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2、Python函数设计与字典应用

news 2025/9/10 12:08:19

学习目标：掌握代码模块化思维和键值对数据管理方法，建立可复用代码的设计理念

2.1 函数：让代码变得更聪明

> 什么是函数

想象一下，你有一个神奇的盒子，每次往里面放入原料，它都能按照固定的步骤制作出成品。比如放入面粉、鸡蛋、牛奶，它就能做出蛋糕。函数（Function） 就是这样一个神奇的盒子，你给它一些数据（原料），它按照预设的步骤处理，然后给你结果（成品）。

# 最简单的函数：不需要任何输入，只是执行一些操作
def say_hello():print("你好！欢迎学习Python")print("今天天气不错呢")# 调用函数（使用这个神奇盒子）
say_hello()
# 输出：
# 你好！欢迎学习Python
# 今天天气不错呢

在这里插入图片描述

> 为什么要使用函数

如果没有函数，我们每次想打招呼都要重复写相同的代码：

# 没有函数的重复代码
print("你好！欢迎学习Python")
print("今天天气不错呢")print("你好！欢迎学习Python") 
print("今天天气不错呢")print("你好！欢迎学习Python")
print("今天天气不错呢")

有了函数，我们只需要写一次，然后重复调用：

# 定义一次，多次使用
def say_hello():print("你好！欢迎学习Python")print("今天天气不错呢")# 多次调用
say_hello()  # 第一次打招呼
say_hello()  # 第二次打招呼  
say_hello()  # 第三次打招呼

核心优势：函数让我们的代码更加整洁，避免重复，并且如果需要修改，只需要改一个地方。

2.2 带参数的函数：让盒子更灵活

> 函数参数的基本概念

刚才的打招呼函数只能说固定的话，不够灵活。如果我们想对不同的人说不同的招呼语怎么办？这就需要 参数（Parameter） 了。

# 带参数的函数
def greet_person(name):print(f"你好，{name}！")print("欢迎来到Python世界")# 调用时传入不同的参数
greet_person("小明")    # 你好，小明！欢迎来到Python世界
greet_person("小红")    # 你好，小红！欢迎来到Python世界
greet_person("老师")    # 你好，老师！欢迎来到Python世界

> 多个参数的函数

函数可以接收多个参数，就像做菜需要多种原料一样：

# 计算两个数相加的函数
def add_numbers(first_number, second_number):result = first_number + second_numberprint(f"{first_number} + {second_number} = {result}")# 使用函数
add_numbers(5, 3)      # 5 + 3 = 8
add_numbers(10, 7)     # 10 + 7 = 17
add_numbers(100, 200)  # 100 + 200 = 300

> 默认参数：给函数设置默认值

有时候我们希望某个参数有一个默认值，这样调用函数时可以选择性地提供参数：

# 带默认参数的问候函数
def greet_with_time(name, time="上午"):print(f"{time}好，{name}！")# 不同的调用方式
greet_with_time("小明")           # 上午好，小明！（使用默认值）
greet_with_time("小红", "下午")    # 下午好，小红！（指定时间）
greet_with_time("小刚", "晚上")    # 晚上好，小刚！（指定时间）

> 关键字参数：让调用更清楚

当函数有多个参数时，我们可以指定参数的名字，这样调用更清楚：

# 介绍个人信息的函数
def introduce_person(name, age, city, hobby):print(f"大家好，我是{name}")print(f"今年{age}岁")print(f"来自{city}")print(f"爱好是{hobby}")# 位置参数调用（按顺序传递）
introduce_person("小明", 20, "北京", "读书")# 关键字参数调用（指定参数名，顺序可以改变）
introduce_person(city="上海", name="小红", hobby="画画", age=22)# 混合调用（前面用位置参数，后面用关键字参数）
introduce_person("小刚", 25, hobby="游泳", city="深圳")

2.3 函数的返回值：让盒子给出结果

> 什么是返回值

之前我们的函数只是打印信息，但很多时候我们希望函数计算出结果并返回给我们，这样我们可以用这个结果做其他事情。返回值（Return Value） 就是函数给我们的答案。

# 计算圆形面积的函数
def calculate_circle_area(radius):pi = 3.14159area = pi * radius * radiusreturn area  # 把计算结果返回给调用者# 使用返回值
room_area = calculate_circle_area(5)
print(f"房间面积是：{room_area}平方米")garden_area = calculate_circle_area(3)
print(f"花园面积是：{garden_area}平方米")# 可以直接在其他计算中使用返回值
total_area = calculate_circle_area(4) + calculate_circle_area(2)
print(f"总面积是：{total_area}平方米")

> 返回多个值

Python的函数可以同时返回多个值，这很方便：

# 同时计算圆形的周长和面积
def calculate_circle_info(radius):pi = 3.14159area = pi * radius * radiuscircumference = 2 * pi * radiusreturn area, circumference  # 返回两个值# 接收多个返回值
my_area, my_circumference = calculate_circle_info(5)
print(f"面积：{my_area}")
print(f"周长：{my_circumference}")

> 条件返回

函数可以根据不同条件返回不同的值：

# 根据分数判断等级
def get_grade_level(score):if score >= 90:return "优秀"elif score >= 80:return "良好"elif score >= 60:return "及格"else:return "不及格"# 使用函数
student_score = 85
level = get_grade_level(student_score)
print(f"分数{student_score}对应的等级是：{level}")# 可以直接在条件判断中使用
if get_grade_level(95) == "优秀":print("这个学生成绩很棒！")

2.4 字典：更智能的数据管理方式

> 什么是字典

到目前为止，我们用列表来存储多个数据。但列表有个问题：我们只能用数字位置来找数据（比如第0个、第1个）。字典（Dictionary） 就像现实中的电话簿，你可以用名字（而不是页码）来找电话号码。

# 列表的局限性
student_info_list = ["小明", 20, "北京", "计算机"]
# 要记住：0是姓名，1是年龄，2是城市，3是专业# 字典的优势
student_info_dict = {"姓名": "小明","年龄": 20,"城市": "北京","专业": "计算机"
}
# 可以直接用有意义的名字来访问数据

> 字典的基本操作

# 创建字典
person = {"name": "张三","age": 25,"city": "上海","job": "程序员"
}# 访问字典中的值
print(f"姓名：{person['name']}")        # 姓名：张三
print(f"年龄：{person['age']}岁")       # 年龄：25岁
print(f"城市：{person['city']}")        # 城市：上海# 修改字典中的值
person["age"] = 26                      # 改年龄
person["city"] = "深圳"                 # 换城市
print(f"更新后的年龄：{person['age']}")  # 更新后的年龄：26# 添加新的键值对
person["phone"] = "138-0000-0000"       # 添加电话
person["email"] = "zhangsan@qq.com"     # 添加邮箱print(person)  # 查看完整字典

> 安全地访问字典

有时候我们要找的键可能不存在，直接访问会出错。Python提供了安全的方法：

student = {"name": "李四","age": 22,"major": "数学"
}# 危险的访问方式（如果键不存在会出错）
# print(student["phone"])  # 这行会报错，因为没有"phone"这个键# 安全的访问方式
phone = student.get("phone", "未提供")      # 如果没有phone键，返回"未提供"
email = student.get("email", "无邮箱")       # 如果没有email键，返回"无邮箱"print(f"电话：{phone}")  # 电话：未提供
print(f"邮箱：{email}")  # 邮箱：无邮箱# 检查键是否存在
if "phone" in student:print(f"电话：{student['phone']}")
else:print("这个学生没有留电话")

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> 遍历字典

我们可以遍历字典中的所有信息：

student_info = {"姓名": "王五","年龄": 23,"专业": "英语","成绩": 88,"城市": "广州"
}print("学生信息：")
print("-" * 20)# 遍历字典的键和值
for key, value in student_info.items():print(f"{key}：{value}")# 只遍历键
print("\n所有的信息类别：")
for key in student_info.keys():print(f"- {key}")# 只遍历值
print("\n所有的信息内容：")
for value in student_info.values():print(f"- {value}")

2.5 字典与列表的对比选择

> 什么时候用列表，什么时候用字典

特点	列表（List）	字典（Dictionary）
数据访问	用位置索引（0,1,2…）	用有意义的键名
数据特点	通常是同类型的数据	通常是不同属性的数据
使用场景	存储一组相似的东西	存储一个事物的多个属性
举例	一班所有学生的姓名	一个学生的详细信息

# 适合用列表的情况：存储同类型的多个数据
class_names = ["小明", "小红", "小刚", "小丽"]  # 一个班的学生名字
monthly_sales = [1200, 1500, 1800, 1600]    # 每月销售额
daily_temperatures = [25, 27, 23, 26, 24]    # 每日温度# 适合用字典的情况：存储一个对象的多个属性
student_profile = {"name": "小明","age": 20,"grade": 85,"major": "计算机","phone": "138-0000-0000"
}product_info = {"name": "苹果","price": 5.5,"stock": 100,"category": "水果","supplier": "果园农场"
}

> 复杂数据结构的组合使用

在实际应用中，我们经常需要组合使用列表和字典：

# 存储多个学生的信息：列表包含字典
students_class = [{"name": "小明","age": 20,"scores": [85, 92, 78]  # 字典中也可以包含列表},{"name": "小红", "age": 19,"scores": [90, 87, 95]},{"name": "小刚","age": 21,"scores": [76, 82, 88]}
]# 访问复杂结构中的数据
print(f"第一个学生的名字：{students_class[0]['name']}")
print(f"小红的第一科成绩：{students_class[1]['scores'][0]}")# 遍历所有学生的信息
for student in students_class:name = student["name"]age = student["age"]scores = student["scores"]average_score = sum(scores) / len(scores)print(f"{name}（{age}岁）：平均分 {average_score:.1f}")

2.6 实战项目：学生信息管理系统

现在让我们综合运用函数和字典，制作一个完整的学生信息管理系统：

def create_student_system():"""创建学生信息管理系统"""# 用列表存储所有学生（每个学生是一个字典）students_database = []def add_student(name, age, grade, subjects):"""添加新学生的函数"""new_student = {"name": name,"age": age,"grade": grade,"subjects": subjects,"average_score": sum(subjects) / len(subjects)}students_database.append(new_student)print(f"成功添加学生：{name}")return new_studentdef find_student(name):"""查找学生的函数"""for student in students_database:if student["name"] == name:return studentreturn Nonedef display_student(student):"""显示学生信息的函数"""if student:print(f"\n学生姓名：{student['name']}")print(f"年龄：{student['age']}岁")print(f"年级：{student['grade']}")print(f"各科成绩：{student['subjects']}")print(f"平均分：{student['average_score']:.1f}")# 根据平均分判断等级level = get_performance_level(student['average_score'])print(f"成绩等级：{level}")else:print("未找到该学生")def get_performance_level(average_score):"""判断成绩等级的函数"""if average_score >= 90:return "优秀"elif average_score >= 80:return "良好"elif average_score >= 60:return "及格"else:return "需要加油"def display_all_students():"""显示所有学生的函数"""if not students_database:print("目前没有学生信息")returnprint("\n" + "="*40)print("所有学生信息汇总")print("="*40)for student in students_database:print(f"{student['name']:<6} | "f"{student['age']:2d}岁 | "f"{student['grade']:6} | "f"平均分：{student['average_score']:5.1f}")def get_class_statistics():"""获取班级统计信息的函数"""if not students_database:return "暂无数据"all_averages = [student['average_score'] for student in students_database]class_average = sum(all_averages) / len(all_averages)highest_score = max(all_averages)lowest_score = min(all_averages)# 找到最高分和最低分的学生best_student = ""worst_student = ""for student in students_database:if student['average_score'] == highest_score:best_student = student['name']if student['average_score'] == lowest_score:worst_student = student['name']return {"class_average": class_average,"highest_score": highest_score,"lowest_score": lowest_score,"best_student": best_student,"worst_student": worst_student,"total_students": len(students_database)}# 演示系统功能print("学生信息管理系统启动")print("="*30)# 添加一些示例学生add_student("张三", 18, "高二1班", [85, 92, 78, 88])add_student("李四", 17, "高二1班", [90, 87, 95, 89])add_student("王五", 18, "高二1班", [76, 82, 88, 84])add_student("赵六", 17, "高二1班", [95, 98, 92, 96])print("\n功能演示：")print("-"*20)# 查找并显示特定学生print("1. 查找学生信息：")target_student = find_student("李四")display_student(target_student)# 显示所有学生print("\n2. 所有学生列表：")display_all_students()# 显示统计信息print("\n3. 班级统计信息：")stats = get_class_statistics()print("-"*30)print(f"班级总人数：{stats['total_students']}人")print(f"班级平均分：{stats['class_average']:.1f}")print(f"最高平均分：{stats['highest_score']:.1f}（{stats['best_student']}）")print(f"最低平均分：{stats['lowest_score']:.1f}（{stats['worst_student']}）")return students_database# 运行学生管理系统
student_data = create_student_system()