Namnrum, räckvidd och rekursion Linda Mannila 29.11.2007.

En presentation över ämnet: "Namnrum, räckvidd och rekursion Linda Mannila 29.11.2007."— Presentationens avskrift:

1 Namnrum, räckvidd och rekursion Linda Mannila 29.11.2007

2 Liten repetition om funktioner Vad händer om man i en funktion har en variabel med samma namn som en variabel på yttersta nivån (rotnivån)? Hur kan Python i sådana fall skilja på variablerna?

3 Namnrum (namespaces) Alla namn ordnas i namnrum Inte bara variabelnamn, utan även namn på funktioner etc. Varje namn får endast förekomma en gång i ett namnrum Men samma namn får finnas i godtyckligt många namnrum utan att störa varandra På rotnivån finns ett globalt namnrum som alltid finns tillgängligt Inne i en funktion finns ett lokalt namnrum som endast finns tillgängligt inne i den funktionen Funktionen dir() visar alla namn som finns definierade i det aktuella namnrummet

4 >>> dir() ['__builtins__', '__doc__', '__name__'] >>> min_variabel = 3 >>> dir() ['__builtins__', '__doc__', '__name__', 'min_variabel'] >>> def min_funktion(): print "Jag är min egen funktion!" >>> dir() ['__builtins__', '__doc__', '__name__', 'min_funktion', 'min_variabel'] >>> def min_funktion(): print "Jag är en annan funktion med samma namn. Då försvinner" print "den första versionen för ett namnrum kan inte innehålla" print "fler än en version av ett namn." >>> dir() ['__builtins__', '__doc__', '__name__', 'min_funktion', 'min_variabel'] >>> min_funktion() Jag är en annan funktion med samma namn. Då försvinner Den första versionen för ett namnrum kan inte innehålla fler än en version av ett namn.

5 Räckvidd (scope) En variabels räckvidd definieras som den programkod som har tillgång till det namnrum där variabeln finns definierad En variabels räckvidd anger var variabeln “syns” utgörs av det block som den definierats i, med start från den plats där den definierats Därför syns t.ex. en lokal variabel i en funktion inte utanför funktionen

6 Hur hittar Python rätt namn? Då en funktion körs Söker Python först efter namnet i det lokala namnrummet (dvs. inne i funktionen) Om variabeln inte hittas där, fortsätter Python söka i det globala namnrummet Om variabeln inte hittas där, fortsätter Python söka i det inbyggda namnrummet Om variabeln inte heller hittas där, uppstår ett fel

7 Vilka namn hittas var? def get_info(): text = raw_input("Input info. Any info: ") return text def get_second_info(): text = raw_input("Input some other info. Any other info: ") return text info = get_info() info2 = get_second_info() all_info = info + info2 all_info = all_info.upper() print all_info

8 Skillnad? def get_info(): text = raw_input("Input info. Any info: ") return text def get_second_info(): text = raw_input("Input some other info. Any other info: ") return text def main(): info = get_info() info2 = get_second_info() all_info = info + info2 all_info = all_info.upper() print all_info

9 Lokala vs. globala variabler Variabler som deklareras inne i en funktion är inte relaterade till andra variabler med samma namn utanför funktionen Variablerna är lokala för funktionen Variablernas räckvidd är just den funktionen, inget annat Kan lista de lokala och globala variablerna i ett program var som helst med funktionerna locals() och globals()

10 Exempel def function(): x = 2 print 'Changed local x to', x x = 50 print 'x is', x function() print 'x is still', x Output: x is 50 Changed local x to 2 x is still 50

11 Exempel def function(): x = 2 print 'Changed local x to', x print 'Local variables inside the function: ', locals() x = 50 print 'x is', x function() print 'x is still', x print 'Local variables outside of the function: ', locals() Output x is 50 Changed local x to 2 Local variables inside the function: {'x': 2} x is still 50 Local variables outside of the function: {'function': <function function at 0x02AC4E70>, '__builtins__': <module '__builtin__' (built-in)>, '__file__': 'C:\\Python25\\Lib\\idlelib\\idle.pyw', 'idlelib': <module 'idlelib' from 'C:\Python25\lib\idlelib\ __init__.pyc'>, 'x': 50, '__name__': '__main__'}

12 Parametrar blir också lokala variabler def upphoj(tal, potens): print locals() return tal**potens print upphoj(5,2) print tal print potens Output: {'tal': 5, 'potens': 2} 25 Traceback (most recent call last): File "local_global4.py", line 6, in print tal NameError: name 'tal' is not defined

13 Namnrum och moduler Om en modul importeras med import modulnamn måste modulens namn användas som ”prefix” för att komma åt modulens funktioner Detta kan undvikas genom att använda from modulnamn import * eller from modulnamn import namn Men! Om två moduler definierar samma namn som båda importeras till programmet sker en krock Den andra importen skriver över gamla definitioner T.ex. om vi skulle göra importen from webbrowser import open skulle vi inte längre kunna komma åt den inbyggda funktionen open för att öppna filer Använd därför from -formen sparsamt

14 Frågor?

15 Rekursion Fråga: Vad är rekursion? Svar: Något som definieras rekursivt Fråga: Vad betyder rekursiv? Svar: En metod som är rekursiv är definierad genom rekursion. Fråga: Vad är rekursion? Svar: Något som definieras rekursivt osv.

16 Rekursion En rekursiv definition är definierad utgående från sig själv: "Rekursion:... För mer information, se Rekursion. “ En funktion är rekursiv om dess definition innehåller ett anrop till sig själv def minfunktion(): kod... return minfunktion() + 1

17 Varför rekursion? Ibland är ett problem för stort eller för komplext för att kunna lösas utan att bli alltför stort Lösning: bryt ner problemet i mindre delar av sig självt lös dessa delar skilt för sig kombinera alla dellösningar för att få en lösning till det ursprúngliga problemet ”Divide and conquer” Rekursion är en bra teknik som kan användas på många intressanta problem.

18 När används rekursion? Många kända rekursiva exempel Summaberäkning Fakultet Fibonacci Towers of Hanoi Binary search Quick sort Mergesort... Se http://www.sparknotes.com/cs/recursion/examples/ http://www.sparknotes.com/cs/recursion/examples/ Alla algoritmer som bygger på iteration (loopar) kan även skrivas rekursivt och vice versa

19 Standardexempel: Fakultet (n!) 0! = 1 1! = 1 n! = n * (n-1)! Rekursiv definition osv.

20 Att koda rekursivt En rekursiv funktion är uppbyggd av två element som alltid måste finnas med Ett basfall Ett rekursivt anrop Basfallet det undantag som får den rekursiva funktionen att avslutas får aldrig vara rekursivt, skall oftast returnera ett enkelt värde Det rekursiva anropet det som skall ske om inte basfallet gäller anropar den egna funktionen OBS! Som i en while-loop måste man se till att något ändras för att “minska problemet” för varje rekursivt anrop

21 Rekursiv fakultet i Python def factorial(n): # Basfallet if n == 0 or n == 1: return 1 # Rekursiva anropet else: return n * factorial (n-1)

22 Rekursiv fakultet - exekveringen factorial(5) 5 * factorial(4) 4 * factorial(3) 3 * factorial(2) 2* factorial(1) 1 * 1 Basfallet har nåtts! Kan börja ”nysta upp” exekveringen

23 Rekursiv fakultet - exekveringen factorial(5) 5 * factorial(4) 4 * factorial(3) 3 * factorial(2) 2* factorial(1) 1 * 1 1*1=1 2*1=2 3*2=6 4*6=24 5*24=120

24 Rekursiv summa def summa(n): # Basfall if n == 1: return 1 # Rekursivt anrop else: return n + summa(n-1)

25 Iterativ summa def summa(n): i = 1 summa = 0 while i <= n: summa += i i += 1 return summa

26 Rekursion vs. iteration Vad är bättre? Rekursion ger ett stort antal funktionsanrop kostsamt då det slukar mycket minne långsammare än iteration Rekursiva funktioner är kortare lättare att skriva och debugga

27 Rekursion - checklista En rekursiv funktion måste ha (minst) ett basfall En rekursiv funktion måste ha (minst) ett rekursivt anrop Varje rekursivt anrop måste “minska på problemet”

28 Fibonacci Sanskrit, ideala bisamhällen, gyllene snittet, Åbo Energis skorsten.. Definieras enligt: fib(0) = 0 fib(1) = 1 fib(n-1) + fib(n-2) för alla n > 1 fibonacci.py