Python奇遇記：特殊方法窺探

niceforbear 發布于2019-07-31 11:01 / 823人閱讀

摘要：在中，特殊方法以雙下劃線開始，以雙下劃線結束。真假值，如果向量模為，返回實現向量加法實現向量乘法，例如返回向量的模返回歐幾里德范數找個例子運行下。怎么辦中有個特殊方法，可以修改控制臺輸出的樣式。

什么是特殊方法？當我們在設計一個類的時候，python中有一個用于初始化的方法$__init__$，類似于java中的構造器，這個就是特殊方法，也叫作魔術方法。簡單來說，特殊方法可以給你設計的類加上一些神奇的特性，比如可以進行python原生的切片操作，迭代、連乘操作等。在python中，特殊方法以雙下劃線開始，以雙下劃線結束。

一個大例子

數學中有一個表示數的概念叫做向量，但是python中的數據類型卻沒有。我們來設法用python實現它。

首先考慮，向量跟普通的數據類型不同，傳統的數可以直接進行運算，向量則需要對不同的坐標分別運算。來試試。

首先定義一個類，實現初始化方法。

# 實現向量類型
class Vector:
    
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y

如何實現向量的加法？二維向量中，向量的加法就是每個坐標分別相加得到的結果。在python中有個$__add__$方法，用來進行加法操作。

class Vector:
    
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y

    # 實現向量加法
    def __add__(self, other):
        x = self.x + other.x
        y = self.y + other.y
        return Vector(x, y)

我們對x和y變量分別進行相加，然后返回Vector。在python你可以對字符串直接用加法拼接起來的原理就在此，python實現了針對字符串的add方法。

實現了加法，乘法的道理一樣，分別對每個坐標多帶帶相乘即可。

class Vector:
    
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y

    # 實現向量加法
    def __add__(self, other):
        x = self.x + other.x
        y = self.y + other.y
        return Vector(x, y)
    
    # 實現向量乘法，例如r*3
    def __mul__(self, scalar):
        return Vector(self.x*scalar, self.y*scalar)

我們在進行向量運算時還有一個常用的操作是求向量的模，我們用$__abs__$特殊方法來實現，abs一般用來求一個數的絕對值，向量用不到，用來求模剛好合適。使用math模塊中的hypot方法計算$sqrt(x^2+y^2)$。

class Vector:
    
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y
    
    # 真假值，如果向量模為0，返回false
    def __bool__(self):
        return bool(abs(self))

    # 實現向量加法
    def __add__(self, other):
        x = self.x + other.x
        y = self.y + other.y
        return Vector(x, y)
    
    # 實現向量乘法，例如r*3
    def __mul__(self, scalar):
        return Vector(self.x*scalar, self.y*scalar)

    
    # 返回向量的模
    # hypot()返回歐幾里德范數 sqrt(x*x + y*y)
    def __abs__(self):
        return hypot(self.x, self.y)

找個例子運行下。

v = Vector(2, 3)
print(v)
v2 = Vector(4, 5)
print(v+v2)
print(v+v2*2)

<__main__.Vector object at 0x000002B4B1843C50>
<__main__.Vector object at 0x000002B4B1843EF0>
<__main__.Vector object at 0x000002B4B1843898>

可以運行了，貌似是正確的，但是輸出的結果很奇怪。怎么辦？python中有個$__repr__$特殊方法，可以修改控制臺輸出的樣式。

class Vector:
    
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y
    
    # 真假值，如果向量模為0，返回false
    def __bool__(self):
        return bool(abs(self))

    # 實現向量加法
    def __add__(self, other):
        x = self.x + other.x
        y = self.y + other.y
        return Vector(x, y)
    
    # 實現向量乘法，例如r*3
    def __mul__(self, scalar):
        return Vector(self.x*scalar, self.y*scalar)
    
    # 返回向量的模
    # hypot()返回歐幾里德范數 sqrt(x*x + y*y)
    def __abs__(self):
        return hypot(self.x, self.y)
    
    # 實現__repr__方法，在控制臺打印向量時會輸出Vector(1, 2)
    # 實現__str__，使用str()返回字符串
    def __repr__(self):
        return "Vector(%r, %r)" % (self.x, self.y)

實現了$__repr__$方法，我們就可以在控制臺輸出Vecotor（x,y）。與之對應的有個$__str__$方法，使用str（）返回相應的字符串，展示給用戶。

現在來看下之前程序運行的結果。

v = Vector(2, 3)
print(v)
v2 = Vector(4, 5)
print(v+v2)
print(v+v2*2)
print(abs(v))

Vector(2, 3)
Vector(6, 8)
Vector(10, 13)
3.605551275463989

效果不錯。

通過實現特殊方法，自定義類型可以表現的跟內置類型一樣，讓我們能夠寫出更具有python風格的代碼。

除了上面說到的幾個特殊方法外，python還有差不多80多個特殊方法，比如$__len__$方法可以用來求長度，$__getitem__$可以使用haha[2]之類的操作進行切片和迭代等，同樣的還有$__setitem__$。

本人才疏學淺，上文中難免有些錯誤，還請各位品評指正。如果覺得寫的還行，歡迎關注我的公眾號MLGroup,帶你走進機器學習的世界。

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