簡潔高效，用lambda實現Python函數式編程

Python 是一門簡單易學、功能強大的編程語言，近年來，函數式編程也越來越受到開發者的歡迎。Python對於函數式編程的支持也越來越完善，其中 lambda 表達式作為 Python 函數式編程的重要工具，大大簡化了代碼的書寫。本文將從以下幾個方面進行探討：

一、lambda表達式概述

lambda表達式是一個匿名函數，也就是沒有函數名的函數，它可以在任何需要函數的地方使用。lambda表達式的形式為:

lambda 參數: 表達式

其中，參數是函數的輸入，表達式則是函數的輸出。

例如，下面這個 lambda 函數可以對輸入的數字加 1：

>>> add_one = lambda x: x + 1
>>> add_one(5)
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lambda表達式看起來像函數，但實際上它只是一個表達式，可以在任何需要表達式的地方使用。當然，它們最常見的用途是將它們傳遞給高階函數。

二、Python函數式編程的基本概念

在 Python 中，函數實際上是一等公民。這意味著函數可以用作其他函數的參數和返回值，並且函數可以賦值給變數。這一切都與函數式編程的哲學密切相關。

函數式編程的主要概念是「不可變性」和「純函數」。不可變性意味著一旦創建了一個對象，就無法修改它。對於可變對象，一旦進行修改，原始對象就會被改變，而對於不可變對象，修改操作將返回新對象，並且原對象不受影響。

純函數是指給定相同的輸入，永遠會返回相同的輸出的函數。純函數不依賴於任何狀態，因此對於給定的輸入，它的輸出總是相同的。這意味著純函數有以下特點：

• 沒有副作用
• 不會改變環境狀態
• 沒有全局狀態
• 不依賴可變數據
• 引用透明

Python中有很多內置的函數是純函數，例如，sorted()函數將一個列表作為輸入，並返回一個排序後的新列表。

三、函數的組合與柯里化

在函數式編程中，將多個函數組合起來來解決問題是常見的做法。函數組合使得應用程序變得更加模塊化，簡單，易於測試和維護。

Python的functools模塊包括兩個函數——compose()和partial()——以幫助實現函數組合和柯里化。

1、函數組合

函數組合是將多個函數合成為單個函數的過程。在 Python 的函數式編程中，可以使用 compose()函數來實現函數組合。

from functools import reduce, partial

def compose(*funcs):
    return reduce(lambda f, g: lambda x: f(g(x)), funcs)

compose()函數接受一個或多個函數，並返回一個接受一個參數的函數。這個函數將參數輸入到最後一個函數中，然後遞歸地將結果輸入到較早的函數中，直到達到第一個函數為止。

例如，我們可以創建兩個簡單的函數，一個加1，一個乘2，然後將它們組合起來：

>>> add_one = lambda x: x + 1
>>> multiply_two = lambda x: x * 2
>>> add_one_then_multiply_two = compose(multiply_two, add_one)
>>> add_one_then_multiply_two(1)
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在上面的例子中，首先對輸入的參數執行加1操作，然後將結果乘以2。

2、柯里化

柯里化是將多個參數的函數轉換為一系列單參數函數的過程。在 Python 的函數式編程中，可以使用 partial()函數實現柯里化。

partial()函數可以接受一個函數和一或多個參數，並返回一個新的函數，該函數與原始函數類似，但它已經預先填寫了幾個參數。

例如，我們定義一個簡單的函數，它接受兩個參數：

def add(x, y):
    return x + y

現在，我們將該函數的第一個參數設置為1：

add_one = partial(add, 1)

現在，我們已經將 add() 函數轉換為一個只接受一個參數並將其加1的新函數：

>>> add_one(3)
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partial()函數的另一個用途是為部分參數不確定的函數創建新函數。例如，我們可以使用partial()函數來生成一個新函數，該函數從標準輸入中讀取一行文本並從左側刪除空格：

from functools import partial

strip_left = partial(str.lstrip, chars=' ')

print(strip_left('  hello'))

在上面的例子中，partial()函數返回一個接受單個字元串參數的新函數。這個新函數接受一個字元串作為輸入，然後使用字元串的lstrip()方法刪除左邊的空格。

四、Python函數式編程應用實例

現在，我們將使用 lambda 表達式實現一些函數式編程的常見操作。

1、map()

map函數可以應用於任何序列，它將一個函數應用於序列中的所有元素，並返回一個新的序列。

list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
list2 = map(lambda x: x**2, list1)
print(list(list2))  # [1, 4, 9, 16, 25]

2、filter()

filter函數過濾序列中的元素，它接受一個函數和一個序列作為輸入，並返回一個僅包含符合條件的元素的新序列。

list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
list2 = filter(lambda x: x%2 == 0, list1)
print(list(list2))  # [2, 4]

3、reduce()

reduce函數接受一個函數和一個序列作為輸入，並遞歸地將前一個結果與下一個元素結合起來，以便創建一個最終結果。

from functools import reduce

list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
result = reduce(lambda x, y: x*y, list1)
print(result)  # 120

4、sort()

sort()函數為列表提供了一種函數式編程的方式。它可以接受一個函數作為輸入，在對列表進行排序時使用該函數。

list1 = ['apple', 'banana', 'orange', 'pear']
list1.sort(key=lambda x: len(x))
print(list1)  # ['pear', 'apple', 'banana', 'orange']

五、總結

本文簡單介紹了 Python 中 lambda 表達式的用法，以及 Python函數式編程的概念、函數的組合與柯里化和應用實例。希望讀者通過本文的介紹，能夠進一步了解和掌握 Python函數式編程的知識，以及如何使用 lambda 表達式以一種簡潔高效的方式實現函數式編程。