Question

我是Python的新手。我正在编写一个脚本，它将使用Runge-Kutta方法在数值上集成一组常微分方程。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)，该函数将为rk4提供它需要工作的导数。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，所以我写了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，出现错误：

  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

我接受它，因为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文件中导入特定的差异，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？

Answer 1

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，当你调用rk4时，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)

mercury接受diff作为参数也许是一个好主意，而不是从闭包（周围的代码）中获取它。然后，您必须像往常一样传递它 - 您在最后一行中对mercury的调用将显示为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），从某种意义上说它们可以用作参数，保存在列表中，分配给命名空间中的名称等等。

Answer 2

diff已经是模块mercury.py中的全局变量。但是为了在rk4.py中使用它，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，如@poorsod所建议的那样，将diff函数传递给rk4会更加优雅，同时避免了mercury.py和rk4.py之间的循环依赖，所以我建议你这样做。

在Python脚本中定义全局函数

2 个答案: