问题 在Python脚本中定义全局函数

我是Python的新手。我正在编写一个脚本，它将使用Runge-Kutta方法在数值上整合一组常微分方程。由于Runge-Kutta方法是一种有用的数学算法，我将它放在自己的.py文件中，rk4.py。

def rk4(x,dt):
    k1=diff(x)*dt
    k2=diff(x+k1/2)*dt
    k3=diff(x+k2/2)*dt
    k4=diff(x+k3)*dt
    return x+(k1+2*k2+2*k3+k4)/6

该方法需要知道用户正在使用的方程组以执行算法，因此它调用函数 diff(x) 这将找到rk4它需要工作的衍生物。由于方程式会随着使用而改变，我希望在运行特定问题的脚本中定义diff（）。在这种情况下，问题是汞的轨道，所以我写道 mercury.py。（这不是它最终会看起来如何，但为了弄清楚我在做什么，我已经简化了它。）

from rk4 import rk4
import numpy as np

def diff(x):
    return x

def mercury(u0,phi0,dphi):
    x=np.array([u0,phi0])
    dt=2
    x=rk4(x,dt)
    return x

mercury(1,1,2)

当我运行mercury.py时，我收到一个错误：

  File "PATH/mercury.py", line 10, in mercury
    x=rk4(x,dt)
  File "PATH/rk4.py", line 2, in rk4
    k1=diff(x)*dt
NameError: global name 'diff' is not defined

我接受了 diff() 不是全局函数，当rk4运行时，它对diff一无所知。显然rk4是一小段代码，我可以把它推到我当时正在使用的任何脚本中，但我认为Runge-Kutta积分器是一个基本的数学工具，就像在NumPy中定义的数组一样，所以它有意义的是使它成为一个被调用的函数，而不是在每个使用它的脚本中定义的函数（可能很多）。但我也不能告诉rk4.py从特定的.py文件导入特定的差异，因为这首先破坏了我想要的rk4的普遍性。

有没有办法在像mercury.py这样的脚本中全局定义diff，这样当调用rk4时，它会知道diff？

接受函数作为参数：

def rk4(diff,  # accept an argument of the function to call
        x, dt)
    k1=diff(x)*dt
    k2=diff(x+k1/2)*dt
    k3=diff(x+k2/2)*dt
    k4=diff(x+k3)*dt
    return x+(k1+2*k2+2*k3+k4)/6

然后，当你打电话 rk4，只需传入要执行的函数：

from rk4 import rk4
import numpy as np

def diff(x):
    return x

def mercury(u0,phi0,dphi):
    x=np.array([u0,phi0])
    dt=2
    x=rk4(diff,  # here we send the function to rk4
          x, dt)
    return x
mercury(1,1,2)

这可能是一个好主意 mercury 接受 diff 作为一个参数，而不是从闭包（周围的代码）得到它。然后你必须照常传递它 - 你的电话 mercury 在最后一行会读 mercury(diff, 1, 1, 2)。

函数是Python中的“一等公民”（几乎所有东西，包括类和模块），在某种意义上它们可以用作参数，保存在列表中，分配给名称空间中的名称等等。

diff 已经是该模块的全球性 mercury.py。但为了使用它 rk4.py 你需要像这样导入它：

from mercury import diff

这是你问题的直接答案。

但是，路过 diff 功能 rk4 正如@poorsod所建议的要优雅得多，也避免了它之间的循环依赖 mercury.py 和 rk4.py所以我建议你这样做。

请修改你的缩进。 - Lukas Graf

顺便说一下，块引号中的空格对我的代码来说并不准确，但是我不知道如何在没有额外空格的情况下获取块引号来生成新行。 - Dylan B

使用 { } 问题编辑器中的图标用于标记大块源代码。 - Lukas Graf

另一个提示，如果我可以： PEP8，Python代码的官方风格指南，建议总是在运算符周围放置空格（比如 +， /等你的情况）。这使代码更易读。（对于这个问题，它很好，但在你自己的代码中我会改变它）。 - Lukas Graf

顺便说一句，这是第一个问题的一个地狱：简洁的标题，“这就是我想要做的”，“这就是我所尝试的”，“这就是发生的事情”，包括（相关的）代码，导入和回溯。太好了！ :) - Lukas Graf

@JoranBeasley“不是非常Pythonic”？没门！这是只要 Pythonic解决问题的方法。标准库绝对充满了接受和返回其他功能的功能，以及 @decorator 如果这不是一个主要的语言功能，语法将毫无意义。 - Benjamin Hodgson♦

关于那个什么不是pythonic？利用函数作为第一类对象是非常 Python的。 - Lukas Graf

谢谢！这类似于我在IDL这样的语言中看到它有本机rk4例程，并且似乎让我保留了我喜欢的结构。 - Dylan B

@JoranBeasley OP说“我也不能告诉rk4.py从特定的.py文件导入特定的差异，因为这首先破坏了我想要的rk4的普遍性。”他想要每次打电话 rk4 能够定义自己的 diff。唯一的方法是将其作为参数传递。 from...import 打破可重用性。 - Benjamin Hodgson♦

@JoranBeasley不要对传递函数感到娇气。这是一个非常自然和Pythonic的事情。正如我所说，标准库有负载函数 - 接受函数。看看吧 functools 模块。 - Benjamin Hodgson♦

我认为这是更优雅的解决方案...传递函数对我来说似乎是一种危险的做法...（授予此解决方案需要代码重构以避免循环依赖） - Joran Beasley

@JoranBeasley是的，从那以后 diff 仅用于 rk4.py 重构代码以将它放在那里可能是有意义的。但是，特别是对于diff函数，传递函数对象的模式非常自然。老实说，我不明白这是多么危险。 - Lukas Graf

是的，我可以看到它的论点...它对我来说似乎仍然是粗略的：P ...我已经在我的代码中完成了这样的事情（传递函数）并且99％的时间我总是传递相同的函数... （除了像sum / max / sorted / etc这样的内置函数...） - Joran Beasley

在这种情况下，我确信不会是这种情况，因为我将使用不同的 diff 在完成这项任务的过程中，在我过去的研究中（我是一名物理系学生），我已经多次申请 rk4 方法适用于具有不同应用的不同系统，通常使用自己独特的定义 diff。 - Dylan B

@DylanB你也在你的问题中说过但我也不能告诉rk4.py从特定的.py文件中导入特定的diff，我第一次错过了。所以通过diff函数绝对是走到这里的正确方法。好问题BTW！ - Lukas Graf

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