[译]PYTHON FUNCTIONS - MAP, FILTER, AND REDUCE

Posted 2020-10-22 everfight的成长之路

map, filter, and reduce

Python提供了几个函数，使得能够进行函数式编程。这些函数都拥有方便的特性，他们可以能够很方便的用python编写。
函数式编程都是关于表达式的。我们可以说，函数式编程是一种面向表达式的编程。

Python提供的面向表达式的函数有：
map(aFunction, aSequence)
filter(aFunction, aSequence)
reduce(aFunction, aSequence)
lambda
list comprehension

map
我们对list和其他sequence所做的常见事情之一是对每个item应用操作并收集结果。
例如，可以使用for循环轻松完成更新list中的所有items的更新操作：

>>> items = [1, 2, 3, 4, 5]
>>> squared = []
>>> for x in items:
    squared.append(x ** 2)
>>> squared
[1, 4, 9, 16, 25]

由于这是一个常见的操作，实际上我们有一个内置的功能，可以替我们完成大部分的工作。
map（aFunction，aSequence）函数将传入的函数应用于可迭代对象中的每个item，并返回一个包含所有函数调用结果的list。

>>> items = [1，2，3，4，5]
>>> def sqr（x）：return x ** 2
>>> list（map（sqr，items））
[1，4，9，16，25]

我们通过一个用户定义的函数应用于list的每个item。 map调用每个list中item上的sqr，并将所有返回值收集到一个新list中。因为map需要传入一个函数，所以它也恰好是lambda常规用的地方之一：

>>> list(map((lambda x: x **2), items))
[1, 4, 9, 16, 25]

在上面的简短示例中，lambda函数给列表中的每个item都做了平方运算。如前所述，map是这样定义的：
map(aFunction, aSequence)

尽管我们仍然使用lamda作为函数，但我们可以将函数列表作为序列：

def square(x):
        return (x**2)
def cube(x):
        return (x**3)

funcs = [square, cube]
for r in range(5):
    value = map(lambda x: x(r), funcs)
    print value

输出结果：

[0，0]
[1,1]
[4,8]
[9,27]
[16，64]

因为使用map等价于循环，所以我们总是可以编写一个通用的映射工具：

>>> def mymap(aFunc, aSeq):
    result = []
    for x in aSeq: result.append(aFunc(x))
    return result

>>> list(map(sqr, [1, 2, 3]))
[1, 4, 9]
>>> mymap(sqr, [1, 2, 3])
[1, 4, 9]
>>> 

由于map是内置的，所以它始终可用，并始终以相同的方式工作。它也有一些性能上的好处，因为它通常比手动编码的循环更快。除此之外，map可以以更高级的方式使用。例如，在给定多个序列参数的情况下，它将并行采取的项目作为不同的参数发送给函数：

>>> pow(3,5)
243
>>> pow(2,10)
1024
>>> pow(3,11)
177147
>>> pow(4,12)
16777216
>>> 
>>> list(map(pow, [2, 3, 4], [10, 11, 12]))
[1024, 177147, 16777216]
>>> 

如上例所示，对于多个序列，map（）需要N个序列的N参数函数。在这个例子中，pow函数在每个调用中都有两个参数。

下面是另一个map（）做两个列表元素添加的例子：

x = [1,2,3]
y = [4,5,6]

from operator import add
print map(add, x, y)  # output [5, 7, 9]

地图调用类似于列表理解表达式。但是map对每个项目应用了一个函数调用，而不是一个任意的表达式。由于这个限制，它是不太一般的工具。然而，在某些情况下，映射可能比列表解析式更快，比如映射内置函数。而且map需要更少的编码。
如果函数是None，则假定身份函数;如果有多个参数，则map（）返回一个包含所有迭代（一种转置操作）中相应项目的元组的列表。可迭代的参数可能是一个序列或任何可迭代的对象;结果总是一个列表。

>>> m = [1,2,3]
>>> n = [1,4,9]
>>> new_tuple = map(None, m, n)
>>> new_tuple
[(1, 1), (2, 4), (3, 9)]

对于Python3，我们可能想使用itertools.zip_longest来代替:

>>> m = [1,2,3]
>>> n = [1,4,9]
>>> from itertools import zip_longest
>>> for i,j in zip_longest(m,n):
...    print(i,j)
... 
1 1
2 4
3 9

zip_longest（）使得迭代器聚合来自两个迭代器（m＆n）的元素。

filter、reduce
顾名思义，filter提取函数返回True的序列中的每个元素。减少函数的意图稍微不明显。该功能通过提供的功能组合元素将列表缩小为单个值。 map函数是用于函数式编程的Python内建函数中最简单的函数。
这些工具将函数应用于序列和其他迭代。filter根据作为过滤器的测试功能过滤出iterm，并将功能应用到item对和减少的运行结果。因为他们返回迭代器，范围和过滤器都需要列表调用，以在Python 3.0中显示所有的结果。

例如，下面的filter调用会挑选出序列中小于零的项目：

>>> list(range(-5,5))
[-5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]
>>>
>>> list( filter((lambda x: x < 0), range(-5,5)))
[-5, -4, -3, -2, -1]
>>> 

在该函数返回true的序列或迭代中的项目，结果被添加到结果列表。像map一样，这个函数大致相当于一个for循环，但它是内置的和快速的：

>>> result = []
>>> for x in range(-5, 5):
    if x < 0:
        result.append(x)

        
>>> result
[-5, -4, -3, -2, -1]

这里是filter（）的另一个用例：找到两个列表的交集：

a = [1,2,3,5,7,9]
b = [2,3,5,6,7,8]
print filter(lambda x: x in a, b)  # prints out [2, 3, 5, 7]

请注意，我们可以在列表理解上做同样的事情：

a = [1,2,3,5,7,9]
b = [2,3,5,6,7,8]
print [x for x in a if x in b] # prints out [2, 3, 5, 7]

reduce是Python 3.0中的functools。这是更复杂的。它接受一个迭代器来处理，但它本身不是一个迭代器。它返回一个单一的结果：

>>> from functools import reduce
>>> reduce( (lambda x, y: x * y), [1, 2, 3, 4] )
24
>>> reduce( (lambda x, y: x / y), [1, 2, 3, 4] )
0.041666666666666664

在每个步骤中，减少将当前产品或部门以及列表中的下一个项目传递给传入的lambda函数。默认情况下，序列中的第一个项目初始化起始值。
这里是第一个调用的for循环版本，在循环内部进行了硬编码：

>>> L = [1, 2, 3, 4]
>>> result = L[0]
>>> for x in L[1:]:
    result = result * x
>>> result
24

让我们来制作我们自己的reduce版本。

>>> def myreduce(fnc, seq):
    tally = seq[0]
    for next in seq[1:]:
        tally = fnc(tally, next)
    return tally

>>> myreduce( (lambda x, y: x * y), [1, 2, 3, 4])
24
>>> myreduce( (lambda x, y: x / y), [1, 2, 3, 4])
0.041666666666666664
>>> 

我们可以连接一串字符串来做一个句子。使用迪杰斯特拉关于错误的着名报价：

import functools
>>> L = ['Testing ', 'shows ', 'the ', 'presence', ', ','not ', 'the ', 'absence ', 'of ', 'bugs']
>>> functools.reduce( (lambda x,y:x+y), L)
'Testing shows the presence, not the absence of bugs'
>>> 

We can get the same result by using join :
>>> ''.join(L)
'Testing shows the presence, not the absence of bugs'

我们也可以使用运算符来产生相同的结果：

>>> import functools, operator
>>> functools.reduce(operator.add, L)
'Testing shows the presence, not the absence of bugs'

内置的reduce还允许在序列中的项目之前放置一个可选的第三个参数，以作为序列为空时的默认结果。