Python Programming (4) - 함수

4. 함수¶

함수 - function¶

• 함수는 하나의 관련 작업을 수행하는 데 사용되는 재사용 가능한 코드 블록이다.

  • 함수는 응용 프로그램의 모듈성을 높이고 코드 재사용 수준을 높인다.

• Python은 기본적으로 많은 내장 함수를 제공한다.

• 문자열 등을 다루면서 함수를 사용한 경험을 상기해 보자.

  • len("Python programming")

• 필요에 따라 함수를 생성하여 원하는 기능을 따로 분리하여 사용하는 법을 익혀보자.

  • Python에서 제공하는 함수 뿐만 아니라 사용자 정의의 새로운 함수를 만드는 법.
  • Decomposition and abstraction

함수 정의의 규칙¶

• 함수 블록은 키워드 def와 함수 이름 및 괄호()로 시작한다.

• 모든 입력 매개 변수는 괄호 안에 있어야 한다. 이 괄호 안에 매개 변수를 정의할 수도 있다.

• 모든 함수 내의 코드 블록은 콜론(:)으로 시작되고 들여쓰기를 하여야 한다.

• return [expression] 명령문은 함수를 종료하고 호출자에게 결과를 전달한다.

def function_name(< argument >):   
   < something to do >

함수 예제¶

• 제곱 후 1을 더해서 반환하는 함수

In [1]:

def square_plus_one(x):
    ans = x ** 2 + 1
    return ans

• 함수는 인자(argument)를 입력 받아 x라는 매개 변수(parameter)에 대입
• x**2 + 1 의 계산을 수행한 후

• 결과를 ans에 대입하여 반환(return)하고 있음

• 함수의 정의가 완료되었으면 이 함수를 이용하여 계산을 할 수 있다.

  • square_plus_one(10) 등을 수행해 보자.
  • 10이라는 인자를 입력 받아 x라는 매개 변수에 대입하여 계산을 수행한 후 결과를 전달한다.

In [2]:

square_plus_one(10)

Out[2]:

101

함수 예제(2)¶

• 제곱근 반환 함수

In [3]:

def my_sqrt(x):
    ans = 0
    increment = 1
    while increment >= 0.0001:
        ans += increment
        if ans**2 == x:
            break
        elif ans**2>x:
            ans -= increment
            increment = increment/10.0
    return ans

함수 사용¶

• 함수를 정의하였으면 이를 활용할 수 있음

In [4]:

print(my_sqrt(2))

1.4142

In [5]:

y = 16 
print(my_sqrt(y))

4

In [6]:

z = 12 
print(my_sqrt(z*12))

12

In [7]:

x = my_sqrt(100) 
print(x*x)

100

return과 print¶

• 함수를 처음 접하는 경우 return과 print의 개념을 혼동하는 경우가 많다.
• 이는 Jupyter notebook 등에서 함수를 실행할 때, return 값을 자동으로 화면에 출력하도록 하기 때문이다.
• 실제로는 둘은 전혀 다른 개념이므로 절대로 혼동하지 않도록 한다.
• return의 궁극적인 목적은 함수의 계산 결과를 반환하여 이차적으로 활용할 수 있도록 하는 것이고,
• print는 단순히 화면에 출력하여 프로그래머가 눈으로 값을 확인할 수 있게 한다.
  • 함수 내에서 사용되는 print는 함수 본체 중의 일부일 뿐이다.
• 다음 두 함수를 비교해 보자.

In [8]:

def this_func_print(x):
    print(x ** 2 + 1)

def this_func_return(x):
    return x ** 2 + 1

단순히 함수를 실행시켰을 경우, Jupyter notebook이나 콘솔에서의 실행 결과는 비슷해 보인다.

In [9]:

this_func_print(2)

5

In [10]:

this_func_return(2)

Out[10]:

5

하지만, this_func_return의 결과는 다른 변수에 할당하여, 이차적으로 활용할 수 있는 반면, this_func_print는 그렇지 않다.

In [11]:

y = this_func_return(2) # this_func_return(2)의 결과 5가 y에 대입된다.
print(y / 10)           # y를 다른 계산에 활용할 수 있다. 5/10 = 0.5

0.5

this_func_print의 return은 존재하지 않으며, python에서는 이를 None이라는 값으로 처리한다.
따라서 다음 코드에서 y의 값은 None에 불과하며 이를 이차적으로 활용할 방안은 많지 않다.

In [12]:

y = this_func_print(2)   # this_func_print(2) 결과는 5로 정상 출력되지만
print(y)                 # y는 None으로 큰 의미가 없음, 즉 다른 계산에 활용할 수 없다.

5
None

인자가 없는 경우¶

• 함수는 아무런 인자를 받지 않을 수 있음
• 빈 괄호 ()로 표현된다.

In [13]:

def print_something():
    print("This function does nothing.")

• 위 함수는 아무런 인자를 받지 않을 뿐만 아니라, 아무런 반환값도 없음 (None을 반환)
  • return을 찾을 수 없다.
  • print_something() 함수를 실행해 보자.

In [14]:

print_something()

This function does nothing.

• 인자가 필요하지만 함수 호출 시 입력하지 않았을 경우 에러가 발생한다.

In [15]:

def printme(stri):
    print("Input is :", stri)
    return

printme()

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-15-93e492e75154> in <module>()
      3     return
      4 
----> 5 printme()

TypeError: printme() missing 1 required positional argument: 'str'

• 다음과 같이 인자가 어떤 값을 입력받는지 확실히 표현할 수도 있다.
  • (stri = "My string")이라고 표현한 것에 주목하자.

In [16]:

def printme(stri):
    print("Input is :", stri)
    return


printme(stri = "My string")

Input is : My string

여러 개의 인자를 받는 함수¶

• 함수는 여러 개의 인자를 받을 수 있다.

In [17]:

def printinfo(name, age):
    print("Name: ", name)
    print("Age: ", age)
    return

printinfo(age=50, name="miki")

Name:  miki
Age:  50

In [18]:

def my_max(x, y):
    if x >= y:
          return x
    else:
          return y

In [19]:

my_max(10,12)

Out[19]:

12

여러 개의 인자를 받는 함수(2)¶

• 최대공약수를 구하는 함수

In [20]:

def my_GCD(x, y):
    j = 1
    ans = 1
    while j <= x and j <= y:
        if x%j == 0 and y%j == 0:
            ans = j
        j += 1
    return ans

In [21]:

my_GCD(24, 84)

Out[21]:

12

• 최소공배수를 구하는 함수도 만들어 보자.

예제¶

In [22]:

def printName(firstName, lastName, reverse):
    if reverse:
          print(lastName + ', ' + firstName)
    else:
          print(firstName, lastName)

• 다음은 동치

In [23]:

printName('Kyungsub', 'Lee', False)
printName('Kyungsub', 'Lee', reverse=False)
printName(lastName='Lee', firstName='Kyungsub', reverse=False)

Kyungsub Lee
Kyungsub Lee
Kyungsub Lee

default parameter¶

• 함수 생성 시 다음과 같이 default parameter를 설정할 수 있다.
• default parameter는 입력값이 따로 없을 때, 미리 설정된 default값을 이용한다.

In [24]:

def printName(firstName, lastName, reverse = False):
    if reverse:
         print(lastName + ', ' + firstName)
    else:
         print(firstName, lastName)
            
printName('Kyungsub', 'Lee')

Kyungsub Lee

In [25]:

printName('Kyungsub', 'Lee', True)

Lee, Kyungsub

In [26]:

def printinfo( name, age = 35 ):
    print("Name: ", name)
    print("Age: ", age)
    return

In [27]:

printinfo( age=50, name="miki" )
printinfo( name="miki" )

Name:  miki
Age:  50
Name:  miki
Age:  35

지역 변수(local variable)¶

• 함수 내의 변수는 함수 내에서만 존재하는 변수

In [28]:

def my_func():
    x = 20
    
x = 10
my_func()
print(x)

10

• 함수 내의 지역 변수와 함수 바깥의 전역 변수(global variable)이 분리되어 있음을 주의

In [29]:

def my_func():
    x = 20
    return x

x = 10
x = my_func()
print(x)

20

In [30]:

def increase(x):
    x = x + 1
    
x=1
increase(x)
print(x)

1

def increase(x): x = x + 1 return x

x = 1 x = increase(x) print(x)

변수 scope 더 살펴보기¶

변수의 scope는 해당 변수가 파이썬 인터프리터에게 보이거나 액세스 가능한 범위를 나타낸다.

다음의 예제에서 변수 x는 함수 내에 존재하지 않기 때문에, 함수 바깥에서 정의된 x의 값을 가져온다.

In [31]:

x = 1
def print_x():
    print(x)
    
print_x()

1

다음은 함수 밖에 x가 정의되어 있어 있지만, 함수 내에서 x가 다시 정의되다.
이 경우 함수 내에서 x를 사용할 때는, 함수 내에서 정의된 x가 우선 순위를 가진다.

In [32]:

x = 1
def print_x():
    x = 2
    print(x)
    
print_x()

2

농장 문제¶

• 농장에 돼지들과 닭들이 있다. 총 머리의 수는 20개, 총 다리의 수는 56개이다. 돼지와 닭의 수는 각각 얼마인가?
  • Brute force 방법으로 풀어보자.

In [33]:

for x in range(0,21):
    y = 20 - x
    if 4*x + 2*y == 56:
         break
print(x, y)

8 12

농장 문제 – 함수¶

• 임의의 머리 수와 다리 수가 주어졌을 때, 돼지와 닭의 수를 구하는 함수를 작성해 보자.

In [34]:

def farm(numHeads, numLegs):
    for x in range(0, numHeads + 1):
        y = numHeads - x
        if 4*x + 2*y == numLegs:
              return x, y

In [35]:

print(farm(20, 56))

(8, 12)

In [36]:

print(farm(20, 60))

(10, 10)

None¶

• Python에서 없는 값을 나타내기 위해 사용되는 값
• None을 이용하여 해가 없는 경우를 대비하여 보자.

In [37]:

def farm(numHeads, numLegs):
    for x in range(0, numHeads + 1):
        y = numHeads - x
        if 4*x + 2*y == numLegs:
            return x, y
    return None, None

farm(100,10)

Out[37]:

(None, None)

• 앞의 예제에서 return이 두 번 등장함을 볼 수 있음
  • 첫 번째 return은 방정식의 조건이 만족하면 다리의 숫자를 return하고 함수를 종료
  • 두 번째 return은 방정식의 조건을 만족하는 해가 없을 때 None을 반환

함수를 호출하는 함수¶

In [38]:

def farm_UI():
    heads = int(input('Enter the number of heads : '))
    legs = int(input('Enther the number of legs : '))
    pigs, chickens = farm(heads, legs)
    if pigs == None:
        print('No solution')
    else:
        print('Number of pigs : ', pigs)
        print('Number of chickens : ', chickens)
        
farm_UI()

Enter the number of heads : 50
Enther the number of legs : 160
Number of pigs :  30
Number of chickens :  20

Built-in function¶

• Python에 이미 내장되어 있는 built-in function들을 활용할 수 있음

• https://docs.python.org/2/library/functions.html

• range(), str(), raw_input(), len(), …

• max(), min(), abs(), type(), …

lambda¶

lambda는 비교적 간단한 함수를 생성할 때 사용하는 키워드로 def와 비슷한 역할을 한다.

• lambda arguments: expression

In [39]:

def my_add_plus_one1(x, y): return x + y + 1

위 함수 정의는 다음의 방법으로 거의 똑같이 구현할 수 있다.

• lambda와 : 사이에 parameter들이 오며, :뒤에 return값을 배치한다.

In [40]:

my_add_plus_one2 = lambda x, y: x + y + 1

In [41]:

my_add_plus_one2(1, 2)

Out[41]:

4

lambda 방법의 장점은 함수에 특별히 이름을 붙이지 않아도 함수를 사용가능 하도록 한다는 점이다.

• 이를 anonymous function이라고도 부른다.

In [42]:

(lambda x, y: x + y + 1)(1, 2)

Out[42]:

4

Module¶

• 기본적으로 제공하는 Built-in function 외에도 module을 통하여 다양한 함수 제공

• 예

  • math 모듈
    • 기본적인 수학 연산을 도와주는 모듈
    • https://docs.python.org/2/library/math.html
  • random 모듈
    • 다양한 분포에 대한 random number를 활용할 수 있게 해주는 모듈
    • https://docs.python.org/2/library/random.html

• import 명령을 사용하여 모듈을 불러와 사용

Math module¶

• import math
• math.sqrt(x)
  • x의 제곱근 반환
• math.exp(x)
  • e**x 반환
• math.sin(x)
  • sin 함수값 반환
• math.pi
  • 3.141592…

In [43]:

import math
math.sqrt(71)

Out[43]:

8.426149773176359

In [44]:

math.sin(math.pi / 2)

Out[44]:

1.0

In [45]:

math.log(4) / math.log(2)

Out[45]:

2.0

In [46]:

math.log(4) % math.log(2)

Out[46]:

0.0

In [47]:

math.log(8) / math.log(2)

Out[47]:

3.0

In [48]:

# 실수 간의 나머지를 계산할 때는 주의하여야 한다.
math.log(8) % math.log(2)

Out[48]:

0.6931471805599452

division - 나누기¶

• 다음은 Python 3.x에서는 해당되지 않는 내용이다.

• Python 2.x에서는 나누기(/)를 사용시 기본적으로 정수를 먼저 반환하려고 함.

  • 5/2 = 2

• 실수 나누기를 하고 싶은 경우

  • 5/2.0 혹은 5/float(2)

• 만약 default로 실수를 반환하는 나누기(/)를 사용하고 싶을 때, 다음 import문을 사용할 수 있음

In [49]:

from __future__ import division
5/2

Out[49]:

2.5

In [50]:

5//2

Out[50]:

2

Random module¶

• import random
• random.random()
  • 0이상 1이하의 랜덤값 반환
• random.uniform(a,b)
  • a이상 b이하에서 uniform 분포를 가지는 랜덤값 반환
• random.randint(a,b)
  • a이상 b이하의 랜덤 정수 반환
• random.gauss(mu, sigma), random.normalvariate(mu, sigma)
  • 평균 mu, 표준편차 sigma의 정규 분포를 가지는 랜덤값 반환

In [51]:

import random
random.random()

Out[51]:

0.10668914840319754

In [52]:

random.uniform(0, 10)

Out[52]:

6.341924961487889

In [53]:

random.randint(1, 5)

Out[53]:

3

In [54]:

random.gauss(0, 1)

Out[54]:

0.6654604009008476

예제 : 랜덤 숫자를 맞추는 프로그램¶

1부터 100까지의 숫자를 랜덤으로 생성 후 키보드 입력을 통해 그 숫자를 맞추는 프로그램

In [55]:

import random
def guess():
    a = random.randint(1, 100)
    while(True):
        x = input("Guess the number between 1 to 100 (type q to quit) : ")
        
        if a == "q":
            return
        elif a == int(x):
            print("Correct!")
            return
        elif a < int(x):
            print("The number is smaller than your guess, try again.")
        elif a > int(x):
            print("The number is larger than your guess, try again.")
        else:
            print("Please input appropriate number.")

In [56]:

guess()

Guess the number between 1 to 100 (type q to quit) : 50
The number is smaller than your guess, try again.
Guess the number between 1 to 100 (type q to quit) : 25
The number is larger than your guess, try again.
Guess the number between 1 to 100 (type q to quit) : 32
The number is larger than your guess, try again.
Guess the number between 1 to 100 (type q to quit) : 41
The number is smaller than your guess, try again.
Guess the number between 1 to 100 (type q to quit) : 36
Correct!

t – 랜덤 변수¶

• gauss() 함수와 gammavariate() 함수를 이용하여 t-분포를 따르는 랜덤 변수를 생성하는 함수

In [57]:

import math 
import random

def student_t(nu): # nu equals number of degrees of freedom
    x = random.gauss(0.0, 1.0)
    y = 2.0*random.gammavariate(0.5*nu, 2.0)
    return x / (math.sqrt(y/nu))

In [58]:

student_t(10)

Out[58]:

-0.4360479212496367

모듈 파일을 불러오는 다양한 방법¶

In [59]:

import random  
random.randint(1, 10)

Out[59]:

10

In [60]:

from random import *  
randint(1, 10)

Out[60]:

7

In [61]:

import random as r   
r.randint(1, 10)

Out[61]:

2

모듈에 대한 여러 가지¶

• 파이썬 스크립트 파일로 모듈을 만들 수 있음
  • 기본 작업 directory에 저장하여 import 할 수 있음
• 모듈 변경과 갱신
  • 혹시 모듈을 변경하였다면 reload 명령을 이용하여 갱신
    • reload(fibo)