【python】Python语言程序设计/嵩天老师入门课程笔记整理

1、python开发环境配置

1.1 程序语言分类（执行方式）：

（1）静态语言：使用编译执行的编程语言 C、C++、java
（2）脚本语言：使用解释执行的编程语言 python、PHP、javascript

1.2 python程序语法元素分析：

（1）缩进、注释、命名、变量、保留字
（2）数据类型、字符串、整数、浮点数、列表
（2）赋值语句、分支语句、函数

1.3 python保留字

2、python绘图

2.1 编程语言概述

C 理解计算机系统结构 性能 底层程序
Java 理解主客体关系 面向对像 跨平台
C++ 理解主客体关系 大规模程序 核心编程
VB 理解交互逻辑(人机交互) 桌面应用
Python 理解问题求解 各类问题 通用语言

python优势：语法简洁、生态高产

编程语言层级：机器语言、汇编语言、高级语言、超级语言（庞大生态）

2.2 turtle库使用

库引用：
import turtle 常用方式
import turtle as t 更改库名
from turtle import* 后续函数前无需库名

常用函数：
setup(1000,1000,50,50) 长、宽、距屏幕左上角x、距屏幕左上角y
fd(100) 前进100
pendown()/penup() 画笔放下/抬起
pensize(20) 画笔尺寸20
pencolor(“red”) 红色画笔
seth(60) 绝对角度60度
right(60)/left(60) 向右/左转60度
circle(30,90) 30为半径，画90度弧形（默认圆心在当前方向左侧）
done() 绘制完成

3、基本数据类型

3.1 数据类型

整数->浮点数->复数（最宽类型）

整数类型：与数学中概念一致 pow(x,y),计算x的y次方
浮点数类型：带小数点的数字
浮点数之间运算存在不确定尾数，不是bug
round(x,d)，对x四舍五入，d是小数截取位数 用于辅助浮点数之间的运算
复数类型：很少使用

四种进制：
十进制：1019、-217
二进制：0b、0B开头 0b010
八进制：0o、0O开头 0o123
十六进制：0x、0X开头 0X9a

3.2 操作符及运算函数

（1）操作符
+、 -、 * 、/、//（整数除，结果取整）
+x x本身
-x x负值
x%y 余数，模运算，10%3==1
xy** x的y次幂,等同于pow(x,y)

（2）运算函数
abs(x) 绝对值
divmod(x,y) 同时输出商和余数
int(x) 对x取整
float(x) 变成浮点数
complex(x) 变成复数

3.3 字符串类型和操作

2类4种
（1）由一对单引号或双引号表示，单行字符串
（2）一对三单引号或三双引号表示，可表示多行字符串，三单引号可当注释用

字符串序号
正向递增（0、1、2、3…）、反向递减(-1、-2、-3…)

[M] 索引某个字符
[M：N] 切片，不包括N 其中M、N可缺失
[M:N:K] 根据步长K切片 [::-1]将字符串逆序
转义符反斜杠 放在字符前表示字符本意
"\b" 回退
"\n" 换行
"\r" 回车（光标移到行首）

字符串处理函数
len(x) 字符串长度
str(x) 任意x转化为对应字符串
hex(x) 整数x变为十六进制小写字符串
oct(x) 整数x变为八进制小写字符串
chr(u) unicode编码返回字符
ord(x) 字符x转化为unicode编码 python中字符都是unicode编码（统一字符编码）

字符串处理方法
str.lower()/str.upper() 返回字符串的副本，全部小/大写
str.split(step-None) 返回一个列表，由str根据sep被分隔的部分组成
str.count(sub) 返回子串sub在字符串中出现的次数
str.replace(old,new) 旧字符串替换为新字符串
str.center(width,fillchar) 字符串根据宽度居中，其它填充
str.strip(chars) 去掉字符串中在chars中列出的字符
str.join(iter) 字符串中除了最后一个字符外，每个字符后加一个, 用于字符分隔

字符串类型的格式化

format()方法控制槽内部对格式化的配置方式 {<参数序号>:<格式控制标记>}

格式化符号：

例如：“{0:=^20}”.format(“python”) 等号填充 居中对齐 宽度20
默认空格填充，左对齐

3.4 time库的使用

常用函数
time() 获取当前计算机内部时间戳，浮点数 time.time()
ctime() 获取当前时间并返回字符串 最简单
gmtime() 获取当前时间，表示为计算机可处理的时间格式

时间格式化
strftime(tpl,ts) tpl为格式化模板字符串，定义输出效果 ；ts 为计算机内部时间类型变量

>>>t=time.gmtime()
>>>time.strftime(“%Y-%m-%d %H : %M:%S”,t)  #年月日时分秒

strptime(str,tpl) str 为字符串形式的时间值 ；tpl 为格式化模板字符串，定义输入效果

程序计时应用
perf_counter() 返回一个CPU级别的精确时间计数值，单位为秒，连续调用求差值才有意义 =========>可用于分析程序性能，进而优化
*sleep(s) 程序休眠s秒，s可以是浮点数

4、程序的控制结构

4.1 分支结构

二分支的简洁结构（紧凑）：
<表达式1> if <条件> else <表达式2>
条件为真，返回表达式1的值，条件为假，返回表达式2的值

多分支结构：
if:
elif:
else:

异常处理：
try:
<语句块1>
except:
<语句块2>

4.2 循环结构

遍历循环
for <循环变量> in <遍历结构>
计数、字符串、列表、文件~

无限循环
while <条件> ：
<语句块>

Ctrl+C 退出执行当前程序

end="" 传递一个空字符串，这样print函数不会在上一个字符串末尾添加换行符

循环控制保留字：
break: 跳出并结束当前整个循环，执行循环后的语句（这次循环不执行）
continue： 结束当次循环，继续执行后续次数循环（不打破当前循环）

4.3 random库概述

伪随机数：使用梅森旋转算法生成的伪随机序列中的元素

包括两类函数，常用共8个
基本随机函数： seed() 、random()
扩展随机函数： randint() 、getrandbits() 、uniform() 、randrange() 、choice() 、shuffle()

常用函数：

随机函数的使用需要掌握的几大能力

• 能够利用随机数种子产生“确定”伪随机数
• 能够产生随机整数
• 能够对序列类型进行随机操作

换行符 / 可将一行长代码分拆到多行

5、函数和代码复用

5.1 函数定义与使用

定义：一段代码的表示，具有特定功能的可重用语句组
作用：降低编码难度、代码复用

一般情况
def <函数名>(<参数>)：
<函数体>
return <返回值>
#未定参数是一种占位符，可以无参数，但参数的括号必须保留

可选参数传递
def <函数名>(<非可选参数>，<可选参数>)：
<函数体>
return <返回值>
#可选参数一定在后面，计算时如果没有给定可选参数，则按默认的可选参数计算，否则按照给定值计算

还有一种可变参数，def f(x,*b)

参数传递的两种方式 def fact(n,m=1)

• 按照位置:fact(10,5)
• 按照名称: fact(m=5,n=10)

函数的返回值

• 函数可以返回0个或多个结果，不一定有return
• return后返回值之间用逗号隔开即可

局部变量和全局变量
局部：函数内部变量
全局：程序全局变量

规则：（详见5.1视频6的5min附近）

• 局部与全局变量不同，局部是内部占位符，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，可以使用global保留字在函数内部使用全局变量
• 局部变量为组合数据类型且未创建，等同于全局变量

ls.append(a) ls是列表类型，未真实创建则等同于全局变量
若先有ls=[]，则被真实创建，属于局部变量

lambda函数

• 谨慎使用，主要用作一些特定函数或方法的参数，建议用def定义
• 匿名函数，返回函数名作为结果
• 用于定义简单的、能够在一行内表示的函数
  <函数名> = lambda <参数> : <表达式>
  #可以无参数

>>>f=lambda x,y : x+y
>>>f(10,15)
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5.2 代码复用

把代码当成资源进行抽象

代码资源化：程序代码是一种用来表达计算的”资源”
代码抽象化：使用函数等方法对代码赋予更高级别的定义，函数是代码的一种抽象
代码复用：同一份代码在需要时可以被重复使用
模块化设计：通过函数或对象封装将程序划分为模块及模块间的表达
具体包括：主程序、子程序、子程序之间的关系
紧耦合、松耦合：模块内部紧耦合，模块之间松耦合

函数递归的理解
函数定义中调用函数自身的方式

递归两个关键特征：

• 链条：计算过程存在递归链条
• 基例（基础的实例）：存在一个或多个不需要再次递归的基例

递归3个步骤：

• 函数+分支结构
• 递归链条
• 递归基例

5.3 pyinstall库的使用

将python源代码打包成可执行文件exe

常用参数：

6、组合数据类型

基本数据类型：集合类型、序列类型（元组、列表）、字典类型

• str字符串
• list列表
• dict字典
• tuple元组

6.1集合类型及操作

定义：多个元素的无序组合（与数学中概念一致、元素无序唯一、不可更改（即无可变数据类型））

• 用{}表示，元素之间用逗号分开
• 建立集合类型用{}或set()
• 建立空集合类型必须用set()

操作符：

增强操作符：

操作函数或方法：

集合类型应用场景

• 包含关系比较
• 数据去重（最重要）

6.2 序列类型及操作

定义：具有先后关系的一组元素

• 一维元素向量，元素类型可以不同
• 类似数学序列
• 元素间由序号引导，通过下标访问序列的特定元素

分类：字符串类型、元组类型、列表类型

6个操作符：

5个函数和方法：

序列类型应用场景

• 元组用于元素不改变的场景，更多用于固定搭配场景
• 列表更加灵活，它是最常用的序列类型

最主要作用：表示一组有序数据，进而操作它们

• 元素遍历
• 数据保护（如果不希望数据被程序所改变，就转换成元组类型，多用于多人合作过程）

6.2.1 元组类型

定义：元组类型是序列类型的一种扩展

• 一旦创建不可更改，故无特殊操作
• 使用()或者tuple()创建，元素间用逗号分隔
• 可以使用或不适用小括号
• 继承了序列类型的全部通用操作

6.2.2列表类型

定义：列表类型是序列类型的一种扩展，十分常用

• 创建后可以随意被修改
• 使用[]或者list()函数创建，元素间用逗号分隔
• 各元素类型可以不同，无长度限制

列表类型操作函数和方法

lt 新增5个元素 ：
>>>lt += [1,2,3,4,5]
返回数字0在 lt 中的索引 ：
>>>lt.index(0)

6.3字典类型及其操作

理解映射：

• 一种键（索引）和值（数据）的对应
• 字典类型是映射的体现

键值对：

• 键是数据索引的扩展
• 字典是键值对的集合，键值对之间无序
• 采用大括号{}和dict()创建，键值对用冒号：表示
  {<键1>:<值1>,<键2>:<值2>,<键3>:<值3>,<键4>:<值4>}

用法：在字典变量中，通过键获得值

<字典变量>={<键1>:<值1>,<键2>:<值2>,<键3>:<值3>,<键4>:<值4>}
<值>=<字典变量>[<键>]

例如：d[“a”]=1

创建字典时，如果相同键对应不同值，字典采用最后（最新）一个"键值对"

空字典生成

>>>de={} ; type(de)     #type(x)  返回变量x的类型

字典类型操作函数和方法:

后3个函数的返回信息并不是列表类型

字典类型应用场景

（1）映射的表达

• 映射无处不在，键值对无处不在
• 例如：统计数据出现的次数，数据是键，次数是值

（2）元素遍历
for k in d:
<语句块>

6.4 jieba库概述

jieba是优秀的中文分词第三方库

原理：利用一个中文词库，确定汉字之间的关联概率

jieba库使用说明：
精确模式：把文本精确的切分开，不存在冗余单词（最常用）
全模式：把文本中所有可能的词语都扫描出来，有冗余
搜索引擎模式：在精确模式基础上，对长词再次切分

jieba库常用函数：

7、文件和数据格式化

定义：

• 字符串格式化：将字符串按照一定的规格和样式进行规范
• 数据格式化：将一组数据按照一定规格和样式进行规范：表示、存储、运算等

7.1文件的使用

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 只是展现方式，本质上都是二进制存储

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，也被看做存储着的长字符串
• 适用于例如：txt文件、.py文件

二进制文件

• 直接由比特0和1组成，没有统一字符编码
• 一般存在二进制0和1的组织结构，即文件格式
• 适用于例如：.png文件、.avi文件等

文件的打开与关闭
<变量名> = open(<文件名>（路径和名称，同目录可省略） , <打开模式>(文本或二进制))

例如：a=open(“f.txt,rt”)

绝对路径：”D:/PYE/f.txt”或者”D:\\PYE\f.txt”
前面是反斜杠，后面是斜杠（与python转义符产生歧义，故用2个）
相对路径：若源文件与程序同目录，”f.txt” 或者 “./PYE/f.txt”

文件的打开模式

• 不注明则默认为 rt
• b、t 不注明默认为 t
• a+ 文本、追加写模式、读文件

文件的关闭
<变量名>.close()
尽量别忘了加上这一句

文件内容的读取：

文件的全文本操作：

• 遍历全文本：一次统一读入；按数量读入，逐步处理；
• 逐行遍历文件：分行读入，逐行处理

数据的文件写入：

for i in f ：指的是从当前位置开始遍历，如果是写入数据需要先把指针调整到文件开始位置

7.2 一维数据的格式化和处理

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、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
（例如表格）
多维数据：由一维或者二维数据在新维度上扩展形成

7.2.1 一维数据的格式化和处理

存储-表示-操作

（1）表示：

• 数据间有序，使用列表类型
• 数据间无序，使用集合类型（表达无序数据的最好结构）
  for语句可以遍历数据

（2）存储：

• 空格分隔：一个或多个空格，不换行（缺点是数据本身不能存在空格）
• 逗号分隔：英文半角逗号，不换行（缺点是数据本身不能存在英文逗号）
• 其他方式：其他符号，尽量用特殊符号（缺点是需要根据数据特点定义，通用性较差）

（3）处理

• 读取处理：txt.split(“空格或特殊符号等”)
• 写入处理：f.write(‘ ’.join(ls)) 将join前面的空格加入到ls的各个元素之间

7.2.2二维数据的格式化和处理

（1）表示： 使用列表类型

• 使用两层for循环遍历每个元素
• 外层列表中每个元素可以对应一行，也可以对应一列

（2）存储
CSV（comma-separated values）数据存储格式：用逗号来分隔值的一种存储方式

• 国际通用的一二维数据存储格式，一般.csv扩展名
• 每行一个一维数据，采用逗号分隔，无空行
• excel和一般编辑文件都可以读入或者另存为csv文件

【注意】

• 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，且逗号与数据之间无空格
• 一般索引习惯：先行后列
• 根据一般习惯，外层列表每个元素是一行，按行存

（3）处理
略

7.3 wordcloud库的使用

wordcloud库把词云当做一个WordCloud对象

• wordcloud.WordCloud()代表一个文本对应的词云
• 根据文本中词语出现频率等参数绘制词云
• 词云形状尺寸颜色等都可以设定

常规方法：w=wordcloud.WordCloud()

绘制步骤：

• 配置对象参数
• 加载词云文本
• 输出词云文件

程序工作：分隔、统计、字体、布局

配置对象参数：wordcloud.WordCloud(<参数>)

8、程序设计方法学

8.1 程序设计综合介绍

自顶向下：解决复杂问题的有效办法

• 分解总问题为若干个小问题形式
• 使用同样方法进一步分解小问题
• 直至小问题可以被计算机简单明了的解决

自底向上：逐步组建复杂系统的有效测试方法

• 分单元测试，逐步组装
• 按照自顶向下相反的路径操作
• 直至，系统的各部分一组装的思路都经过测试和验证

Python程序设计思维
计算思维：抽象+自动化
编程是将计算思维变成现实的手段

计算生态与Python语言

计算生态以开源项目为组织形式，充分利用“共识原则”和“社会利他”组织人员，在竞争发展、相互依存和迅速更迭中完成信息技术的更新换代，形成了技术的自我演化路径。

没有底层设计、以功能为单位，具备三个特点（竞争发展、相互依存、迅速更迭）

以python为例：

• 以开源项目为代表的的庞大第三方库
• 库的建设经过野蛮生长和自然选择
• 库之间相互关联使用，相互依存
• 社区庞大，新技术更迭迅速

API != 生态
API指应用程序编写接口（经过设计的产物）

用户体验与软件产品
提高用户体验的方法：

• 进度展示
• 异常处理
• 打印输出
• 日志文件
• 帮助信息

基本的程序设计模式

• IPO
• 模块化设计（模块内部紧耦合，模块之间松耦合）
• 配置化设计（引擎+配置）

应用开发的四个步骤：

• 产品定义：不仅是功能定义，需考虑商业模式
• 系统架构：思考产品技术实现，关注数据流、模块化、体系架构
• 设计与实现：结合架构完成关键设计及系统实现（结合可扩展性、灵活性）
• 用户体验：从用户角度思考应用效果

8.2 第三方库安装

安装方法：

• 使用pip命令
• 集成安装方法
• 文件安装方法

常用pip命令：

• pip install <第三方库名> 安装指定的第三方库
• pip install -u <第三方库名> 更新已安装的指定第三方库
• pip uninstall <第三方库名> 卸载指定的第三方库
• pip download <第三方库名> 下载但不安装指定的第三方库
• pip show <第三方库名> 列出指定第三方库详细信息
• pip search <关键词> 根据关键词在介绍和名称中搜索第三方库
• pip list 列出当前系统已经安装的第三方库

集成安装方法
Anaconda（类似IDLE的开发环境）

• www.continuum.io link
• 支持近800个第三方库
• 包含多个主流工具
• 适合数据计算领域开发

文件安装方法

• 某些第三方库需要编译再安装
• 如果操作系统没有编译环境，则能下载但不能安装

8.3 os库基本介绍

os库提供通用的、基本的操作系统交互功能

• 路径操作：os.path子库，处理文件路径及信息
• 进程管理：启动系统中其他程序
• 环境参数：获得系统软硬件信息等环境参数

1、路径操作（path指一个文件名，可包含路径）

2、进程管理
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

3、环境参数

作者：木头水上漂
时间：2020.08.17