Python 编程速成

Python是一种非常流行的脚本语言，而且功能非常强大，几乎可以做任何事情，比如爬虫、网络工具、科学计算、树莓派、Web开发、游戏等各方面都可以派上用场。同时无论在哪种平台上，都可以用 Python 进行系统编程。

机器学习可以用一些 Python 库来实现，比如人工智能常用的TensorFlow。也可以用像 NLTK 这样的 Python 库进行自然语言处理（NLP）。

本文讨论基本的 Python 编程，后续会写一些 Python 编程的实际案例。

操作字符串

Python 中的字符串是不可变的，所以不能直接修改。对字符串内容的任何更改都需要产生新的副本。
在 Python 中处理字符串非常简单。

拼接字符串

str = "welcome " + "to Python" 
print (str) 

这是字符串连接，你也可以对字符串做乘法操作：

重复字符串

str = "Python" * 2 
print (str)

与非字符串拼接

可以用 str() 函数将非字符串的值转换为字符串，然后再连接，如下所示：

str = "This is test number " + str(15) 
print (str)

搜索子字符串

可以使用 find() 方法搜索子字符串，如下所示：

str = "welcome to Python" 
print(str.find("Python"))

如果找到了字符串"Python"，则 find 方法会返回第一次出现这个字符串的位置。

如果没有找到，则返回 -1。

find 函数默认从第一个字符开始搜索，也可以从第n个字符开始，如下所示：

str = "welcome to Python" 
print(str.find("Python",12))

因为我们从第12个字符开始，所以找不到 Python 这个单词，所以它会返回 -1。

获取子字符串

所以我们得到了我们要搜索的字符串的索引，现在我们要打印匹配的字符串。

你可以按索输出印字符串，如下所示：

str = "first second third" 
print(str[:2]) 
print(str[2:]) 
print(str[3:5]) 
print(str[-1])

在第 2 行的代码会打印第一个和第二个字符，而第 3 行会从第二个字符开始打印到结束。要注意代码中结冒号的位置。字符串从 0 开始计数。
如果使用负数，则会从最后开始计数。第 5 行代码会打印最后一个字符。

替换字符串

你可以用如下方法替换字符串：

str = "This website is about programming" 
str2 = str.replace("This", "That") 
print(str2)

如果你想替换的字符串多次出现，但是只想替换第一次出现的，可以指定位置：

str = "This website is about programming I like this website" 
str2 = str.replace("website", "page",1) 
print(str2)

第一个词只被替换了。

去除字符串两端的空格

可以用 strip 方法去掉字符串两端的空格，如下所示：

str = "   This website is about programming    "
print(str.strip())

你可以用rstrip仅去除最右的空格，或者用 lstrip 去除最左边的空格。

改变字符大小写

在某些情况下你可能需要改变字符的大小写。

str="Welcome to likegeeks" 
print(str.upper()) 
print(str.lower())

将字符串转换为数字

前面学到了用 str()函数将数字转为字符串，但这不是 Python 中唯一的转换函数，另外还有 int() 、float()、long()和其他强制转换函数。

int() 可以把输入的字符串转为整数，float() 函数将字符串转为float。

str="10" 
str2="20" 
print(str+str2) 
print(int(str)+int(str2))

第 3 行只是连接两个字符串，而第 4 行把两个值相加并输出结果。

字符串计数

可以用min()找到字符串中 ASCII 值最小的字符，max()找到最大的字符，用len()函数得到字符的总长度。

str="welcome to Python" 
print(min(str)) 
print(max(str)) 
print(len(str))

迭代字符串

可以用 for 迭代字符串并单独操作每个字符，如下所示：

str="welcome to likegeeks website" 
for i in range(len(str)):
    print(str[i])

其中 len() 函数用来得到字符串的长度。

字符串编码

如果你使用的是Python 3，默认情况下所有字符都是 Unicode 字符集编码，但是如果用的是Python 2，可能需要对字符串进行编码，如下所示：

str="welcome to Python" 
str.encode('utf-8')

操作数字

在 Python 中定义数字变量的方式如下：

a=15

可以定义整数，也可以定义浮点数。
浮点数可以用 int()函数进行舍入，如下所示：

a=15.5 
print(int(a))

舍入数字

可以用 round() 函数对数字进行舍入：

a=15.5652645
print(round(a,2))

只需指定需要舍入到小数点后几位。

自定义精度的数字

很多情况下会用到自定义精度的浮点数。

可以处理用户自定义精度数的 decimal 模块。

这样导入模块并使用：

from decimal import *

a=Decimal(5.5)

生成随机数

Python 中的 random 模块提供了生成随机数的函数。

import random 

print(random.random())

生成的随机数介于 0.0 和 1.0 之间。

可以从自己定义的范围中生成一个随机数，如下所示：

import random

numbers=[1,2,3,4,5,6,7]
print(random.choices(numbers))

操作日期和时间

你可以从日期中提取所需的值，如下所示。

import datetime 

cur_date = datetime.datetime.now() 
print(cur_date) 
print(cur_date.year) 
print(cur_date.day) 
print(cur_date.weekday()) 
print(cur_date.month) 
print(cur_date.time())

可以得到两个时间或日期之间的差，如下所示：

import datetime 

time1 = datetime.datetime.now() 
time2 = datetime.datetime.now() 
timediff = time2 - time1 
print(timediff.microseconds())

上例中的 timediff 变量是 timedelta 类型的对象，你也可以自己创建这种对象：

time1 = datetime.datetime.now() 
time2 = datetime.timedelta(days=3) 
time3=time1+time2 
print(time3.date())

格式化日期和时间

可以用 strftime() 格式化日期或时间。

下表指定了一些常用的格式选项：

• %y 两位数的年份表示（00-99）
• %Y 四位数的年份表示（000-9999）
• %m 月份（01-12）
• %d 月内中的一天（0-31）
• %H 24小时制小时数（0-23）
• %I 12小时制小时数（01-12）
• %M 分钟数（00=59）
• %S 秒（00-59）
• %a 本地简化星期名称
• %A 本地完整星期名称
• %b 本地简化的月份名称
• %B 本地完整的月份名称
• %c 本地相应的日期表示和时间表示
• %j 年内的一天（001-366）
• %p 本地A.M.或P.M.的等价符
• %U 一年中的星期数（00-53）星期天为星期的开始
• %w 星期（0-6），星期天为星期的开始
• %W 一年中的星期数（00-53）星期一为星期的开始
• %x 本地相应的日期表示
• %X 本地相应的时间表示
• %Z 当前时区的名称
• %% %号本身

import datetime 

date1 = datetime.datetime.now() 
print(date1.strftime('%d. %B %Y %I:%M%p'))

从字符串创建日期

可以用 strptime()函数从字符串创建日期，如下所示：

date1=datetime.datetime.strptime(“2015-11-21”, “%Y-%m-%d”)

也可以像这样创建：

date1= datetime.datetime(year=2015, month=11, day=21)

处理文件系统

在 Python 中处理文件非常容易，不管你信不信，在所欲语言中是是最简单的。当然你也可以说 Python 是一种做什么事情都最简单的语言。

复制文件

shutil 模块中包含用于复制文件的功能。

import shutil 
copied_path = shutil.copy('my_file.txt', 'copied_file.txt')

如果 my_file.txt 是一个软连接的话，那么上面的代码将会把 copied_file.txt 创建为独立的文件。

你也可以创建一个软链接的副本，如下所示：

copied_path = shutil.copy('my_file.txt', 'copied_file.txt',follow_symlinks=False)

移动文件

你可以像这样移动一个文件：

import shutil 
shutil.move('file1.txt', 'file3.txt')

也可以使用 os 模块中的 rename 函数重命名文件，如下所示：

import os 
os.rename('file1.txt', 'file3.txt')

读写文本文件

可以用 open 函数打开文件，然后再用 read 或write 方法进行读写。

fd = open('file1.txt') 
content = fd.read() 
print(content)

首先，使用 open 函数打开文件并读取，然后我再用 read 函数读取文件内容，最后，将得到的内容放入变量 content 中。

你可以指定 read()（）函数读取的字节数：

fd.read(20)

如果文件不是太大的话，你可以将整个内容读入一个列表，然后再遍历列表打印输出。

content = fd.readlines() 
print(content[0])

可以通过指定打开的模式来写入文件。有两种写入模式，即写入模式和追加模式。

下面是写入模式，会覆盖掉文件中的旧内容。

fd = open('file1.txt','w') 
content = fd.write('YOUR CONTENT GOES HERE')

下面是附加模式：

fd = open('file1.txt','a') 
content = fd.write('YOUR CONTENT GOES HERE')

创建目录

可以用 os模块中的 mkdir 函数创建一个新目录，如下所示：

import os 

os.mkdir('./NewFolder)

如果目录已经存在将会引发错误。不过不用担心，在以后的文章中会讨论异常处理，可以帮你避免此类错误。

获取访问和修改以及创建时间

可以用 getmtime()、getatime() 和 getctime() 分别获取修改时间、访问时间和创建时间。

返回的时间格式为 Unix 时间戳，我们可以把它转换为人类可读的格式，如下所示：

import os 
import datetime 

tim=os.path.getctime('./file1.txt') 
print(datetime.datetime.fromtimestamp(tim))

迭代文件

你可以用 os 模块中的 listdir() 函数来获取文件：

import os

files = os.listdir('.')
print(files)

此外，你可以用 glob 模块执行相同的操作：

import glob 
files = glob.glob('*') 
print(files)

你可以为 glob()设定任何一种扩展名，例如设定为 * .doc 获取所有word文档。

序列化Python对象

此过程用于将 Python 对象序列化为字节流，以便以后重用。

你可以用 pickle 模块做到这一点：

import pickle 

fd = open('myfile.pk ', 'wb') 
pickle.dump(mydata,fd)

可以用 load() 函数反序列化此数据，如下所示：

import pickle 

fd = open('myfile.pk ', 'rb') 
mydata = pickle.load(fd)

压缩文件

Python 标准库使你可以处理不同格式的压缩文件，如tar，zip，gzip，bzip2。

要处理 zip文件，你可以使用 zipfile模块：

import zipfile 

my_zip = zipfile.ZipFile('zipped_file.zip', mode='r') 
print(file.namelist())

你可以把一个文件压缩成 zip 格式，如下所示：

import zipfile 

file=zipfile.ZipFile('files.zip','w') 
file.write('file1.txt') 
file.close()

可以用 extractall() 方法提取 zip 压缩包中的文件：

import zipfile 

file=zipfile.ZipFile('files.zip','r') 
file.extractall() 
file.close()

另外还可以用附加模式将文件附加到现有的zip文件，如下所示：

import zipfile 

file=zipfile.ZipFile('files.zip','a') 
file.write('file2.txt') 
file.close()

在处理 gz 或 bz 文件时，可以用和上面相同的套路。不过要导入 gzip 模块或 bz2 模块。

import gzip 
import bz2 

gz_file=gzip.GzipFile('files.gz','r') 
bz_file=bz2.BZ2File('fiels.bz2','r')

然后用同样的方式读写。

你可以使用 unrar 包处理rar文件。首先，安装包：

pip install unrar

然后用同样的方式使用。

import unrar.rarfile 

m=unrar.rarfile.RarFile('file.rar') 
m.namelist() 
m.extractall()

解析CSV文件

一个非常有用的包叫做 pandas。它可以解析 CSV 和 Excel 文件，并轻松地从中提取数据。

首先，安装包

pip install pandas

然后你可以在自己的代码中使用它，如下所示：

import pandas 

data=pandas.read_csv('file.csv)

默认情况下，Pandas 将第一列视为每行的标签。如果列索引不是第一列，则可以通过传递 index_col 参数来指定列索引。

如果文档中没有行标签，则应使用参数 index_col = False。

要写入CSV文件，可以使用 to_csv() 方法。

data.to_csv('file.csv)

解析Excel文件

可以用 pandas 模块中的 read_excel() 方法来解析excel文件。

data = pd.read_excel('file.xls', sheetname='Sheet1')

如果有多个工作表，可以这样加载：

ta = pd.ExcelFile('file.xls')

这样写入excel文件：

ta.to_excel('file.xls', sheet='Sheet1')

网络和连接

Python 有一个 socket 类，它提供了一种通过低级 API 访问网络的方法，它支持许多网络协议。

import socket 
host = '192.168.1.5' 
port = 5050 
m_sock = socket.create_connection ((host, port))

这段代码与 IP 地址为 192.168.1.5 的主机通过 5050 端口建立连接。

打开 socket 后，就可以发送和接收数据了。

m_sock.sendall(b'Hello World')

注意，我在字符串之前使用了 b 字符，因为数据需要是字节字符串。

如果发送的数据太大，你应该通过循环分割并发送，如下所示：

msg = b'Longer Message Goes Here' 
mesglen = len(msg)
total = 0
while total < msglen: 
    sent = m_sock.send(msg[total:])
    total = total + sent

要接收数据，你需要告诉 recv() 方法一次读入多少个字节。

data_in = m_sock.recv(2000)

这是有效的，因为你能够确定发送的消息长度小于2000个字节。

如果消息很大，则必须反复循环，直到收到所有的数据块。

buffer = bytearray(b' ' * 2000) 
m_sock.recv_into(buffer)

在这里定义了一个空缓冲区，然后将消息写入缓冲区。

从POP邮件服务器接收电子邮件

poplib 模块使你可以与 POP 服务器进行通信。

import getpass,poplib 

pop_serv = poplib.POP3('192.168.1.5') 
pop_serv.user("myuser") 
pop_serv.pass_(getpass.getpass())

getpass 模块可以安全地处理密码。

如果需要安全连接，可以用 POP3_SSL 类。

要获取邮件列表和邮件计数，可以这样做：

msg_list = pop_serv.list()        # to list the messages 
msg_count = pop_serv.msg_count()  # to get message count

处理完毕后，一定要记得关闭所有打开的连接。

pop_serv.quit()

从IMAP邮件服务器接收电子邮件

可以用 imaplib 模块与 IMAP 邮件服务器通信。

import imaplib, getpass 

my_imap = imaplib.IMAP4('imap.server.com') 
my_imap.login("myuser", getpass.getpass())

如果你的 IMAP 服务器上使用 SSL，则应用 IMAP4_SSL 类。

要获取电子邮件列表，需要先执行查询操作：

data = my_imap.search(None, 'ALL')

然后，通过迭代 data 变量中的邮件索引获取邮件内容

msg = my_imap.fetch(email_id, '(RFC822)')

最后，不要忘记关闭连接：

my_imap.close() 
my_imap.logout()

发送电子邮件

想要通过 SMTP 协议发送电子邮件。可以用 smtplib 。

import smtplib, getpass 

my_smtp = smtplib.SMTP(smtp.server.com') 
my_smtp.login("myuser", getpass.getpass())

如果在 SMTP服务器上使用SSL，则应用 SMTP_SSL 类。

打开连接后，你可以这样发送邮件：

from_addr = '[email protected]' 
to_addr = '[email protected]' 
msg = 'From: [email protected]\r\nTo: [email protected]\r\n\r\nHello, this is a test message' 
my_smtp.sendmail(from_addr, to_addr, msg)

抓取网页

要与Web服务器进行通信，需要用到 urllib.request 子模块。

import urllib.request 

my_web = urllib.request.urlopen('https://www.google.com') 
print(my_web.read())

提交 Web 表单

如果你想要提交 Web 表单，应该向网页发送POST请求。

import urllib.request 
my_data = b'Your Data Goes Here' 
my_req = urllib.request.Request('http://localhost', data=my_data,method='POST') 
my_frm = urllib.request.urlopen(my_req) 
print(my_frm.status)

另外还可以用 mechanize 或 urllib2 模块，还有很多方法可以实现这个功能。

创建一个微型服务器

socket 类支持侦听连接请求。

import socket 

host = ''
port = 3535 
my_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) 
my_server.bind((host, port)) 
my_server.listen(1)

现在你可以接受这样的连接请求：

addr = my_server.accept() 
print('Connected ... ', addr) 
data = conn.recv(1024)

最后不要忘记在操作完成后关闭连接

conn.close()

Python 中的线程

并发运行任务是非常有用的，Python 有一个名为 threading 的模块，它包含一个 Thread 类。

import threading 

def print_message():     
    print('The message got printed from a different thread') 

my_thread = threading.Thread(target=print_message) 
my_thread.start()

如果函数需要很长时间才能完成，可以用 is_alive()方法检查它是否仍在运行。

有时你的线程需要安全地访问全局资源。这时候就需要用到锁。

import threading

num = 1 
my_lock = threading.Lock()

def my_func():
    global num, my_lock
    my_lock.acquire()
    sum = num + 1
    print(sum)
    my_lock.release() 

my_thread = threading.Thread(target=my_func)
my_thread.start()

使用树莓派

使用树莓派是一种价格便宜的单板电脑，可以在上面开发各种有趣的应用。

可以用 Python 的 RPi.GPIO 模块使树莓派与外接的传感器通信。

首先，在你的树莓派中安装包，如下所示：

$ sudo apt-get install python-dev python-rpi.gpio

然后你就能在Python脚本中使用它了。可以在树莓派的 GPIO 总线上写输出：

import RPi.GPIO as GPIO 

GPIO.setmode(GPIO.BOARD) 
GPIO.setup(1, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW) 
GPIO.output(1, GPIO.HIGH)

通过树莓派的GPIO中读取数据

你可以用 RPi.GPIO 模块从 GPIO 接口读取数据，如下所示：

import RPi.GPIO 

RPi.GPIO.setup(1, GPIO.IN)
if RPi.GPIO.input(1):
    print('Input was HIGH') 
else:
    print('Input was LOW')

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以上只是 Python 的一小部分基础知识，还有很长的路需要走。

实际上，我们已经介绍了一小部分Python，还有很多内容需要介绍。将来会有更多的文章来帮助大家学习 Python 这种充满魅力的语言，请关注我。