Kapitel 14: Funktionen und Bibliotheken

Funktionen

Eine Funktion ist wie eine Maschine: etwas hineingeben, etwas herausbekommen. Funktionen lassen Sie Code in wiederverwendbare Bausteine verpacken, die Sie immer wieder verwenden können.

{: .chapter-diagram} Abbildung 14.1: Funktionen — Wiederverwendbare Bausteine {: .diagram-caption}

Wenn Sie def calculate_stress(force, area): return force / area schreiben, erstellen Sie eine Maschine namens calculate_stress, die zwei Eingaben nimmt (force und area), Arbeit verrichtet (sie dividiert) und das Ergebnis zurückgibt. Später können Sie diese Maschine überall verwenden: result = calculate_stress(1000, 4) gibt Ihnen 250.

Jede Funktion hat vier Teile. Der Name beschreibt, was sie tut (calculate_stress). Die Parameter sind die Eingaben, die sie braucht (force, area). Der Körper ist die Arbeit, die sie ausführt (return force / area). Die Rückgabe ist die Ausgabe, die sie produziert (der berechnete Spannungswert).

Funktionen sind wichtig, weil sie Code wiederverwenden lassen—einmal schreiben, viele Male verwenden. Sie organisieren Logik mit klaren Namen für klare Operationen. Sie machen Testen einfach, weil Sie isolierte Einheiten verifizieren können. Und sie zentralisieren Korrekturen—ändern Sie die Funktion einmal und alle Verwendungen werden aktualisiert.

Kernaussage: Funktionen = Wiederverwendbare Codebausteine. Einmal schreiben, überall verwenden.

Bibliotheken

Bibliotheken sind vorgefertigter Code, den Sie verwenden können. Sie sind Sammlungen von Funktionen, die andere geschrieben und getestet haben, damit Sie das Rad nicht neu erfinden müssen.

{: .chapter-diagram} Abbildung 14.2: Bibliotheken — Auf den Schultern von Riesen stehen {: .diagram-caption}

Ohne Bibliotheken braucht das Berechnen eines Durchschnitts fünf Zeilen manuellen Code: eine Summe initialisieren, durch Zahlen schleifen, die Summe akkumulieren, durch die Anzahl teilen. Mit Bibliotheken braucht es eine Zeile: import statistics dann statistics.mean(numbers). Eine Zeile, getestet, zuverlässig, korrekt.

Für Ingenieure sind bestimmte Bibliotheken unverzichtbar. Für Mathematik und Wissenschaft: numpy handhabt Arrays und Matrizen, scipy bietet Ingenieurberechnungen, pandas arbeitet mit Datentabellen, und math bietet grundlegende Operationen. Für Visualisierung: matplotlib erstellt Diagramme und Plots, plotly macht interaktive Visualisierungen, seaborn produziert statistische Grafiken. Für Dateien und Automatisierung: os verwaltet Dateioperationen, json liest und schreibt JSON-Daten, csv handhabt Tabellenformate, und datetime arbeitet mit Daten und Zeiten.

Wenn Sie etwas Spezifisches brauchen, fragen Sie KI: „Welche Bibliothek sollte ich für [Aufgabe] verwenden?" oder „Zeig mir, wie ich [Bibliothek] für [Ziel] verwende."

Kernaussage: Stehen Sie auf den Schultern von Riesen—verwenden Sie Bibliotheken! Jemand hat die meisten gängigen Probleme bereits gelöst.

Probieren Sie es selbst aus

Üben Sie mit Funktionen und Bibliotheken:

„Erstelle eine Funktion namens calculate_area, die Breite und Höhe nimmt und die Fläche zurückgibt"
„Welche Bibliothek sollte ich verwenden, um den Mittelwert einer Zahlenliste zu berechnen?"
„Zeig mir, wie ich pandas verwende, um eine CSV-Datei zu lesen"
„Erstelle eine Funktion, die eine Liste nimmt und nur Zahlen größer als 10 zurückgibt"
„Was macht numpy.array() und wann würde ich es verwenden?"
„Zeig mir, wie ich die math-Bibliothek importiere und verwende, um eine Quadratwurzel zu berechnen"

Kernaussage

Funktionen verpacken Code in wiederverwendbare Bausteine—einmal definieren, überall verwenden. Bibliotheken sind Sammlungen von Funktionen, die andere bereits geschrieben und getestet haben. Zusammen lassen sie Sie schnell leistungsfähige Programme bauen. Wenn Sie eine Fähigkeit brauchen, prüfen Sie zuerst, ob eine Bibliothek existiert. Wenn Sie Code schreiben, den Sie mehr als einmal verwenden werden, machen Sie eine Funktion daraus.

Im nächsten Kapitel erkunden wir, wie man mit Datenstrukturen und Dateien arbeitet.