python內建函式 map/reduce

瑞0908發表於2019-02-16
Python函式

Python內建了map()和reduce()函式。

如果你讀過Google的那篇大名鼎鼎的論文“MapReduce: Simplified Data Processing on Large Clusters”，你就能大概明白map/reduce的概念。
我們先看map。map()函式接收兩個引數，一個是函式，一個是Iterable，map將傳入的函式依次作用到序列的每個元素，並把結果作為新的Iterator返回。
舉例說明，比如我們有一個函式f(x)=x2，要把這個函式作用在一個list [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]上，就可以用map()實現如下：

def f(x):
    return x*x

r = map(f,[1,2,3,4,5,6,7,8,9])
print(list(r))
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

map()傳入的第一個引數是f，即函式物件本身。由於結果r是一個Iterator，Iterator是惰性序列，因此通過list()函式讓它把整個序列都計算出來並返回一個list。
你可能會想，不需要map()函式，寫一個迴圈，也可以計算出結果：

L = []
for n in [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]:
    L.append(f(n))
print(L)

的確可以，但是，從上面的迴圈程式碼，能一眼看明白“把f(x)作用在list的每一個元素並把結果生成一個新的list”嗎？
所以，map()作為高階函式，事實上它把運算規則抽象了，因此，我們不但可以計算簡單的f(x)=x2，還可以計算任意複雜的函式，比如，把這個list所有數字轉為字串：

list(map(str, [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]))
[`1`, `2`, `3`, `4`, `5`, `6`, `7`, `8`, `9`]

只需要一行程式碼。

再看reduce的用法。reduce把一個函式作用在一個序列[x1, x2, x3, …]上，這個函式必須接收兩個引數，reduce把結果繼續和序列的下一個元素做累積計算，其效果就是：
reduce(f, [x1, x2, x3, x4]) = f(f(f(x1, x2), x3), x4)
比方說對一個序列求和，就可以用reduce實現：

from functools import reduce
def add(x, y):
     return x + y

reduce(add, [1, 3, 5, 7, 9])
25

當然求和運算可以直接用Python內建函式sum()，沒必要動用reduce。
但是如果要把序列[1, 3, 5, 7, 9]變換成整數13579，reduce就可以派上用場：

from functools import reduce
def fn(x, y):
    return x * 10 + y
reduce(fn, [1, 3, 5, 7, 9])
13579

這個例子本身沒多大用處，但是，如果考慮到字串str也是一個序列，對上面的例子稍加改動，配合map()，我們就可以寫出把str轉換為int的函式：

from functools import reduce
def fn(x, y):
    return x * 10 + y
def char2num(s):
    digits = {`0`: 0, `1`: 1, `2`: 2, `3`: 3, `4`: 4, `5`: 5, `6`: 6, `7`: 7, `8`: 8, `9`: 9}
    return digits[s]
reduce(fn, map(char2num, `13579`))

13579

整理成一個str2int的函式就是：

from functools import reduce
DIGITS = {`0`: 0, `1`: 1, `2`: 2, `3`: 3, `4`: 4, `5`: 5, `6`: 6, `7`: 7, `8`: 8, `9`: 9}
def str2int(s):
    def fn(x, y):
        return x * 10 + y
    def char2num(s):
        return DIGITS[s]
    return reduce(fn, map(char2num, s))

還可以用lambda函式進一步簡化成：

from functools import reduce
DIGITS = {`0`: 0, `1`: 1, `2`: 2, `3`: 3, `4`: 4, `5`: 5, `6`: 6, `7`: 7, `8`: 8, `9`: 9}
def char2num(s):
    return DIGITS[s]
def str2int(s):
    return reduce(lambda x, y: x * 10 + y, map(char2num, s))

也就是說，假設Python沒有提供int()函式，你完全可以自己寫一個把字串轉化為整數的函式，而且只需要幾行程式碼！

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