Python partial用法介紹

1、引言

Python作為一種強類型動態語言，擁有豐富的函數式編程特性。其中一個特點是支持偏函數——partial函數。這恰好可以解決我們常常遇到的「非固定參數」問題。關於這個，我們先從一個例子入手：

def power(x, y):
    return x**y
    
print(power(2, 3))  # 輸出8
print(power(2, 4))  # 輸出16

在這個例子中，我們定義了一個求冪的函數，但是某一次我們需要默認計算2的平方，這種情況下我們可以直接調用 power(2, 2)。這時候，如果你的代碼里有大量這個樣子的情況，你肯定不想在每個函數里都寫 2, 2。

那麼我們怎麼辦呢？

這時候就需要partial函數了。

2、partial函數的基本用法

1) partial函數的起源

我們有這麼一個場景：我們需要對一個列表裡所有的數字進行乘以2，然後再加1的操作，得到新的列表。

lst = [0, 1, 2, 3]
new_lst = [(x * 2 + 1) for x in lst]
print(new_lst)  # 輸出[1, 3, 5, 7]

在上面的例子中，我們不僅寫起來很麻煩，而且還寫出了一堆冗長的代碼，難以維護。這時候我們需要partial函數的出現。

2) partial函數的定義

Python的functools模塊提供了一個叫做partial的函數，它可以幫助我們創建偏函數。那麼，什麼是偏函數呢？

偏函數是函數式編程中的一個概念，它可以把一個函數的某些參數給固定住，返回一個新的函數，簡化原函數的調用。在調用新函數的時候，只需要傳入未曾固定的參數即可。

為了更好地理解，我們下面通過一些例子來逐步探究partial函數的用法。

3) partial函數的第一個例子

實際上，在第一個例子中，我們已經使用了類似偏函數的思想。題目要求我們對a列表中的所有數乘以3，所以我們寫出了下面的代碼：

a = [1, 2, 3, 4, 5]
b = list(map(lambda x: x * 3, a))
print(b)  # 輸出[3, 6, 9, 12, 15]

在使用lambda表達式的時候，我們把x * 3作為參數傳給了map()函數，使用了函數式編程的思想。

而使用partial函數，我們就可以使用更為簡潔的方式把參數固定下來：

from functools import partial

def multiply(a, b):
    return a * b

times_three = partial(multiply, b=3)
print(times_three(2))  # 輸出6

在上面的例子中，我們把multiply函數中的b參數固定為3，得到了一個新函數times_three。我們後續只需要傳入a參數即可。

4) partial函數的第二個例子

接下來，我們將繼續了解partial函數的應用。我們再來看一個例子。假設有一個函數：

def calculate(a, b, c, d):
    return a + b + c - d

我們現在需要調用一個函數，它的第一個參數是5，剩餘的參數是calculate()函數的剩餘參數。

如果我們使用標準的調用，代碼會變得非常冗長：

calculate_params = (6, 7, 8)
result = calculate(5, *calculate_params, 2)
print(result)  # 輸出24

這裡，我們原本需要傳遞5，6，7，8和2這幾個參數。但是，為了讓代碼的可讀性更高，我們嘗試使用partial函數，重構代碼：

calculate_params = (6, 7, 8)
partial_calculate = partial(calculate, 5, *calculate_params)
result = partial_calculate(2)
print(result)  # 輸出24

在上面的例子中，我們利用了partial函數把calculate()函數中前兩個參數的值固定為5和6。

由此，我們可以看到，partial函數可以大大提高我們代碼的可讀性，使得代碼更加簡潔和易於維護。接下來，我們將介紹partial函數的高級用法。

3、partial函數的高級用法

1) 通過partial函數改變函數的行為

在實際應用中，有時候我們需要使用partial函數來改變原函數的行為，可以實現更加多樣化的功能。

我們通過一個例子來說明這種用法：

from functools import partial

def calculate(a, b, c, d):
    return a + b + c - d

difference = partial(calculate, d=0)  # 固定d參數為0

print(calculate(1, 2, 3, 4))  # 輸出2
print(difference(1, 2, 3))  # 輸出6

在上面的例子中，我們調用了partial函數，把calculate()函數中的d參數固定為0。

但是如果我們願意，我們還可以把這個新的函數的參數再一次固定住，例如：

difference = partial(calculate, b=2, d=0)
print(difference(1, 3))  # 輸出6

在這個例子中，我們把calculate()函數中的b和d參數均固定為特定的值，得到了一個新的函數difference。我們可以僅傳遞2個參數調用它，而不用考慮其他參數的值。

2) 通過partial函數改變函數簽名

有些時候，我們需要改變函數簽名，以達到某種目的。在Python中，我們可以使用partial函數完成這種需求。

下面，我們來看一個例子，它能夠幫助我們更好地理解partial函數如何改變函數簽名：

from functools import partial

def calculate(a, b=0, c=0, *, d=1, e=1):
    return a + b + c - d + e

new_calculate = partial(calculate, e=2)
print(new_calculate(1, 2))  # 輸出2

在上面的例子中，我們調用了partial函數，並且把e參數固定為2。此時，新的函數new_calculate()的簽名變成了：

signature(new_calculate)  # 輸出inspect.Signature(parameters=[, , , ])

由此，我們可以看出， partial函數可以改變函數的參數簽名，以實現更加靈活的功能。

3) 將可調用對象轉換為函數

有的時候，可能需要將一個自定義的可調用對象轉換為函數對象，以方便使用。在Python中我們可以使用partial函數來實現這一目的。

簡單來說，如果一個對象不是一個函數對象，那麼partial函數可以將其轉換成函數對象。在這種情況下，這個對象被看作是一個調用對象，它可以調用，但是不具備函數的特性。這時候，我們需要藉助partial函數幫助我們實現高級特性。

接下來，我們通過一個例子探究如何把可調用對象轉換成函數對象。

from functools import partial

class Operations:
    def __init__(self, a, b):
        self.a = a
        self.b = b
        
    def add(self):
        return self.a + self.b
    
    def mul(self):
        return self.a * self.b
    
op = Operations(5, 6)

print(op.add())  # 輸出11
print(op.mul())  # 輸出30

add_op = partial(op.add)  # 轉換成函數
print(add_op())  # 輸出11

在上面的例子中，我們定義了一個Operations類，並且為其添加了add和mul兩個方法。

接下來，我們使用partial函數把其中一個方法轉換成函數，並且實現了調用，成功得到了輸出結果。

4、結論

總的來說，Python中的partial函數是一個十分有用的工具，它可以提高我們編寫代碼的可讀性和代碼的維護性。

partial函數有豐富的用法，可以通過對參數進行固定，讓我們的代碼更加簡潔；也可以改變函數的簽名以支持更高級的特性；還可以把可調用對象轉換成函數對象以方便使用。

在實際工作中，我們可以結合實際的應用需求，充分了解partial函數的用法，發揮其巨大的價值和作用。希望本文可以幫助大家更好地了解partial函數的用法和應用場景。