的左边的序列中的每个元素依次作用,得到图的右边的序列 + 图的右边是一个序列 list,包含 3 个元素 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,定义原始序列 list
  • 在第 3 行,定义 lambda 函数,作用于 list 中的每个元素,将每个元素乘以 2,生成一个新序列 list2
  • 在第 4 行,打印输出新序列 list2
  • 在第 7 行,定义 lambda 函数,作用于 list 中的每个元素,将每个元素加上 10,生成一个新序列 list10
  • 在第 8 行,打印输出新序列 list10

程序输出结果如下:

2
4
6
11
12
13

4. 小结

Python 对 lambda 函数 的支持有限。当我们在编写程序的时候如果代码只是用一次,并不会复用的时候 lambda 函数是一个非常好的选择。