[Py] Higher-order Function (고차함수)

정의 : 

Higher-order function(고차 함수)란, 다음 조건 중 하나 이상을 충족하는 function를 가리킴:

1. 다른 함수를 argument로 받을 수 있는 function
2. 다른 함수를 반환할 수 있는 function

즉, Higher-order function이란
function을 다루는 function이라고 생각하면 됨.

 

original: https://medium.com/analytics-vidhya/higher-order-functions-python-716f508a8f41

 

Python에서는 function이 1급 객체(First-class object)이기 때문에,

• function이 argument(인수)로 다른 function에 넘겨지거나,
• 다른 function에서 return value(반환값)으로 사용되는 것이 가능함.

2023.07.15 - [Python] - [Python] first-class object (일급객체)

[Python] first-class object (일급객체)

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Higher-order Function(고차함수)의 특징 : 

1. function을 variable처럼 취급
   • function이 variable에 할당되거나
   • 다른 function에 argument로 전달될 수 있음.
2. function의 조합 및 추상화 지원
   • 복잡한 연산을 간결하게 표현.
   • 주로 function을 return value로 반환.

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High-order Function(고차 함수)의 예시 : 

1. 다른 함수를 argument(인수)로 받는 Higher-order function

Python의 map, filter, reduce 등등.

 

map: 각 요소에 대해 지정된 함수를 적용하여 새로운 sequence를 얻음 .

nums = [1, 2, 3, 4]
squared = map(lambda x: x ** 2, nums)
print(list(squared))  # [1, 4, 9, 16]

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filter: 조건을 만족하는 요소만을 포함한 sequence 반환.

nums = [1, 2, 3, 4, 5]
evens = filter(lambda x: x % 2 == 0, nums)
print(list(evens))  # [2, 4]

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reduce: 누적 계산 수행.

from functools import reduce
nums = [1, 2, 3, 4]
product = reduce(lambda x, y: x * y, nums)
print(product)  # 24

 

lambda expression(= annonymous function)과 같이 사용되는 경우가 많음.

2023.07.07 - [Python] - [Python] lambda expression and map, filter, reduce.

[Python] lambda expression and map, filter, reduce.

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2. 다른 함수를 반환하는 Higher-order Function

Higher-order function은 function를 반환하여
새로운 기능을 가진 함수 를 만들 수 있음.

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2-1. Closure 패턴

2023.07.15 - [Python] - [Python] Closure

[Python] Closure

 

다음은 exponent를 다르게 설정한 제곱함수를 반환해주는 함수의 구현을 보여줌.

def power(exponent):
    def inner(base):
        return base ** exponent
    return inner

square = power(2)  # 제곱 함수 생성
cube = power(3)    # 세제곱 함수 생성

print(square(4))  # 16
print(cube(2))    # 8

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2-2. Decorator

2023.08.18 - [Python] - [Python] Decorator

[Python] Decorator

 

Decorator는 Higher-order function의 대표적인 사례임:

def my_decorator(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("Before function call")
        result = func(*args, **kwargs)
        print("After function call")
        return result
    return wrapper

@my_decorator
def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

greet("Alice")

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이 외에 Python의 functools.partial, functools.singledispatch 등이 대표적인 사례임.

functools 모듈은 Python의 표준 라이브러리에 포함된 모듈로,
주로 고차 함수(higher-order function) 또는 함수형 프로그래밍 스타일을 구현하는 데
유용한 function들을 제공함.
즉, 이 모듈의 주요 목적은 함수와 관련된 작업을 쉽게 수행할 수 있도록 돕는 유틸함수를 제공하는 것임.

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2-3. functools.partial

• 특정 function의 특정 arguments를 미리 고정하여 새 함수를 생성하는 function.
• 반복적으로 동일한 arguments를 전달해야 하는 경우 주로 이용됨.

from functools import partial

def multiply(x, y):
    return x * y

double = partial(multiply, y=2)  # y 값을 2로 고정
print(double(5))  # 10

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2-4. functools.singledispatch

singledispatch는 첫번째 단일 인자 (=single) 타입을 기준으로 dispatch(디스패치)하는 overloading을 구현.

• 일종의 generic function을 구현하는데 사용됨.
• overloading을 python에서 가능하게 해줌.
  • 첫번째 argument의 type에 따라 다른 function호출이 가능해짐.
  • arguments의 조합에 따른 dispatch를 수행하는 multipledispatch가 아님을 주의
• class의 메서드로도 사용가능하나, __init__에서는 동작안함
• 생성자를 위해선 singledispatchmethod 이용할 것.

참고로 "dispatch" 는 "전달하다, 분배하다, 할당하다" 등의 의미를 가지며,
프로그래밍에서는 특정 조건에 따라 실행할 함수를 선택 또는 호출하는 과정을 가리킴.
즉, type, value, 또는 다른 조건에 따라 function이나 method를 호출시키는 것을 가리킴.

2023.07.13 - [Python] - [Python] overloading, overriding, and special methods

[Python] overloading, overriding, and special methods

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다음은 argument가 int 인지 str인지에 따라 다르게 dispatch되는 function 을 구현한 예제임.

from functools import singledispatch

@singledispatch
def process(data):
    print("Default:", data)

@process.register(int)
def _(data):
    print("Processing int:", data)

@process.register(str)
def _(data):
    print("Processing str:", data)

process(10)       # Processing int: 10
process("hello")  # Processing str: hello
process([1, 2])   # Default: [1, 2]

• register로 사용된 함수의 이름이 _로 쓰는 이유는 대부분 이후로 사용되지 않기 때문임.
• 관례적으로 많이 사용되는 방식이나 강제 사항의 아니며 다음과 같이 구현해도 문제 없음.

from functools import singledispatch

@singledispatch
def process(data):
    print("Default:", data)

@process.register(int)
def process_int(data):
    print("Processing int:", data)

@process.register(str)
def process_string(data):
    print("Processing str:", data)

process(10)        # Processing int: 10
process("hello")   # Processing str: hello
process([1, 2, 3]) # Default: [1, 2, 3]

 

class에서의 method에 적용할 때는 singledispatchmethod를 사용하는 게 좋음
(생성자도 커버하는 장점을 가지나, Python 3.8 이후부터만 지원됨.)

from functools import singledispatchmethod

class MyClass:
    @singledispatchmethod
    def __init__(self, arg):
        raise TypeError(f"Unsupported type: {type(arg)}")

    @__init__.register(str)
    def _(self, arg):
        print(f"Initialized with a string: {arg}")
        self.data = arg.upper()

    @__init__.register(int)
    def _(self, arg):
        print(f"Initialized with an integer: {arg}")
        self.data = arg * 10

# 사용 예시
obj1 = MyClass("hello")  # Initialized with a string: hello
print(obj1.data)         # HELLO

obj2 = MyClass(5)        # Initialized with an integer: 5
print(obj2.data)         # 50

obj3 = MyClass(3.14)     # TypeError: Unsupported type: <class 'float'>

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3. Higher-order Function의 유용성

• 코드 재사용성: 공통 패턴을 함수로 추출하여 재사용 가능.
• 가독성 향상: 복잡한 연산을 간결하게 표현.
• 유연성: 함수를 동적으로 생성하거나 조합 가능.

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같이 보면 좋은 자료들

2023.10.06 - [Pages] - [Python] function 과 Scope, Name Space 정리

[Python] function 과 Scope, Name Space 정리 - Summary

https://medium.com/analytics-vidhya/higher-order-functions-python-716f508a8f41

Higher-Order Functions — Python

2023.07.15 - [Python] - [Python] first-class object (일급객체)

[Python] first-class object (일급객체)

 

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