（转载）北京理工大学：《Python语言程序设计》____笔记整理
# 这门课程是我最强烈推荐的python入门课程之一。原因有三：其一，其更加关注编程的思想，极具有启发性；其二，”小“但系统，可扩展性强；其三，有配套线上练习和测试。
# 本文将每次更新一个章节，直到课程结束。
# 本文从5.28--6.7日，历时11天，基本更新完毕，后面还有两张不属于python基础，后续将以demo的方式进行详细讲解。
第一章：程序设计基本方法
计算机与程序设计
编译和解释
-
计算机执行源程序两种方式：编译和解释
-
编译：将源代码一次性转换成目标代码的过程。执行编译过程的程序叫编译器
(compiler)。
-
解释：将原代码逐条转换成目标代码同时逐条运行的过程。执行解释过程的程序叫解释器
(interpreter)。
-
静态语言：使用编译执行的编程语言
(C/C++,java)
-
脚本语言：使用解释执行的编程语言
(Python,JavaScript，PHP)
程序的基本写法
-
IPO：
-
input输入:文件输入、控制台输入、交互输入、内部参数输入等。
-
process处理(主要逻辑)：算法（灵魂）
-
output输出：控制台、文件、网络、操作系统内部变量等输出。
计算机编程
能够训练思维：
计算机编程
python环境配置
略
实例1 --温度转换
题目本身简单，但学会这种思维，其他常见的"转换"问题解决方法同理。
Python程序语法元素分析
程序的格式框架
-
python中用
"缩进"表达程序的语法框架，表达代码间包含关系的唯一手段
-
注释：用于提高代码可读性的辅助文字，不被执行。
命名与保留字
-
变量：用来保存和表示数据的占位符号，变量采用标识符（名字）来表示。
-
命名：数字字母下划线。
-
"注意"：大小写敏感，数字不能放开头，不与保留字同。
-
python中共有
33个保留字，查询方法：
-
``
`
-
import
keyword
-
print(keyword.kwlist)
-
`
``
数据类型
-
字符串：由
0个或多个字符组成的
"有序"字符序列。
# 有序-->可以索引、切片
-
整数：数学中的整数
-
浮点数：数学中的实数，带有小数点部分
-
列表：由
0个或多个数据组成的
"有序"序列
语句与函数
Python程序的输入输出
-
input（）控制台输入
-
print（）控制台输出，格式化
-
注：这两兄弟，在控制台显示的时候，一个添加引号形成字符串，一个将字符串自动去掉引号。
-
补充：
"eval()"去掉参数最外侧引号并执行余下语句的函数
温度转换代码分析
略
第二章 Python基本图形绘制
2.1 深入理解Python语言
2.1.1计算机技术的演进
-
1946
-1981：计算机系统结构时代（
35年）：
-
1981
-2008：网络和视窗时代（
27年）
-
2008
-2016：复杂信息系统时代（
8年）
-
2016- ：人工智能时代
-
-
计算能力问题
-->交互问题-->数据问题-->人类的问题
2.1.2编程语言的多样初心
-
C: 性能
-
Java：跨平台
-
C++： 大规模程序
-
VB： 桌面应用
-
Python：计算时代演进的选择
Python语言的特点
-
C/
C++：python归python ，
c归
c
-
Java：针对特定开发和岗位需求
-
HTML
/CSS/
JS：不可替代的前端技术，全栈能力
-
其他语言：
R
/Go/
Matlab等，特定领域
工具决定思维：关注工具变革的力量！
超级语言的诞生
-
机器语言
--> 代码直接执行，与CPU有关
-
汇编语言
--> 助记符，汇编器，与CPU有关
-
高级语言
--> 编译器，与CPU无关
-
超级语言
--> 整合已有程序，庞大计算生态
== python是唯一的超级语言！ ==
2.2 实例2：Python蟒蛇绘制
== import turtle == 导入海归绘图库
"举一反三："
-
Python蟒蛇绘制问题是各类图形绘制问题的代表
-
--圆形绘制、五角星绘制、国旗绘制、机器猫绘制...
2.3 模块1：turtle库的调用
2.3.1 turtle库基本介绍
-
-
-注：turtle库是turtle绘图体系的python实现
-
-
-1969年诞生，是python标准库之一，入门级图形绘制函数库
-
-
-Python计算生态 = 标准库 + 第三方库
-
-
库Library、包Package、模快Module，统称模块
2.3.2 turtle绘图窗体布局
-
turltle
.
setup(
width,
height,
startx,
starty)
-
--注：
4个参数后两个可选，不选则默认在窗口的正中间，
setup（）不是必须的
2.3.3 turtle空间坐标体系
-
-
-1)绝对坐标：和数学中的坐标系（象限）知识相同
-
-
-turtle.goto(x,y)
-
-
-
-2)海龟坐标：后退<-->前进；左侧<-->右侧
-
-
-
-3)空间坐标体系：turtle.bk(d),turtle.fd(d),burtle.circle(r,angle)
2.3.4 turtle角度坐标体系
-
-
-1)绝对角度：0/360,90/-270,180/-180,270/-90
-
-
-turtle.seth(angle):改变海龟行进方向，angle为绝对度数，只改变方向不前进。
-
-
-
-2)海龟角度：turtle.left(angle),turtle.right(angle)
2.3.5 RGB色彩体系
-
-
-RGB指 红 蓝 绿 组合
-
-
-RGB整数值，小数值
-
-
-turtle.colormode(mode),默认小数值
2.4 turtle程序语法元素分析
2.4.1 库引用和 import
-
import turtle
-
turtle. 格式：
<a>.
<b>()
-
<库名>.
<函数名>(
<函数参数>)
-
或
<库别名>.
<函数名>(
<函数参数>)
2.4.2 画笔控制函数
-
penup(),
pendown(),
pensize(),
pencolor()
-
别名：
pu(),
pd()
-
pensize(width)
--> 别名：
width(width)
-
pencolor(color) 颜色字符串、
rgb值(三个小数值，或 一个元组小数值)
2.4.3 运动控制函数
-
fd(),circle(r,extent=None)
-
-
-r:默认圆心在海龟左侧r距离的位置
-
-
-extent：绘制角度，默认是360度整圆
2.4.4 方向控制函数
-
turtle
.setheading(
angle) 别名：
seth(
angle)
-
turtle
.left(),
turtle
.right()
第三章 基本数据类型
3.1 数字类型及操作
-
-
-3.1.1整数类型：与数学中概念一致，+|-均可，无范围限制
-
-
-pow(x,y)函数
-
-
-3.1.2 4种进制表示形式：
-
十进制，二进制(0b,0B开头)，八进制(0o,0O开头)，十六进制(0x,0X)
-
-
-
-3.1.3浮点数类型：浮点数范围和小数精度都存在限制，但常规计算可以忽略
-
浮点数间运算存在不确定尾数，发生在10E-16左右，不是bug
-
-
- round(x,d):对x四舍五入，d是小数截取位数。用于浮点数间运算及比较。
-
-
- 浮点数采用科学计数法表示e
-
-
-
-3.1.4复数类型：Z.real获得实部，Z.imag获得虚部
-
-
-
-3.1.5数值运算操作符：类型间可以混合运算，生成结果为“最宽”类型。
-
-
-
-数值运算函数：
-
-
- abs(x) 绝对值
-
-
- divmod(x,y) => 同时输出商和余数
-
-
- pow(x,y[,z]) => 幂余，(x**y)%z
-
-
- round(x[,d]) => 四舍五入，d小数位数，默认为0
-
-
- max()最大值
-
-
- min()最小值
-
-
- int(x)
-
-
- float()
-
-
- complex(x)
3.2 实例3：天天向上的力量
-
略
-
-
-
GRIT，坚毅，对长期目标的持续激情及持久耐力
-
-
GRIT是获得成功最重要的因素之一，牢记天天向上的力量
3.3 字符串类型及操作
3.3.1 字符串类型的表示
-
-
- 单引号，双引号；三引号
-
-
- 索引 [M]
-
-
- 切片 [M,N,K]
-
-
- 转义字符：\b回退，\n换行，\r回车（光标移到本行行首）
3.3.2 字符串操作符
-
-
- + 字符串拼接
-
-
- * 复制n次字符串
-
-
- in
3.3.3 字符串处理函数
-
-
- len(x)
-
-
- str(x) 任意类型所对应的字符串形式
-
-
- hex(x)或oct(x) 整数x的十六进制或八进制小写形式字符串
-
-
- chr(u) u为Unicode编码，返回其对应的字符
-
-
- ord(x) x为字符，返回其对应的Unicode编码
3.3.4 字符串处理方法
-
-
- S.lower()或S.upper() 返回字符串副本，全部字符小写/大写
-
-
- S.split(sep=None) 返回一个列表，由str根据sep被分隔部分组成
-
-
- S.count(sub) 返回子字符串sub在str中出现的次数
-
-
- S.replace(old,new)
-
-
- S.center(width[,fillchar])
-
-
- S.strip(chars)从str中去掉在其左侧和右侧chars中列出的字符。
-
-
- S.join(iter) 在iter变量除最后元素外每个元素增加一个S。例如：','.join("12345") #主要用于字符串分割
3.3.5 字符串类型的格式化
-
"{
<参数序号>:
<格式控制标记>}"
-
-
：
<填充>
<对齐>
<宽度>
<,>
<.精度>
<类型>
3.4 模块2：time库的使用
3.4.1 time库的基本介绍
-
时间获取：
time()
ctime()
gmtime()
-
时间格式化：
strftime()
strptime()
-
程序计时：
sleep(),
perf_counter()
3.4.2 时间获取
-
.time() 获取当前时间戳，即计算计算机内部时间值，浮点数。
-
-
.ctime()获取当前时间并以易读方式表示，返回字符串
-
-
.gmtime()获取当前时间，表示为计算机可处理的时间格式
3.4.3 时间格式化
-
.strftime(tpl,ts) : tpl是格式化模板字符串，用来定义输出效果，ts是计算机内部时间类型变量
-
t = time.gmtime()
-
time.strftime(
"%Y-%m-%d %H:%M:%S", t)
-
-
-
t = time.gmtime()
-
time.strftime(
"%Y-%m-%d %H:%M:%S", t)
-
-
timeStr =
"2018-01-26 12:55:20"
-
time.strptime(timeStr,
"%Y-%m-%d %H:%M:%S")
3.4.4 程序计时应用
-
start =
time.perf_counter()
-
end =
time.perf_counter()
-
end -
start
-
-
sleep(s) s拟休眠时间，单位是秒，可以是浮点数
3.5 实例4：文本进度条
-
这里理解一个重要的系统概念:刷新
-
本质：用后打印的字符串覆盖之前的字符串。不能换行(
end=)，要能回退\r
-
# TextProBarV3.py
-
import time
-
scale =
50
-
print(
"执行开始")
-
start = time.perf_counter()
-
for i
in range(scale +
1):
-
a =
"*" * i
-
b =
"." * (scale - i)
-
c = (i / scale) *
100
-
dur = time.perf_counter() - start
-
print(
"\r{:^3.0f}%[{}->{}]{:.2f}s".format(
c, a, b, dur), end=
"")
-
time.sleep(
0.1)
-
print(
"\n" +
"执行结束".center(scale
//
2
,
"-"
))
第四章 程序的控制结构
4.1 程序的分支结构
“程序的控制结构”：顺序结构、分支结构、循环结构
4.1.1 单分支结构
-
语法：
if
<条件>:
-
<语句块>
4.1.2 二分支结构
-
语法：
if
<条件>:
-
<语句块1>
-
else:
-
<语句块2>
-
-
紧凑形式：适用于简单表达式的二分支结构
-
<表达式1>
if
<条件>
else
<表达式2>
4.1.3 多分支结构
-
语法：
if
<条件1>:
-
<语句块1>
-
elif
<条件2>
：
-
<语句2>
-
...
-
else:
-
<语句块N>
注： 注意多条件之间的包含关系，注意变量取值范围的覆盖。 通俗点： 多分支结构中，如果一个分支判断条件通过后，会执行对应的语句块，之后结束分支程序。即使，后续的elif条件也满足，也不会执行对应的语句块.所以这里其实也有一个顺序关系。
4.1.4 条件判断及组合
-
-
-条件判断操作符：<,<=,>=,>,==,!=
-
-
-
-条件组合三个保留字：and,or,not
4.1.5 程序的异常处理
-
try:
-
<语句块
1
>
-
except
[<异常类型>]
：
-
<语句块
2
>
-
注：标注异常类型后，仅响应该异常，异常类型名字等同于变量。
-
高级使用：
-
-
try:
-
<语句块1>
-
except:
-
<语句块2>
-
else:
# 不发生异常的时候执行(奖励)
-
<语句块3>
-
finally:
# 一定会执行
-
<语句块4>
4.2 实例5：身体质量指数BMI
-
BMI = 体重
(Kg)/身高^
2
(m^2)
-
略
注：阅读代码的时候，快速的方法是：先搞懂分支的范围关系，再深入看每个分支在做什么。而不是从上到下的顺序结构。
4.3 程序的循环结构
###4.3.1 遍历循环
-
for <循环变量>
in <遍历结构>:
-
<语句块>
-
-
-从遍历结构中逐一提取元素，放在循环变量中。
-
-
-完整遍历所有元素后结束
-
-
-每次循环，所获得元素放入循环变量，并执行一次语句块
-
-
应用：计数循环、字符串遍历循环、列表遍历循环、文件遍历循环、等等
4.3.2 无限循环
-
while
<条件>:
-
<语句块>
4.3.3 循环控制保留字
-
-
break 跳出并结束当前循环，执行循环后的语句
-
-
-
continue 结束当次循环，继续执行后续次数循环
-
-
--
break和
continue可以与
for和
while循环搭配使用。
4.3.4 循环的高级用法
-
循环中增加
else:
-
<语句块
2>
-
-
-
-当循环没有被break语句退出时，执行else语句块
-
-
-else语句块作为“正常”完成循环的奖励
-
-
-这里else的用法与异常处理中else用法相似
4.4 模块3：random库的使用
4.4.1 random 标准库之一
-
-
-伪随机数：采用梅森旋转算法生成的(伪)随机序列中元素
-
-
-random库主要用于生成随机数
4.4.2 基本随机函数
-
seed(a=None)
--初始化给定的随机数种子，默认为当前系统时间
-
-
-random.seed(10) # 产生种子10对应的序列
-
-
-这个在实战中用的比较多，“确定”的伪随机数便于对程序进行复现。
-
-
random()
-
-
-生成一个[0.0，1.0)之间的随机小数
-
-
-random.random()
4.4.3 扩展随机数函数
-
>
1. randint(a,b) 生成[a,b]之间的整数
-
-
>
2. randrange(m,n[,k]) 生成一个[m,n)之间以k为步长的随机整数
-
-
>
3. getrandbits(k) 生成一个k比特长的随机整数
-
-
>
4. uniform(a,b) 生成一个[a,b]之间的随机小数
-
-
>
5. choice(seq) 从序列seq中随机选择一个元素
-
-
>
6. shuffle(seq) 将序列seq中元素随机排列，返回打乱后的序列
4.5 实例6：圆周率的计算
4.5.1 蒙特卡洛方法
-
from random
import random
-
from time
import perf_counter
-
DARTS =
1000 *
1000
-
hits =
0.0
-
start = perf_counter()
-
for i
in range(
1, DARTS+
1):
-
x, y = random(), random()
-
dist = pow(x **
2 + y **
2,
0.5)
-
if dist <=
1.0:
-
hits +=
1
-
pi =
4 * (hits / DARTS)
-
print(
"圆周率是：{}".format(pi))
-
print(
"运行时间是：{:.5f}s".format(perf_counter() - start))
第五章：函数的定义与使用
5.1.1 函数的理解和定义
-
函数是一段具有特定功能、可重用的语句组
-
降低编程难度 和 代码复用
-
-
def
<函数名>(
<参数(0个或多个)>)：
-
<函数体>
-
return
<返回值>
-
-
不调用不会被执行
5.1.2 函数的使用及调用过程
-
调用是运行函数代码的方式
-
-
调用时给出实际参数，替代定义中的形式参数
-
-
函数调用得到返回值
5.1.3 函数的参数传递
-
-
- 参数的个数：0，1，或多个。但是必须保留括号
-
-
-
- 可变数量参数，既不确定参数总数量
-
-
-
- 传递参数两种方式：位置参数，名称传递
5.1.4 函数的返回值
-
-
- return 保留字用来传递返回值
-
-
- 可以传，可以不传，可以传递0个，也可以传多个
5.1.5 局部变量和全局变量
-
-
- (一般函数外部是全局变量，函数内部的变量是局部变量)
-
-
规则一：局部变量和全局变量是不同变量
-
-
-局部变量是函数内部的占位符，与全局变量可能重名但不同
-
-
-函数运算结束后，局部变量被释放
-
-
-可以用 global保留字在函数内部使用全局变量
-
(这里还分可变类型和不可变类型)
-
-
规则二：局部变量为组合数据类型且未创建，等同于全局变量
-
-
使用规则：
-
-
基本数据类型，无论是否重名，局部变量与全局变量不同
-
-
可以通过global保留字在函数内部声明全局变量
-
-
组合数据类型，如果局部变量未真实创建，则是全局变量
5.1.6 lambda函数
-
无名，保留字，函数名是返回结果
-
-
<函数名> = lambda <参数>:<表达式>
-
-
-
-主要作用 特定函数或方法 的参数
-
-
- 固定使用方式，逐步积累掌握
-
-
- 一般情况，用def定义普通函数，慎用lambda
5.2 七段数码管 绘制
5.2.1 基本思路
-
-
-1. 绘制单个数字对应的数码管
-
-
-2. 获得一串数字，绘制对应的数码管
-
-
-3. 获得当前系统时间，绘制对应的数码管
分析单个数码管：
- 七段数码管由7个基本线条组成
- 七段数码管可以有固定顺序(抽象出一条可以首尾相连且不重不漏的路径)
- 不同数字显示不同的线条(通过pu，pd控制)
获取一段数字，绘制多个数码管：
- 每绘制完一个数字，向右移动一段距离，准备下一个数字的绘制
获取当前系统时间：
- time库
- 增加年月日标记： write 方法
- 年月日颜色不同标记
- 线条之间适当小间隔，提高颜值
5.2.2 理解思维方法
- 模块化思维：确定模块接口，封装功能
- 规则化思维：抽象过程为规则，计算机自动执行
- 化繁为简：将大功能变为小功能，分而治之(松耦合，紧耦合)
5.2.3 举一反三
- 绘制带小数点的七段数码管
- 带刷新的时间倒计时效果
- 绘制高级的数码管(多段)
5.3 代码复用与函数递归
5.3.1 代码复用与模块化设计
- 代码复用：把代码当成资源进行抽象
- 代码复用：|函数|和|对象|是代码复用的两种主要形式
- 函数：(将代码命名)：在代码层面建立了初步抽象
- 对象：(属性和方法):在函数基础上再次组织进行抽象
- 模块化设计：分而治之
- 模块化设计：紧耦合、松耦合
5.3.2 函数递归的理解
- 定义：函数定义中调用函数自身的方式
- 两个关键特征：
- 链条：计算过程存在递归链条
- 基例：存在一个或多个不需要再次递归的基例
- 类似数学归纳法：递归是数学归纳法思维的编程体现
5.3.3 函数递归的调用过程
- 递归的实现：函数+分支语句
- 递归本身是一个函数，需要函数定义方式的描述
- 函数内部，采用分支语句对输入参数进行判断
- 基例和链条，分别编写对应的代码
5.3.4 函数递归实例解析
- 字符串反转
- 斐波那契数列
- 汉诺塔 PS：学会找到基例和链条
5.4 模块：PyInstaller库的使用
5.4.1 概述
- 将.py源码转换成无需源代码的可执行文件
- 在命令窗口输入后回车可以查看对应的方法参数帮助
- 要配置Path，关闭后再开cmd窗口
实例8：科赫雪花小包裹
PS：分形几何，自然界常见
- 基本方法：
- 递归思想：函数+分支
- 递归链条：线段的组合
- 递归基例：初识线段
- 运用 PyInstaller库
- 举一反三
- 修改分形几何绘制阶数
- 修改科赫曲线的基本定义及旋转角度
- 修改绘制科赫雪花的基础框架图形
- 分形几何扩展：
- 康托尔集、谢尔宾斯基三角、门格海绵...
- 龙形曲线、空间填充曲线、科赫曲线...
- 函数递归的深入应用...
第六章 组合数据类型
6.1 集合类型及操作
- 6.1.1 集合类型定义
- 与数学中概念一致
- 集合元素之间无序，每个元素之间唯一，不存在相同元素
- 集合元素不可更改，不能是可变数据类型(为什么？集合定义：元素唯一不重复)
- 集合建立用{}表示，元素逗号分隔
- 建立集合用{}或set()
- 建立空集合必须是set()：因为Python中字典类型使用更多，所以{}给了建立空字典
- 6.1.2 集合间操作
- S | T 并
- S - T 差
- S & T 交
- S ^ T 补 PS：上述四种操作均返回一个新集合
- S <= T 或 S < T : 返回True/False，判断S和T的子集关系
- S >= T 或 S > T : 返回True/False，判断S和T的包含关系
- S|=T 更新集合S，包括在集合S和T中的所有元素
- S-=T 更新集合S，包括在集合S但不在集合T中的元素
- S&=T 更新集合S，包括同时在集合S和T中的元素
- S^=T 更新集合S，包括集合S和T中的非相同元素
- 操作函数或操作方法：
- S.add(x) 如果X不在集合S中，将X增加到S
- S.discard(x) 移除S中的元素X，如果x不在S中，不报错
- S.remove(x) 移除S中元素X，如果x不在S中，产生KeyError异常
- S.clear() 移除S中所有元素
- S.pop() 随机返回S的一个元素，更新S，若S为[空]产生KeyError异常
- S.copy() 返回集合S的一个副本
- len(S)
- x in S
- x not in S
- set(x) 其他变量转变为集合类型
- 6.1.3 集合类型应用场景
- 包含关系比较
- 数据去重
6.2 序列类型及操作
6.2.1 定义
- 序列是具有先后关系的一组元素
- 序列是一维元素向量，元素类型可以不同
- 元素间由序号引导，通过下标访问序列的特定元素
- 序列是一个基类类型
- 字符串、元组、列表
- 序号：反向递减，正向递增
- 序列是具有先后关系的一组元素
6.2.2 函数和方法
- 通用操作符(6个)
- in
- not in
- "+" ：拼接
- "*" : 复制
- s[i] : 索引
- s[i:j:k] : 切片
- 函数和方法(5个)
- len(s)
- min(s)
- max(s)
- s.index(x[,i,j])
- s.count(x)
- 通用操作符(6个)
6.2.3 元组类型及操作
- 元组是序列类型的一种扩展
- 不可修改
- ()或tuple()创建，元素间逗号分隔
- 可以使用或不用()
- 特殊：单个元组，元素后面要加逗号
- 元组继承序列类型全部通用操作符
- 创建后不可修改，所以没有特殊操作
- 元组是序列类型的一种扩展
6.2.4 列表类型及操作
- 序列类型的一种扩展
- 创建后可以随意被修改
- []或list()创建，元素间逗号分隔
- 列表中各元素类型可以不同，无长度限制
- 定义:方括号[]真正创建一个列表，赋值仅传递引用（贴标签）
- 函数和方法
- ls[i] = x 修改
- ls[i:j:k] = lt lt替换ls切片后所对应元素子列表
- del ls[i] 删除第i个元素
- del ls[i:j:k]
- ls += lt 更新列表ls，将lt元素增加到ls中。这里有个特殊点提一下：这里的操作不会重新开辟内存空间，本质上相当于ls.extend(lt)。
- ls *= n 更新列表ls，重复n次
- ls.append(x) 列表后面追加x
- ls.clear() 删除所有元素
- ls.copy() 生成一个新列表，赋值ls中所有元素
- ls.insert(i,x) 索引i的位置插入元素x
- ls.pop(i) 取出索引为i对应的元素并将它从列表中删除，默认i=-1
- ls.remove(x) 列表中出现的第一个x元素删除
- ls.reverse() 列表中元素反转
- 序列类型的一种扩展
6.2.5 序列类型应用场景
- 元素遍历：ls、tp
- 数据保护：tp
6.3 实例9：基本统计值计算
- 6.3.1 基本统计值计算 ——问题分析
- 总个数、求和、平均值、方差、中位数……
- len()
- for in 求和
- 均值：求和/总个数
- 方差： pow()函数
- 中位数：排序，然后……
- 6.3.2 实例讲解
- 略
- 6.3.3 举一反三
- 获取数据，控制台获取，多参数
- 函数：模块化设计
- 利用BIF函数
6.4 字典类型及操作
6.4.1 定义
- 理解"映射",key:value对
- list、tuple、str等序列类型是由python内部默认由0...N整数作为数据的默认索引
- 映射类型则由用户为数据定义索引
- 键(key)是数据索引的扩展
- 字典是键值对的集合，键值对之间无序
- 采用{}和dict()创建，键值对用冒号表示
- []用来向字典变量中索引或增加元素
函数和方法
- del d[k] 删除键k对应的键值对
- k in d[k] 判断键是否在字典中
- d.keys() 返回字典中所有键的信息，类似集合形式
- d.values() 返回字典中所有值的信息，类似集合形式
- d.items() 返回字典中所有键值对的信息，类似集合形式，键值对是以元组形式
- d.get(k,
) 键k存在，返回对应的值，否则返回 值 - d.pop(k,
) 键k存在，取出对应的值，否则返回 值 - d.popitem() 随机从字典中取出一个键值对，以元组形式返回
- d.clear() 删除所有键值对
- len(d) 返回字典中键值对的个数
应用场景
- 统计数据出现的次数，数据是键，次数是值
6.5 模块5：jieba库的使用
- 6.5.1 jieba库是优秀的中文分词第三方库
- pip安装
- 原理：依靠中文词库，通过汉字之间的关联概率判断，用户可以自定义添加特殊的分词词组，运用于特地的领域
- 三种分词模式
- 精确模式：精确分开，不存在冗余单词
- 全模式：所有可能词语扫描出来，有冗余
- 搜索引擎模式：精确模式基础上，对长词进行再次切分
- 常用函数：
- jieba.lcut(s) 精确模式
- jieba.lcut(s,cut_all=True) 全模式
- jieba.lcut_for_search(s) 搜索引擎模式，返回列表类型的分词结果，存冗余
- jieba.add_word(w) 向分词添加新词
6.6 实例10：文本词频统计
略
第七章 文件和数据格式化
7.1 文件的使用
7.1.1 文件的类型
- 文件是数据的抽象和集合
- 文件是存储在辅助存储器上的[数据序列]
- 文件是数据存储的一种形式
- 文件展现形态：文本文件和二进制文件
- 文本文件 VS 二进制文件
- 文本文件和二进制文件只是文件的展示方法
- 本质上：所有文件都是二进制形式存储
- 形式上，所有文件采用两种方式展示
- 文本文件：
- 由单一特定编码组成的文件，如UTF-8编码
- 由于存在编码，也被看成是存储着的长字符串
- 例如：.txt ， .py文件等
- 二进制文件：
- 直接由比特0、1组成，没有统一字符编码
- 一般存在二进制0，1的组织结构，即文件格式
- 例如：png、avi等
- 文件是数据的抽象和集合
7.1.2 文件打开和关闭
- 文件处理的步骤：打开——操作——关闭
文件的存储状态文件的占用状态a = opne( , )a.close()文件的存储状态文件的占用状态
-
读文件：3种方法 VS 写文件： 3种方法 -文件的打开： <变量名> = open(<文件名>，<打开模式>)
变量名：文件句柄
文件名：文件路径和名称(源文件同目录可省略)
打开模式：文本or二进制；读or写
补充：windows下，文件目录之间用\，这个和python冲突，解决方式两种：\\，或者用/ .
打开模式：
| 文件打开模式 | 描述 |
|---|---|
| "r" | 只读模式，默认值，若文件不存在，返回FileNotFoundError |
| "w" | 覆盖写模式，文件不存在则创建，存在则完全覆盖 |
| "x" | 创建写模式，文件不存在则创建，存在则返回FileExistsError |
| "a" | 追加写模式，文件不存在则创建，存在则在文件最后追加内容 |
| "b" | 二进制文件模式 |
| "t" | 文本文件模式，默认值 |
| "+" | 与r/w/x/a一同使用，在原功能基础上增加同时读写功能 |
文件关闭：变量名.close()
7.1.3 文件内容的读取
操作方法 描述 .read(size=-1) 读入全部内容，如果给出参数，读入前size长度 .readline(size=-1) 读入一行内容，如果给出参数，读入该行前size长度，每读取一行指针移动到下一行的行首。 .readlines(hint=-1) 读入文件所有行，以每行为元素形成列表。如果给出参数，读入前hint行。 -
- 文件的全文本操作
- 遍历全文本：方法一：一次读入read，统一处理
- 遍历全文本：方法二：按数量读入，逐步处理
-
fo = open(filename, "r")
-
txt = fo.read( 2)
-
while txt != "":
-
# 对txt进行处理
-
txt = fo.read( 2)
-
fo.close()
- 文件的逐行操作
- 逐行遍历文件：方法一:一次读入，分行处理。缺点：对于大文件读取速度慢
-
fo = open(filename, "r")
-
for line in fo.readlines():
-
print(line)
-
fo.close()
- 逐行遍历文件：方法二:分行读入，逐行处理。优点：大文件处理速度块
-
fo = open(filename, "r")
-
for line in fo: # 通过迭代器访问
-
print(line)
-
fo.close()
- 文件的全文本操作
- 7.1.4 数据的文件写入
| 操作方法 | 描述 |
|---|---|
| 向文件写入一个字符串或字节流 | |
| 将一个元素全为字符串的列表写入文件 | |
| 改变当前文件操作指针的位置，offset含义如下：0 - 文件开头；1 - 当前位置；2 - 文件结尾 |
-
fo = open(
"output.txt",
"w+")
-
ls = [
"中国",
"法国",
"美国"]
-
fo.writelines(ls)
-
fo.seek(
0)
# 否则，没有结果输出
-
for line
in fo:
-
print(line)
-
fo.close()
7.2 实例11：自动化轨迹绘制
7.2.1 问题分析
- 需求：根据脚本来绘制图形？
- 不是写代码而是写数据绘制轨迹
- 数据脚本是自动化最重要的第一步
7.2.2 实例讲解
- 基本思路：
- 步骤1：定义数据文件格式(接口)：个性化
- 步骤2：编写程序，根据文件接口解析参数绘制图形
- 步骤3：编制数据文件
- 基本思路：
7.2.3 举一反三
- 理解方法思维
- 自动化思维：数据和功能分离，数据驱动的自动运行
- 接口化设计：格式化设计接口，清晰明了
- 二维数据应用：应用维度组织数据，二维数据最常用
- 应用问题扩展：
- 扩展接口设计，增加更多控制接口
- 扩展功能设计,增加弧形等更多功能
- 扩展应用需求，发展自动轨迹绘制到动画绘制
- 理解方法思维
7.3 一维数据的格式化和处理
7.3.1 数据组织的维度：组织形式
- 一维数据：
- 由对等关系的有序或无序数据构成，采用线性方式组织
- 对应列表、数组和集合等概念
- 二维数据：
- 由多个一维数据构成，是一维数据的组合形式
- 表格是典型的二维数据，其中，表头是二维数据的一部分
- 多维数据
- 由一维或二维数据在新维度上扩展形成
- 比如，加入时间维度
- 高维数据
- 仅利用组基本的二元关系展示数据间的复杂结构
- 比如，字典嵌套
- 数据的操作周期：
- 存储<->表示<->操作
- 一维数据：
一维数据的表示
- 如果数据间有序：列表，for遍历
- 如果数据间无序：集合，for遍历
一维数据的存储
- 存储方式一：空格分隔
- 使用一个或多个空格分隔进行存储，不换行
- 缺点：数据中不能存在空格
- 存储方式二：逗号分隔
- 使用英文半角逗号分隔数据进行存储，不换行
- 缺点：数据中不能有英文逗号
- 存储方式三：其他方式，特殊字符
- 使用其他符号或符号组合分隔，建议采用特殊符号
- 缺点：需要根据数据特点定义，通用性较差
- 存储方式一：空格分隔
一维数据的处理
- 将存储的数据读入程序
- split方法
- 将程序表示的数据写入文件
- join(ls) 方法
- 将存储的数据读入程序
7.4 二维数据的格式化和处理
- 7.4.1 二维数据的表示
- list类型：二维列表
- 使用两层for遍历
- 外层列表中每个元素可以对应一行，也可以对应一列
- list类型：二维列表
- 7.4.2 CSV格式与二维数据存储
- 注：CSV：Comma-Separated Values
- 国际通用的一二维数据存储格式，后缀：.csv
- 每行一个一维数据，采用逗号分隔，无空行
- Excel可读入输出，一般编辑软件都可以产生
- 如果某个元素缺失，逗号仍要保留
- 二维数据的表头可以作为数据存储，也可以另行存储
- 逗号为英文半角逗号，逗号与数据之间无额外空格
- 7.4.3 二维数据的存储
- 按行、列存储都可以
- 一般习惯：ls[row][column],先行后列
- 根据一般习惯，按行存
- 7.4.4 二维数据的处理
- 读入处理：
-
fo = open(filename)
-
ls = []
-
for line in fo:
-
line = line. replace( "\n", "")
-
ls.append(line. split( ","))
-
fo.close()
-
- 写入处理：
-
ls = [[], [], []] # 二维列表
-
f = open(fname, "w")
-
for item in ls:
-
f.write( ",". join(item) + "\n")
-
f.close()
-
- 二维数据的逐一处理
- 采用二层循环
-
ls = [[], [], []] #二维列表
-
for row in ls:
-
for cloumn in row:
-
print(ls[row][column])
- 读入处理：
- 7.4.1 二维数据的表示
- - 7.5 模块6：wordcloud库的使用
略，后续会补充一篇文章，全面的解析各个case
- 7.6 实例12：政府工作报告词云
- 略
第八章 程序设计方法学
8.1 实例13：体育竞技分析
- 8.1.1 问题分析
- 需求：毫厘是多少？如何科学分析体育竞技比赛？
- 输入：球员水平
- 输出：可预测的比赛成绩
- 8.1.2 模拟N场比赛
- 计算思维：抽象+自动化
- 模拟：抽象比赛过程+自动化执行N场比赛
- 当N越大，比赛结果分析会越科学
- 8.1.3 比赛规则
- 双人击球比赛：A&B，回合制，5局3胜
- 开始一方先发球，直至判分，接下来胜者发球
- 球员只能在发球局得分，15分胜一局
- 8.1.4 自顶向下(设计)和自底向上(执行)
- 从总到分，分解大问题到计算机能解决的一个个小问题
- 解决复杂问题的有效方法
- 分单元测试，逐步组装，按照自顶向下相反的路径操作，直至系统各部分以组装的思路都经过测试和验证
- 逐步组建复杂系统的有效测试方法
- 8.1.5 实例讲解
- 程序总体框架及步骤
- 1.> 打印介绍信息
- 2.> 获得程序运行参数：proA，proB，n
- 3.> 利用球员A和B的能力值，模拟n局比赛
- 4.> 输出球员A和B获胜比赛的场次及概率
- 第一阶段：printInfo(),getInputs(),simNGames(),printSummary()
- 第二阶段：步骤三模拟N局比赛——再次分解
- simOneGame()
- 第三阶段：根据分数判断局的结束
- gameOver()
- 程序总体框架及步骤
- 8.1.6 举一反三
- 理解自顶向下和自底向上
- 自顶向下设计：分而治之
- 自底向上执行：模块化集成
- 自顶向下是“系统”思维的简化
- 应用问题的扩展
- 扩展比赛参数，增加对更多能力对比情况的判断
- 扩展比赛设计，增加对真实比赛结果的预测
- 扩展分析逻辑，方向推理，用胜率推算能力
- 理解自顶向下和自底向上
- 8.1.1 问题分析
8.2 Python程序设计思维
- 8.2.1 计算思维与程序设计
- 第三种人类思维特征：
- 逻辑思维：推理和演绎，数学为代表
- 实证思维：实验和验证，物理为代表
- 计算思维：设计和构造，计算机为代表，汉诺塔递归
- 计算思维(Computational Thinking)：抽象和自动化
- 抽象问题的计算过程，利用计算机自动化求解
- 计算思维是基于计算机的思维，工具决定使用方法
- 比如：求和；PI的计算；汉诺塔；天气预报；量化分析交易
- 计算思维基于计算机强大的算力和海量数据
- 抽象计算过程，关注设计和构造，而非因果
- 以计算机程序设计为实现的主要手段
- 第三种人类思维特征：
- 8.2.2 计算生态与Python语言
- 1983，Richard Stallman启动GNU项目
- 1989，GNU通用许可协议诞生
- 1991，Linus Torvalds发布了Linux内核
- 1998，网景浏览器开源，产生了Mozilla
- 1983大教堂模式-->1991，集市模式
- 开源思想深入演化和发展，形成了计算生态
- 竞争发展、相互依存、迅速更迭
- API != 生态
- API：应用程序编写接口，是设计出来的
- 生态：是野蛮生长而竞争淘汰的产物
- 计算生态的价值
- 计算生态的应用
- 编程的起点不是算法而是系统
- 编程的目标是为了快速解决问题
- 8.2.3 用户体验与软件产品
- 编程只是手段，不是目的，为人类服务是目的
- 提高用户体验的方法
- |进度展示(应用场景)|
- 程序需要计算时间，产生等待
- 若干步骤，需要提示用户并增加进度显示
- 程序存在大量次数循环
- |异常处理(应用场景)|
- 对用户输入的合规性进行检查
- 读写文件，对结果进行判断
- 当输入输出时，对运算结果进行判断，需要异常处理
- |其他方法(应用场景)|
- 打印输出：特定位置，输出程序运行的过程信息
- 日志文件：对程序异常和用户使用记录进行定期记录
- 帮助信息，给用户多种方式提供帮助信息
- |进度展示(应用场景)|
- 软件程序 ==>> 软件产品：用户体验是关键环节
- 8.2.4 基本的程序设计模式
- 从IPO开始
- 确定计算部分及功能边界
- 编写程序：将计算求解的设计变成现实
- 调试：确保按照正常逻辑能够正确执行
- 自顶向下设计
- 模块化设计
- 封装，主程序，子程序，分而治之
- 松耦合、紧耦合
- 配置化设计
- 程序引擎 + 配置文件
- 程序执行和配置分离，将可选参数配置化
- 将程序开发变成配置文件编写，扩展功能而不修改程序
- 关键在于接口设计，清晰明了，灵活可扩展
- 应用开发的四个步骤：
- 1.产品定义：功能(需求) + 商业模式
- 2.系统架构：关注数据流+模块化+体系架构
- 3.设计与实现：结合系统架构、结合可扩展性、灵活性等进行设计优化
- 4.用户体验：从用户角度思考应用效果
- 从IPO开始
- 8.2.1 计算思维与程序设计
8.3 Python第三方库安装
- 8.3.1 Python世界
- https://pypi.org/
- PyPI：Python Package Index
- PSF维护的展示全球Python计算生态的主站
- 学会检索并利用PyPI，关键词检索
- 8.3.2 第三方库的pip安装方法
- Win+r =>输入cmd回车，进入cmd，pip -h，可以常看常用命令及介绍
- 8.3.3 第三方库的集成安装方法
- Anaconda —— 数据计算
- 8.3.4 第三方库的文件安装方法
- 某些第三方库pip下载后，需要编译再安装
- 直接下载编译后的安装，推荐一个个人博客：http://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/
- 8.3.1 Python世界
8.4 模快7：os库的基本使用
os库是标准库，包含几百个函数，常用路径操作、进程管理、环境参数等几类
8.4.1 路径操作：os.path子库，处理文件路径及信息
- import os.path as op
函数 描述 os.path.abspath(path) 返回path在当前系统中的绝对路径 os.path.normpath(path) 归一化，统一用\\分隔路径 os.path.relpath(path) 返回相对路径 os.path.dirname(path) 返回Path中目录名称 os.path.basename(path) 返回path中最后的文件名称 os.path.join(path,*paths) 组合path，返回路径字符串 os.path.exists(path) 判断path对应文件目录是否存在，返回bool os.path.isfile(path) 判断path所对应是否为已存在的文件，返回bool os.path.isdir(path) 判断path所对应是否为已存在的文件，返回bool os.path.getatime(path) 返回path对应文件或目录上一次的访问时间 os.path.getmtime(path) 返回path对应文件或目录最近一次的修改时间 os.path.getctime(path) 返回path对应文件或目录的创建时间 os.path.getsize(path) 返回path对应文件的大小，以字节为单位 8.4.2 进程管理：启动系统中其他程序
- os.system(command)
- 执行程序或命令command
- 在windows系统中，返回值为cmd的调用返回信息
- eg1: os.system("C:\\windows\\System32\\calc.exe")
- eg2: os.system(C:\\windows\\System32\\mspaint.exe D:\\pycode\\grwordcloud.png")
8.4.3 环境参数：获得系统软硬件信息等环境参数
函数 描述 os.chdir(path) 修改当前程序操作的路径 os.getcwd() 返回程序的当前路径 os.getlogin() 获得当前系统登陆用户名 os.cpu_count() 获得当前系统的CPU数量 os.urandom(n) 获得n个字节长度的随机字符串，通常用于加解密运算
8.5 实例14：第三方库自动安装脚本
- 8.5.1 问题分析：第三方库自动安装脚本
- 8.5.2 优秀的第三方库 (PyPI搜，略)
- 8.5.3 举一反三：自动化脚本+
- 编写各类自动化运行程序的脚本，调用已有程序
- 扩展应用：安装更多的第三方库，增加配置文件
- 扩展异常检测：捕获更多异常类型，程序更稳定友好