map / reduce

Mr.Hope ... 2020-05-31 Python 大约 3 分钟

Python 内建了 map()reduce() 函数。

如果您读过 Google 的那篇大名鼎鼎的论文 “MapReduce: Simplified Data Processing on Large Clusters” (opens new window),您就能大概明白 map / reduce 的概念。

访问需要科学上网。

我们先看 map。map() 函数接收两个参数,一个是函数,一个是 Iterable,map 将传入的函数依次作用到序列的每个元素,并把结果作为新的 Iterator 返回。

举例说明,比如我们有一个函数 f(x)=x2f(x)=x^2 ,要把这个函数作用在一个 list [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] 上,就可以用 map() 实现如下:

            f(x) = x * x

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  ┌───┬───┬───┬───┼───┬───┬───┬───┐
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[ 1   2   3   4   5   6   7   8   9 ]

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[ 1   4   9  16  25  36  49  64  81 ]
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现在,我们用 Python 代码实现:

>>> def f(x):
...     return x * x
...
>>> r = map(f, [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9])
>>> list(r)
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
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map() 传入的第一个参数是 ff ,即函数对象本身。由于结果 r 是一个 Iterator,Iterator 是惰性序列,因此通过 list() 函数让它把整个序列都计算出来并返回一个 list。

您可能会想,不需要 map() 函数,写一个循环,也可以计算出结果:

L = []
for n in [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]:
    L.append(f(n))
print(L)
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的确可以,但是,从上面的循环代码,能一眼看明白“把 f(x)f(x) 作用在 list 的每一个元素并把结果生成一个新的 list”吗?

所以,map() 作为高阶函数,事实上它把运算规则抽象了,因此,我们不但可以计算简单的 f(x)=x2f(x)=x^2 ,还可以计算任意复杂的函数,比如,把这个 list 所有数字转为字符串:

>>> list(map(str, [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]))
['1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9']
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只需要一行代码。

再看 reduce 的用法。reduce 把一个函数作用在一个序列 [x1, x2, x3, ...] 上,这个函数必须接收两个参数,reduce 把结果继续和序列的下一个元素做累积计算,其效果就是:

reduce(f, [x1, x2, x3, x4]) = f(f(f(x1, x2), x3), x4)
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比方说对一个序列求和,就可以用 reduce 实现:

>>> from functools import reduce
>>> def add(x, y):
...     return x + y
...
>>> reduce(add, [1, 3, 5, 7, 9])
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当然求和运算可以直接用 Python 内建函数 sum(),没必要动用 reduce

但是如果要把序列 [1, 3, 5, 7, 9]变换成整数 13579,reduce 就可以派上用场:

>>> from functools import reduce
>>> def fn(x, y):
...     return x *10 + y
...
>>> reduce(fn, [1, 3, 5, 7, 9])
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这个例子本身没多大用处,但是,如果考虑到字符串 str 也是一个序列,对上面的例子稍加改动,配合 map(),我们就可以写出把 str 转换为 int 的函数:

>>> from functools import reduce
>>> def fn(x, y):
...     return x* 10 + y
...
>>> def char2num(s):
...     digits = {'0': 0, '1': 1, '2': 2, '3': 3, '4': 4, '5': 5, '6': 6, '7': 7, '8': 8, '9': 9}
...     return digits[s]
...
>>> reduce(fn, map(char2num, '13579'))
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整理成一个 str2int 的函数就是:

from functools import reduce

DIGITS = {'0': 0, '1': 1, '2': 2, '3': 3, '4': 4, '5': 5, '6': 6, '7': 7, '8': 8, '9': 9}

def str2int(s):
    def fn(x, y):
        return x * 10 + y
    def char2num(s):
        return DIGITS[s]
    return reduce(fn, map(char2num, s))
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还可以用 lambda 函数进一步简化成:

from functools import reduce

DIGITS = {'0': 0, '1': 1, '2': 2, '3': 3, '4': 4, '5': 5, '6': 6, '7': 7, '8': 8, '9': 9}

def char2num(s):
    return DIGITS[s]

def str2int(s):
    return reduce(lambda x, y: x * 10 + y, map(char2num, s))
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也就是说,假设 Python 没有提供 int() 函数,您完全可以自己写一个把字符串转化为整数的函数,而且只需要几行代码!

lambda 函数的用法在后面介绍。