🏃‍♀️從 BMI計算 學python function 函式觀念與實作

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前言

在之前 從冷笑話 學python 基本輸出 print()已經學會如何用python來輸出訊息，

在 從閏年判斷 學 Python 的 if ... else ... 語法，

學會如何用進行流程控制和邏輯判斷。

接著，在上次的BMI(身體質量指標)計算教學裡，

學會如何用python來接收使用者輸入的訊息，並且做一些簡單的四則運算。

今天，在這次的BMI(身體質量指標)計算的續集裡，將學會funciton的基本觀念與實作，
把常用的功能封裝成可重複利用的元件: function。

觀念

function在數學上的觀念上是y = f(x) ，
給定輸入x，遵循固定的計算公式 或者 運算規則，計算出結果y。

function在程式領域的觀念也是類似的，

output = function( input )

給定輸入x，遵循固定的計算式 或者 運算、判斷邏輯，計算出結果輸出y。

白話地說，就是把一個特定常用的功能，封裝起來，變成可以重複利用的元件。

語法

口語的表達

定義一個含有計算規則的function，名字叫做f，輸入是x，輸出是y

對應的python語法

def f(x):

	... 此處實現真正的計算規則...
	return y
	

# 外面要呼叫function時，就用名字去呼叫，()內傳入輸入參數。
result = f(x)

範例1: 經典的問候

承接上次同樣的範例，我們可以發現打招呼的邏輯與語句其實是有規則的，
可以把打招呼的功能包裝成greeting function。

name = input("What is your name? ")

print(f"Hi, {name}. Nice to meet you.")

定義一個greeting function

對應的python程式碼如下

def greeting(name):
	
	message = f"Hi, {name}. Nice to meet you."
	return message

完整的測試python程式碼如下

def greeting(name):
	message = f"Hi, {name}. Nice to meet you."
	return message
	
name = input("What is your name? ")
print( greeting(name) )

輸入:

Tom

輸出結果:

What is your name? Tom
Hi, Tom. Nice to meet you.

之後，如果要產生好幾次打招呼的訊息，只要呼叫greeting(name)即可。

就算要修改打招呼的內容或格式，也只要修改greeting(name)就可以即時更新，作用在整份專案上。

範例2: e的近似值估計

e = 自然底數 = 自然常數 近似於 (1 + 1/n)的n次方 = (1 + 1/n)^n, n越大時越準確

可以發現n不管是多大的正整數，
e近似值的計算公式都是相同的，計算邏輯也是雷同的。

我們可以把計算(1 + 1/n)^n的過程封裝成一個近似值計算的function，隨著n值的不同，返回精確度不同的近似值。

定義一個近似值計算的function calc_e(n)

def calc_e(n):
    
    approx_e = (1 + 1/n) ** n
    return approx_e

接著，再定義一個近似值計算的function check_precision，
方便觀察近似值的準確度到小數點下第幾位。

def check_precision(val, target, decimal_place):
    
    return abs( int(val * 10**decimal_place) - int(target * 10**decimal_place) ) == 0

完整的測試python程式碼如下

import math

def calc_e(n):
    
    approx_e = (1 + 1/n) ** n
    return approx_e


def check_precision(val, target, decimal_place):    

    return abs( int(val * 10**decimal_place) - int(target * 10**decimal_place) ) == 0
   
   
places = {1: False, 2: False, 3:False}

print(f"e = {math.e} \n")

for n in range(1,5001):
    
    estimated_e = calc_e(n)
    
    for place in range(1,4):
        
        if check_precision(estimated_e, math.e, place) and not places[place]:
            
            print(f"approximated to {place} decimal place(s) at n = {n}")
            print(f"e ~ { estimated_e } \n")
            places[place] = True
      

輸出結果:

e = 2.718281828459045 

approximated to 1 decimal place(s) at n = 74
e ~ 2.7001396788468326 

approximated to 2 decimal place(s) at n = 164
e ~ 2.710040437932739 

approximated to 3 decimal place(s) at n = 4822
e ~ 2.718000019542224 

DEMO: BMI計算機

BMI = 體重(kg) / [ 身高(m) 的平方 ]

不論是誰，BMI的計算公式和提示訊息都是相同的。

我們可以把BMI的計算和訊息顯示封裝成function bmi_calc(weight, height)

在螢幕上顯示提示訊息，請使用者從鍵盤輸入體重和身高。

接著，在螢幕上顯示BMI和相對應的健康提示訊息。

一直反覆進行，直到使用者輸入-1離開程式。

def bmi_calc(weight, height):
    # 計算BMI
    bmi = weight / (height ** 2)
    
    # 顯示結果
    print(f"您的BMI值為：{bmi}")
    
    # 判斷BMI範圍
    if bmi < 18.5:
        print("體重過輕")
        
    elif 18.5 <= bmi < 25:
        print("體重正常")
        
    elif 25 <= bmi < 30:
        print("體重過重")
        
    else:
        print("肥胖")

    return


while True:
    print("\n假如要離開程式，請輸入-1")
    
    # 輸入體重和身高
    weight = input("請輸入體重（kg）：")
    
    # 字串轉成浮點數
    weight = float(weight)
    
    if weight == -1:
        break        
    
    height = input("請輸入身高（cm）：")
    
    # 字串轉成浮點數    
    height = float(height)
    
    if height == -1:
        break    

    # 公分轉換成公尺
    height = height / 100

    # 計算bmi
    bmi_calc(weight, height)

測試範例:

輸入 與 輸出結果

假如要離開程式，請輸入-1
請輸入體重（kg）：50
請輸入身高（cm）：170
您的BMI值為：17.301038062283737
體重過輕

假如要離開程式，請輸入-1
請輸入體重（kg）：70
請輸入身高（cm）：180
您的BMI值為：21.604938271604937
體重正常

假如要離開程式，請輸入-1
請輸入體重（kg）：-1

還有其他幾種不同的輸出結果，讀者可以試著輸入不同數值玩玩看。

結語

​function就相當於把一個常用的功能進行封裝，變成一個可以重複利用的小元件。

之後要使用這個功能就去call function即可。

之後要修改，也只要去修改對應的function定義，就可以套用到整份專案上。

讀者可以試著從生活中的範例開始練習，先定義出明確的輸入與計算規則，

接著寫幾個小程式測試一下是否與預期中的執行結果相符合。