北京理工大学-嵩天python语言程序设计-8-程序设计方法学

本节的主要内容包括：
8.1体育竞技分析
8.2Python程序设计思维
8.3Python第三方库安装
8.4 os库的基本使用
8.5第三方库自动安装脚本

本节的主要目标
-方法论
理解并掌握一批Python程序设计思维
-实践能力
学会编写更有设计感的程序

8.1体育竞技分析
-需求：如何分析体育竞技比赛？
-输入：球员水平
-输出：可预测的比赛成绩

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越大时，比赛结果分析会更科学

比赛规则
-双人击球比赛：A和B，回合制，5局3胜
-开始时一方先发球，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

自顶向下（分而治之)
-将一个总问题表达为若干个小问题组成的形式
-使用同样的方法进一步分解小问题
-直至小问题可以用计算机简单明了的解决

自底向上（执行）（模块化集成）
-逐步组建复杂的有效测试方法。
-分单元测试，逐步组装。
-按照自顶向下相反的路径操作。
-直至，系统各部分以组装的思路都经过测验和验证。

8.1体育竞技分析的程序总体框架及步骤
-步骤1：打印程序的介绍性信息式 printInfo()
-步骤2：获得程序运行参数：proA，proB和n GetInput()
-步骤3：利用球员A和B的能力值，模拟n局比赛 simNGames()
-步骤4：输出球员A和B获胜比赛的场次及概率 printSummary()

问题分解

第一阶段信息打印程序编写printInfo()

第一阶段编写获取信息的函数Getinputs（）

第一阶段编写球员能力值获取函数

第二阶段 模拟N局比赛

当比赛成绩大于15分的时候，比赛结束

完整的程序设计构思

关于竞技比赛分析的代码

from random import random
def printIntro():
    print("这个程序模拟两个选手A和B的某种竞技比赛")
    print("程序运行需要A和B的能力值(以0到1之间的小数表示)")
    
def getInputs():
    a=eval(input("请输入选手A的能力值(0-1): "))
    b=eval(input("请输入选手B的能力值(0-1): "))
    n=eval(input("模拟比赛的场次: "))
    return a,b,n

def printSummary(winsA,winsB):
    n=winsA+winsB
    print("竞技分析开始，共模拟{}场比赛".format(n))
    print("选手A获胜{}场比赛，占比{:0.1%}".format(winsA,winsA/n))
    print("选手B获胜{}场比赛，占比{:0.1%}".format(winsB,winsB/n))
    
def gameOver(a,b):
    return a==15 or b==15


def simOneGame(probA,probB):
    scoreA,scoreB=0,0
    serving = "A"
    while not gameOver(scoreA,scoreB):
        if serving=="A":
            if random()scoreB:
            winsA += 1
        else:
            winsB += 1
    return winsA,winsB

def main():
    printIntro()
    probA,probB,n=getInputs()
    winsA,winsB=simNGames(n,probA,probB)
    printSummary(winsA,winsB)
main()

8.2节python程序设计思维
8.2.1计算思维与程序设计
-逻辑思维：推理和演绎，数学代表为A->B;B->C则得到A->C
-实证四位:实验和验证，物理学代表，引力波和实验
-计算思维：设计和构造，计算机为代表，汉诺塔递归
Computational Thinking 抽象问题的计算过程，利用计算机自动化求解

8.2.2计算生态与Python 语言
-竞争发展；相互依存；迅速更迭
-跟随创新、集成创新、原始创新

8.2.3用户体验与软件产品

方法1：进度展示
-如果程序设计需要计算时间，可能产生等待，请增加进度条展示
-如果程序有若干步骤，需要提示用户，请增加进度展示
-如果程序可能存在大量 次数的循环，请增加进度展示

方法2：异常处理
-当获得用户输入，对合规性需要检查，需要异常处理
-当读写文件时，对结果进行判断，需要异常处理
-当进行输入输出时，对运算结果进行判断，需要异常处理

其他类方法
-打印输出：特定位置，输出程序运行的过程信息
-日志文件：对程序异常及用户实验进行定期记录
-帮助信息;给用户多种方式提供帮助信息

8.2.4基本程序设计模式
程序的基本模式
IPO
-Input
-Process
-Output

-自顶向下
-模块化设计

-配置化设计：引擎+配置：程序执行和配置分离，将可选参数配置优化

-应用开发：产品定义，系统架构，设计与实现，用户体验

8.3Python第三方库的安装

-PyPI: Python Package Index
-由PSF维护的展示全球Python计算生态的主站
-学会检索并利用PyPI，找到合适的第三方库开发程序
-https://pypi.org/

8.3.1安装Python第三方库的三种方法
1第三方库的pip安装方法，适合99%的第三方库的安装

pip –h
pip install <第三方库名>  # 安装指定的第三方库
pip install –U <第三方库名>  # 使用-U标签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>  # 列出某个指定第三方库的详细信息
pip search <关键词>  # 根据关键词在名称和介绍中搜索第三方库
pip list  # 列出当前系统已经安装的第三方库

2.集成安装
结合特定python开发工具批量安装，如Anaconda

3.某些第三方库pip下载后，需要编译再安装
文件安装方法

使用UCI网页
https://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/

本节小结

8.4os库的基本使用
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：启动系统中的其他程序
-环境参数：获得系统软硬件信息等环境参数

8.4.1os库之路径操作
os.path子库以path为入口，用于惭怍和处理文件路径

import os.path
import os.path as op

8.4.2os库之进程管理
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

import os
os.system("C:\\Windows\\System32\\calc.exe")
>>>
0  # 调用成功，返回0

8.44.3 os库之环境参数

8.5第三方库自动安装脚本
-需求：批量安装第三方库需要人工干预，能否自动安装？
-自动执行pip逐一根据安装需求安装

#BatchInstall.py
import os
libs = {"numpy","matplotlib","pillow","sklearn","requests",\
"jieba","beautifulsoup4","wheel","networkx","sympy",\
"pyinstaller","django","flask","werobot","pyqt5",\
"pandas","pyopengl","pypdf2","docopt","pygame"}
try:
    for lib in libs:
    os.system("pip install " + lib)
    print("Successful")        
except:
	print("Failed Somehow")