Python学习（北理工MOOC）笔记
Python语言程序设计
第一周 Python基本语法元素
- 程序设计基本方法
- 编译和解释：
编译：将源代码一次性转换为目标代码的过程
解释：将源代码逐条的转换为目标代码同时逐条运行的过程，执行解释过程的程序叫做解释器。 - 根据执行方式不同编程语言分为两类：
静态语言（使用编译执行的语言）：C，C++，JAVA
脚本语言（使用解释器执行的语言）：python，PHP，JS
比较：静态语言一次性生成目标代码，优化更充分，程序运行更快；
脚本语言维护更灵活。 - 程序的基本编写方法：IPO方法，即输入，处理，输出
- Python开发环境配置
- 温度转换：
代码：
#TemperConvert
Tempstr = input("请输入带有符号的温度值：")
if Tempstr[-1] in ['F','f'] :
C =(eval(Tempstr[0:-1]) - 32)/1.8
print("转换后的温度是：{:.2f}C".format(C))
elif Tempstr[-1] in ['C','c'] :
F = 1.8 * eval(Tempstr[0:-1])+32
print("转换后的温度是：{:.2f}F".format(F))
else:
print("输入格式错误。")
语法元素分析：
- 缩进：表达程序的格式框架
缩进是语法的一部分，缩进不正确可能导致程序运行错误，缩进是表达代码间层次和关系的唯一手段。要求单一程序内缩进长度相同。 - 注释：单行注释用“#”开头；多行注释用“ ‘’’ ”开头和结尾。
- 命名与保留字：
字符串用单引号和双引号都可以
字符串的序号包含两种：正向递增序号（从0开始）和反向递减序号（从-1开始），可用于索引和切片 - 列表类型：
使用保留字in判断元素是否在列表中 - 赋值语句：
右侧的数据类型同时作用于变量，如input()返回字符串类型，所以Tempstr也是字符串类型 - 输入输出：
输入函数input()：从控制台获得用户输入的函数。
变量=input(<提示字符串>)
输出函数print():
print函数的格式化：print("转换后的温度是：{:.2f}F".format(F))
{ }表示槽后续变量（.format()中的变量）填充到槽中，.2f表示浮点类型保留两位数字 - 评估函数eval(): 去掉字符串外面的引号并执行余下的函数
eval(<字符串或字符串变量>)
例如：eval(“1”) 输出结果为1
eval(“1+2”) 输出结果为3
eval(’ “1+2” ‘) 输出 ‘1+2’
eval(’ print(“Hello”) ') 输出 Hello
- 编程练习
第二周 python基本图形绘制
- 深入理解python语言
计算机技术的演进
编程语言的多样初心
python语言的特点
“超级语言”的诞生
- 计算机技术的演进：
计算机系统结构时代1946-1981 解决计算能力问题
网络和视窗时代1981-2008 交互问题
复杂信息系统时代2008-2016 数据问题
人工智能时代2016- 人类的问题 - 编程语言的多样初心
c语言：
主要学习指针、内存、数据类型；
语言本质：理解计算机结构
解决问题：性能
JAVA语言：
学习内容：对象、跨平台、运行时
语言本质：理解主客体关系
解决问题：跨平台
适用对象：软件类专业
C++
学习内容：对象、多台、集成
语言本质：理解主客体关系
解决问题：大规模程序
适用对象：计算机类专业
VB
学习内容：对象、按钮、文本框
语言本质：理解交互逻辑
解决问题：桌面应用
python
学习内容：编程逻辑、第三方库
语言本质：理解问题求解
解决问题：各类问题 - python语言的特点
- 通用性是最大的特点
- python特点与优势：
- 语法简洁:
强制可读性
较少的底层语法元素
多种编程方式
支持中文字符
C代码量的10% - 生态高产：
有超过13万的第三方库
- 语法简洁:
- 如何看待python语言
- C/C++：python归python，C归C
- JAVA：针对特定开发岗位和需求
- HTML/CSS/JS：不可替代的前端技术
- 其他语言：R/Go、Matlab等，特定领域
- “超级语言“的诞生
机器语言：代码直接执行，与CPU型号有关
汇编语言：有助记符，汇编器，与CPU型号有关
高级语言：接近自然语言，编译器，与CPU型号无关
超级语言：粘性整合已有程序，具备庞大计算生态- 超级语言：
具有庞大的计算生态，可以很容易利用已有代码功能
编程思维不再是刀耕火种，而是集成开发
完成2+3功能的高级语言：result=sum(2+3)
python是目前唯一的超级语言
- 超级语言：
- 总结：
相比较于其他的语言，python语言的特点在于通用性，简洁性和生态性。python语言并不关注具体函数功能的实现以及与计算机底层的接口，存储等问题（这部分问题C语言更擅长处理），而是关注于问题的抽象与求解本身。python语言具有庞大的计算生态，很容易利用已有的代码功能，是目前唯一的超级语言。
- python蟒蛇绘制
- 蟒蛇绘制代码：
import turtle
turtle.setup(650,350,200,200)
turtle.penup()
turtle.fd(-250)
turtle.pendown()
turtle.pensize(25)
turtle.pencolor("purple")
turtle.seth(-40)
for i in range(4):
turtle.circle(40,80)
turtle.circle(-40,80)
turtle.circle(40,80/2)
turtle.fd(40)
turtle.circle(16,180)
turtle.fd(40*2/3)
turtle.done()
- 模块1：turtle库的使用
turtle库基本介绍
turtle库绘图窗体布局
turtle空间坐标体系
turtle角度坐标体系
RGB色彩体系
- turtle库基本介绍
入门图形绘制函数库，标准库 - turtle库绘图窗体布局
turtle.setup(width，height，startx，starty) 设置窗体大小及位置，4个参数中后两个可选，setup()不是必须的 - turtle空间坐标体系
包含绝对坐标和海龟坐标
turtle.goto(x, y)
海龟坐标：
turtle.fd(d) 向海龟的正前方向运行
turtle.bk(d) 向海龟的后方向运行
turtle.circle(r，angle) 以海龟左侧某一点为圆心画圆 - turtle角度坐标体系
绝对角度：
turtle.seth(angle) 改变海龟行进方向，只改变行进方向但不前进
海龟角度：
turtle.left(angle)
turtle.right(angle) - RGB色彩体系
由三种颜色通道组合构成所有颜色
RGB每色取值0-255或者0-1
默认采用小数值：turtle.colormode(mode) mode取1.0 或255
- turtle库语法元素分析
- 库引用与import
- 库引用：
使用import保留字，采用 a . b ( ) 编码风格 - 使用 from 库 import * 或者from 库 import 函数 可以直接使用库中的函数
- import 库名 as 别名 给调用的外部库关联一个更短、更适合自己的名字
- 库引用：
- 画笔控制函数：
- turtle.penup() 抬起画笔，海龟在飞行，不画东西
- turtle.pendown() 落下画笔，海龟在爬行
- turtle.pensize()别名turtle.width() 画笔宽度，海龟腰围
- turtle.pencolor(color) color 为颜色字符或者r, g, b值 海龟颜色，海龟涂装
- 运动控制函数：控制海龟走直线&走曲线
- turtle.fd(d)或turtle.forward(d) d为行进距离，可以为负数
- turtle.circle(r，angle)
- 方向控制函数
- turtle.seth(angle)或者turtle.setheading(angle)
- turtle.left(angle)
turtle.right(angle)
- 循环语句：
- for <变量> in range ( < 参数 > ) 表示从0到参数-1循环
- range( N )函数 产生从0到N-1的整数序列，共N个
range( M, N )函数，产生从M开始到N-1的整数序列
# 第三周 基本数据类型
- 数字类型及操作
- 整数类型：与数学中整数概念一致，有正有负，取值无穷大
- pow(x，y) 计算x的y次幂
- 四种进制表示形式：
十进制正常
二进制以0b或者0B开头，如：-0B101
八进制以0o或者0O开头，如：0o123
十六进制以0x或者0X开头，如：0X12a
- 浮点数：与数学中的实数概念一致，带有小数，数位有限制
- 浮点数运算存在不确定的尾数：
原因：计算机采用53位二进制表示小数部分，二进制表示小数可以无限接近但不能完全相同。
解决：浮点数间进行运算并需要比较时需用：round( x, d ) 对x进行四舍五入，d为小数截取位数
- 浮点数运算存在不确定的尾数：
>>>0.1+0.2
0.300000000004
>>>0.1+0.2 == 0.3
false
#解决方法
>>> round(0.1+0.2, 1) == 0.3
true
- 浮点数可以采用科学计数法表示：e，E
- 复数类型：
- z = 1.23e-4 + 5.6e + 89j
用 z.rael 获得实部，用 z.imag 获得虚部
- z = 1.23e-4 + 5.6e + 89j
- 数值运算操作符：
- x // y 整数除 10 // 3 结果是 3
- x % y 取余
- x ** y 幂运算（开方运算）
- 数值运算函数：
- abs( ) 取绝对值
- divmod( x, y ) 商余 如： divmod( 10, 3 ) 输出（3,1）
- max（x1，x2，… ，xn）取最大值
- min（x1，x2，… ，xn）取最小值
- int（x）将 x 转换为 int 类型，如：int（“123”）结果为整数123
- float（x）将 x 转换为 float 类型，如：float（“1.23”）结果为浮点数1.23
- complex（x）将 x 转换为复数
- 实例 3 ：天天向上的力量
- 字符串类型及操作
- 字符串有两类四种表示方式：
用一对单引号或双引号表示一行字符串
用一对三单引号或三双引号表示多行字符串
思考：如果想在字符串中包含单引号或者双引号怎么办？
用单引号包含双引号或用双引号包含单引号
如果希望在字符串中既包含单引号又包含双引号？
用三个单引号包含 - 字符串切片高级操作
string[ M, N, K ] 左闭右开，步长为K
逆序字符串，string[ ::-1] - 字符串中的转义字符
转义符表达特定字符的本意 - 字符串操作符
- x + y ：字符串连接
- x * n 或者 n* x ：复制n次字符串
- x in s ：如果 x 是 s 的子串，则返回 true ，否则返回 false
- 字符串处理函数
- len( ) 返回字符串的长度
- str( ) 将任意类型转化为字符串类型 如：str( [1, 2] ) 结果为 " [1, 2] "
- hex( ) 或者 oct( ) 将整数转换为其对应的十六进制、八进制小写字符串
hex( 425 ) 结果为0x1a9 oct( 425 ) 结果为0o651 - 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
Unicode编码方式：统一字符编码，几乎覆盖所有字符
- 字符串处理方法
方法在编程中也是一个特有名词，特指 a.b( ) 风格中的函数 b( )，字符串及变量也是a，存在一些方法- str.lower( ) 返回字符串的副本，字符全小写
- str.upper( ) 返回字符串的副本，字符全大写
- str.split( sep ) 返回一个列表，由 str 根据 sep 分割的部分组成
- str.count( sub ) 返回子串 sub 在字符串中出现的次数
- str.replace( old, new ) 返回字符串副本，所有 old 子串被替换为 new
- str.center( width, [ fillchar ] ) 字符串根据宽度 width 居中，剩余部分由fillchar填充
- str.strip( chars ) 从字符串中两侧去掉 chars 中列出的字符串
- str.join( iter ) 在 iter 字符串中除最后一个元素外，每个元素后面增加一个str字符串
如："，".join( ‘12345’ ) 结果为： 1,2,3,4,5
- 字符串类型的格式化
为了规范字符串的输出需要对其进行格式化，用 .format( ) 函数
<模板字符串>.format(< 逗号分隔的参数 >)- 槽：
- 槽：
- 模块二：time库的使用
-
time库基本介绍
time库是python中处理时间的基本库，他可以：- 计算机时间的表达
- 提供获取系统时间并格式化输出的功能
- 提供系统级的精确计时功能，用于程序性能分析
- 时间获取：time()，ctime()，gmtime()
- 时间格式化：strptime()，strftime()
- 程序计时：sleep()，perf_counter()
-
time库的使用：
- time.time() 获取计算机内部时间值，返回浮点数
- time.ctime()获取当前时间并以易读形式返回，返回字符串
- time.gmtime()获取当前时间并以结构体形式返回，以供后续处理操作
-
时间格式化：将时间以合适的形式展示出来
- 展示模板由特定的格式化字符组成
- 由time.strftime()实现
- 时间格式化的控制符
- time.strptime()将一段字符串解析成时间变量：
-
程序计时应用：指测量起止动作所经历的时间过程
- 测量时间：time.perf_counter()
- 产生时间：time.sleep() 让程序休眠
- 测量时间：time.perf_counter()
- 实例4：文本进度条
- 文本进度条：
分析：(1) 采用字符串方式打印可动态变化的进度条，需要能在一行中逐渐变化
(2) 采用sleep()模拟一个持续的进度 - 简单的开始
#TextProBarV1.py
import time
scale = 10
print("------执行开始------")
for i in range(scale+1):
a = '*' * i
b = '.' * (scale - i)
c = (i/scale)*100
print("{:^3.0f}%[{}->{}]".format(c,a,b))
time.sleep(0.1)
print("------执行结束------")
- 单行动态刷新
- 刷新的本质是用后打印的字符覆盖之前打印的字符
- 不能换行，print需要被控制
- 要能回退，输出后光标移动到输出前的位置“\r”
#TextProBarV2.py
import time
for i in range(101):
print("\r{:3}%".format(i), end="")
time.sleep(0.1)
== 注意：print( “\r”.format( ), end = “” )正常情况下print输出后会自动在后面加上换行符，但是这里我们通过让end为空取消了,此外，我们通过\r使得每次打印前光标在行首==
- 文本进度条实例完整效果：
#TextProBarV3.py
import time
scale = 50
print("执行开始".center(scale//2, "-"))
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,'-'))
第四周 程序的控制结构
- 紧凑形式：注意此时 if 和 else 对应的是表达式，而不是语句
- 异常处理：
- 获取多个输入
height, weight = eval(input("请输入身高(米)和体重(公斤)[逗号隔开]: "))
- 字符串遍历循环：for c in s：
- 列表遍历循环： for item in list：
- 文件遍历循环：for line in fi：（fi是文件标识符，遍历每行）
- 循环的拓展：循环与else 语句
- 模块三：random库的使用：
- 蒙特卡罗方法求圆周率：
#CalPiV2.py
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 = hits + 1
pi = 4 * (hits/DARTS)
print("圆周率值是: {}".format(pi))
print("运行时间是: {:.5f}s".format(perf_counter() - start))
第五周 函数和代码复用
- 字符串反转：
- 汉诺塔
- 分析：只需要关心最简单情况（基例）和从n-1到n情况（链条）即可
最简单情况：n=1
从n-1到n情况：先把n-1个挪到中间柱子上，再把第n个挪到目标柱子上，最后把n-1个挪到目标柱子上
- 分析：只需要关心最简单情况（基例）和从n-1到n情况（链条）即可
- 模块4：PyInstaller库的使用
- PyInstaller库概述：
- 将.py源代码转换为无需源代码的可执行文件
- 安装第三方库需要pip工具
（cmd）中：pip install pyinstaller