Python - Funzione cache e decoratore

Sto giocando con le funzioni cache usando decoratori.

Per prima cosa, uso una funzione generica

def memorize(func):
    cache = {}
    print "printing cache"
    print cache
    print "cache printed"    
    def decor_func(*args):
        if args in cache:
            print "cached value is found"
            return cache[args]
        else:
            print "calculating the value"
            val = func(*args)
            cache[args] = val
            return val
    return decor_func

Quindi lo uso per decorare una funzione chiamata test

def test(n):
    return n

test_decorated = memorize(test)

Quindi ottengo i seguenti risultati

>>> test_decorated(1)
calculating the value
1
>>> test_decorated(2)
calculating the value
2
>>> test_decorated(1)
cached value is found
1
>>>

Puoi vedere che il secondo test_decorated(1) non eseguirà alcun calcolo, perché abbiamo già memorizzato nella cache il risultato.

Ora voglio capire ulteriormente, quindi definisco

def test_cached(n):
    cache = {}
    print "printing cache"
    print cache
    print "cache printed"    
    if n in cache:
        print "cached value is found"
        return cache[n]
    else:
        print "calculating the value"
        val = n
        cache[n] = val
        return val

Ho pensato che otterrò gli stessi risultati di cui sopra quando chiamo test_cached . Tuttavia, la risposta è NO e la funzione test_cached non ha memorizzato alcun valore calcolato. Ecco il risultato:

>>> test_cached(1)
printing cache
{}
cache printed
calculating the value
1
>>> test_cached(2)
printing cache
{}
cache printed
calculating the value
2
>>> test_cached(1)
printing cache
{}
cache printed
calculating the value
1
>>> 

Come puoi vedere, il secondo test_cached(1) ricalcola nuovamente il risultato.

Vorrei sapere perché questi due approcci danno risultati diversi, ad es. perché il primo approccio memorizza correttamente i risultati nella cache, ma il secondo fallisce