Python应用之计算阶乘

2022-11-15 18:06:18 浏览数 (1)

1.背景知识

阶乘是基斯顿·卡曼(Christian Kramp,1760~1826)于 1808 年发明的运算符号。一个正整数的阶乘(factorial)是所有小于及等于该数的正整数的积,通俗的讲也就是按顺序从1乘到n,所得的那个数就是n的阶乘。0的阶乘为1,自然数n的阶乘写作n!。即:0!= 11!= 12!= 2 × 1!= 2 × 13!= 3 × 2!= 3 × 2 × 1n!= n × (n - 1)!= n × (n - 1) × (n - 2) ×...× 2 × 1 输入一个整数n,求其阶乘n!

1.1双阶乘

双阶乘用“m!!”表示。

当 m 是自然数时,表示不超过 m 且与 m 有相同奇偶性的所有正整数的乘积。如:

当 m 是负奇数时,表示绝对值小于它的绝对值的所有负奇数的绝对值积的倒数。

当 m 是负偶数时,m!!不存在。

自然数双阶乘比的极限

阶乘的逼近函数公式

对于正整数

2.如何解题

  • 用input函数请用户输入一个整数,因为负数无阶乘,需使用户输入的数为自然数
  • 根据阶乘的特点:n!= n × (n - 1)!= n × (n - 1) × (n - 2) ×...× 2 × 1,可用for循环、递归等方法求解
  • 需考虑特殊情况:0!= 1

3.解题方法

方法一:for循环

代码语言:javascript复制
a = int(input('请输入一个自然数:'))
result = 1
if a < 0:
    print('负数没有阶乘')
elif a == 0:
    print('0的阶乘为1')
else:
    for i in range(1, a   1):
        result *= i
    print(f"{a}的阶乘为{result}")

第1行: 定义变量a,用input函数使用户输入数字,int函数将其转换为整型

第2行: 创建一个存储阶乘运算结果的变量result,变量初始值为1

第3-10行: 用if...elif...else语句对用户输入的数值进行判断。若用户输入的数值小于0,输出“负数没有阶乘”;若用户输入的数值等于0,输出“0的阶乘为1”;否则用for循环遍历1 至 a 的整数,在每轮循环中,result都会与循环变量 i 相乘并将乘积结果再赋值给result,当for循环结束时,result的值就是自然数n阶乘的运算结果,最后用print函数输出阶乘结果。

方法二: 递归法

代码语言:javascript复制
def factorial(n):
    assert n >= 0, "请输入自然数"
    if n == 0:
        return 1
    return n * factorial(n - 1)


a = int(input('请输入一个自然数:'))
print(factorial(a))

第1行: 定义函数factorial,传入参数n

第2行: 用assert断言函数限定参数n大于或等于0,若大于或等于0,执行后面的代码,否则报错“AssertionError: 请输入自然数!​

第3-5行: 设定递归的结束条件,当 n 为 0时,返回值为1,否则返回值为n * factorial(n - 1)

第8行: 定义变量a,用input函数使用户输入数字,int函数将其转换为整型

第9行: 为参数n赋值为a,用print函数打印计算结果

方法三: reduce()函数

代码语言:javascript复制
from functools import reduce


def factorial(n):
    assert n >= 0, "请输入自然数"
    if n == 0:
        return 1
    return reduce(lambda x, y: x * y, range(1, n   1))


a = int(input('请输入一个自然数:'))
print(factorial(a))

第1行: 从functools模块中导入reduce()函数

第4行: 定义函数factorial,传入参数n

第5行: 用assert断言函数限定参数n大于或等于0,若大于或等于0,执行后面的代码,否则报错“AssertionError: 请输入自然数!”

第6-7行: 设定递归的结束条件,当 n 为 0时,返回值为1

第8行: 调用reduce函数,使用lambda 表达式输出前n项的积

第11行: 定义变量a,用input函数使用户输入数字,int函数将其转换为整型

第12行: 为参数n赋值为a,用print函数打印计算结果​

educe() 函数

reduce() 函数是functools模块中的一个函数,其作用是对参数序列中元素进行累积。

语法:reduce(function, iterable[, initializer])

参数说明:function:是包含两个参数的函数iterable :可迭代对象initializer :初始参数

代码语言:javascript复制
def prod(x, y):    
    return x   y
print(reduce(prod, [1, 2, 3, 4, 5]))  # 15

函数prod有两个参数x和y,迭代对象是[1,2,3,4,5],计算过程为((((1 2) 3) 4) 5),在函数function的两个参数中,左边的参数x是被累积的值,而右边的参数y是依次从序列中获取的值。可以使用lambda表达式来简化代码:

代码语言:javascript复制
print(reduce(lambda x, y: x   y, [1, 2, 3, 4, 5]))   # 15

lambda 表达式

Lambda 函数是Python中的匿名函数,也就是没有具体名称的函数,通常是在需要一个函数,但是又不想费神去命名一个函数的场合下使用 。​

lambda 表达式的两个要点:

  • lambda 表达式必须使用 lambda 关键字定义。 在 lambda 关键字之后、冒号左边为参数列表,可不带参数,也可有多个参数。若有多个参数,则参数间用逗号隔开,冒号右边为 lambda 表达式的返回值。

方法四: factorial()函数

代码语言:javascript复制
import math
a = int(input('请输入一个自然数:'))
result = math.factorial(a)
print(f"{a}的阶乘为{result}")

第1行: 导入模块math

第2行: 定义变量a,用input函数使用户输入数字,int函数将其转换为整型

第3行: 创建变量result,调用math模块中的factorial函数,传入参数a

第4行: print函数输出结果

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