函数#
前面的章节中，我们学习了如何使用条件结构来控制代码流，以及如何使用循环来消除重复的代码行。在第7课中，将学习在Python中编写函数以帮助我们执行特定任务。
一个函数是一个可重复使用的代码块，用于执行一项特定的任务。函数接收应用代码的输入，并返回代码的输出（或结果）。
input parameter –> function does something –> output results
函数可以通过模块化帮助消除重复并提高代码效率。模块化意味着代码被分成独立的单元，这些单元可以重复使用，甚至可以组合起来完成更长的任务链。
1. 模块化函数和代码#
以numpy（稍后会有介绍）函数mean()为例，它从一个numpy数组中计算出平均值。
这个函数只做一件事（即计算平均值）。但是，我们可以在代码中多次使用np.mean()函数来处理多个numpy数组，因为它已经被定义为接受任何numpy数组作为输入。
num_list = [1,2,3]
#For each item in list, add 10 and print new value
for i in num_list:
i += i
print(i)
print("mean = ",i/3)
6
mean = 2.0
import numpy as np
arr = np.array([1, 2, 3])
np.mean(arr)
2.0
该np.mean()功能是模块化的，它可以很容易地与其他功能组合以完成各种任务。
2. 函数提高代码可读性的原因#
2.1 函数可以带来更好的文档#
写得好的函数可以帮助记录工作流程，因为：
它们通过清楚地勾勒出输入和输出而得到良好的记录。
它们使用描述性的名称，帮助理解函数所执行的任务。
2.2 富有表现力的函数名称使代码具有自我描述性#
在编写函数时，我们应该用动词或清晰的标签来命名函数，以表明该函数的作用（例如，in_to_mm用于将英寸转换为毫米）。这使代码更有表现力（或自我描述），反过来，未来的自己和同事更容易阅读。
2.3 模块化代码更容易维护和编辑#
如果所有的代码都是一行一行地写的（在文件的多个部分都有重复的代码），那么维护和编辑起来就很有挑战性。
也可能在重复代码的地方重复注释。那么，如何使重复的注释保持同步？
一个因为代码改变而被误导的注释，实际上比没有注释更糟糕。
从一开始就用函数来组织代码，可以明确地记录代码所执行的任务，因为函数的所有代码和文档都包含在函数定义中。
2.4 结合测试来确保代码的正常运行#
虽然不会在本章中学习测试，但请注意，函数对测试也非常有用。
随着代码越来越长，越来越复杂，它就更容易出错。例如，如果分析依赖于经常被更新的数据，可能想在进行分析之前确保电子表格中的所有列都存在。或者，新的数据没有以不同的方式进行格式化。
如果所有代码都是由函数组成的（有内置的测试来确保它们按预期运行），那么我们可以控制函数的输入，并测试返回的输出对该输入是否正确。如果所有代码都是一行一行地重复编写，这是很难做到的。
3. 定义函数#
在Python中定义一个函数需要几个组件，包括def关键字、函数名、参数（输入）和return指定函数输出的语句。
def function_name(parameter):
some code here
return output
3.1 def 关键字和函数名#
在Python中，函数定义以关键字开头，def表示新函数定义的开始，此关键字后跟函数名称，函数名是要调用函数时使用的名称（例如print()）
def function_name():
3.2 输入参数#
输入参数是传递给函数以使其成功运行所需的信息。该函数将提供的值或对象作为输入参数并使用它来执行某些任务。
在Python中，所需的参数在括号内提供()，如下所示:
def function_name(parameter):
也可以使用占位符变量为函数定义输入参数，例如data，它表示将在函数中执行的值或对象。
def function_name(data):
同时Python中的函数可以根据需要使用多个输入参数来定义：
def function_name(arr_1, arr_2):
3.3 return#
在Python中，函数定义需要一个返回语句来指定将由函数返回的输出。
def function_name(data):
some code here
return output
就像循环和条件语句一样，由函数执行的代码行，包括return语句，都在冒号后的新行中提供：并缩进一次以表示它们是函数的一部分。
return语句可以返回一个或多个值或对象，并且可以根据需要在多行代码之后完成任务（即创建将由函数返回的输出的代码）
3.4 Docstring 文档字符串#
在Python中，函数还应该包含一个文档字符串，或者一个多行的文档注释，提供关于函数的细节，包括输入参数和返回的具体情况（例如对象的类型，额外的描述）以及关于如何使用该函数的任何其他重要文档。三个双引号"""后就是文档字符串的内容，Python是不会运行文档字符串的。
def function_name(data):
"""Docstrings should include a description of the function here
as well as identify the parameters (inputs) that the function
can take and the return (output) provided by the function,
as shown below.
Parameters
----------
input : type
Description of input.
Returns
------
output : type
Description of output.
"""
some code here
return output
根据以上函数的组成，写一组函数，例如
def mm_to_in(mm):
"""Convert input from millimeters to inches.
Parameters
----------
mm : int or float
Numeric value with units in millimeters.
Returns
------
output : int or float
Numeric value with units in inches.
"""
inches = mm / 25.4
return inches
mm是输入的占位符变量，inches是函数输出的占位符变量。
4. 在 Python 中调用自定义的函数#
现在我们已经定义了函数mm_to_in()，我们可以根据需要调用它来转换单位。指定了一个单值变量，在函数中用mm表示。
#Average monthly precip (mm) in Jan for Boulder, CO
precip_jan_mm = 17.78
#Convert to inches
mm_to_in(mm = precip_jan_mm)
0.7000000000000001
我们可以创建一个新变量来存储函数的输出，如下所示：
#Create new variable with converted values
precip_jan_in = mm_to_in(mm = precip_jan_mm)
precip_jan_in
0.7000000000000001
在函数之外调用这些占位符变量（例如mm或inches），就会收到错误消息。例如，下面的代码：
print(inches)
---------------------------------------------------------------------------
NameError Traceback (most recent call last)
Cell In[6], line 1
----> 1 print(inches)
NameError: name 'inches' is not defined
5. 在 Python 编写具有多个参数的函数并调用#
与单个参数无太大区别，以下代码供大家参考理解
def multiply_values(x,y):
"""Calculate product of two inputs.
Parameters
----------
x : int or float
y : int or float
Returns
------
z : int or float
"""
z = x * y
return z
multiply_values(x = 0.7, y = 25.4)
17.779999999999998
precip_jan_in = 0.7
to_mm = 25.4
precip_jan_mm = multiply_values(x = precip_jan_in, y = to_mm)
precip_jan_mm
17.779999999999998