北京理工大學：《Python語言程序設計》____筆記整理

# 這門課程是我最強烈推薦的python入門課程之一。緣由有三：其一，其更加關注編程的思想，極具備啓發性；其二，」小「但系統，可擴展性強；其三，有配套線上練習和測試。

# 本文將每次更新一個章節，直到課程結束。

# 本文從5.28--6.7日，歷時11天，基本更新完畢，後面還有兩張不屬於python基礎，後續將以demo的方式進行詳細講解。

第一章：程序設計基本方法

計算機與程序設計

計算機是根據指令操做數據的設備
計算機發展參照摩爾定律，表現爲指數形式

編譯和解釋

計算機執行源程序兩種方式：編譯和解釋
編譯：將源代碼一次性轉換成目標代碼的過程。執行編譯過程的程序叫編譯器(compiler)。
解釋：將原代碼逐條轉換成目標代碼同時逐條運行的過程。執行解釋過程的程序叫解釋器(interpreter)。
靜態語言：使用編譯執行的編程語言(C/C++,java)
腳本語言：使用解釋執行的編程語言(Python,JavaScript，PHP)

程序的基本寫法

IPO：
input輸入:文件輸入、控制檯輸入、交互輸入、內部參數輸入等。
process處理(主要邏輯)：算法（靈魂）
output輸出：控制檯、文件、網絡、操做系統內部變量等輸出。

計算機編程

可以訓練思惟：

編程體現一種抽象交互、自動化執行的思惟方式
計算思惟：區分邏輯思惟和實證思惟的第三種思惟模式。

計算機編程

python環境配置

略

實例1 --溫度轉換

題目自己簡單，但學會這種思惟，其餘常見的"轉換"問題解決方法同理。

Python程序語法元素分析

程序的格式框架

python中用"縮進"表達程序的語法框架，表達代碼間包含關係的惟一手段
註釋：用於提升代碼可讀性的輔助文字，不被執行。

命名與保留字

變量：用來保存和表示數據的佔位符號，變量採用標識符（名字）來表示。
命名：數字字母下劃線。
"注意"：大小寫敏感，數字不能放開頭，不與保留字同。
python中共有33個保留字，查詢方法：
```
import keyword
print(keyword.kwlist)
```

數據類型

字符串：由0個或多個字符組成的"有序"字符序列。# 有序-->能夠索引、切片
整數：數學中的整數
浮點數：數學中的實數，帶有小數點部分
列表：由0個或多個數據組成的"有序"序列

語句與函數

賦值語句
分支語句
函數

Python程序的輸入輸出

input（）控制檯輸入
print（）控制檯輸出，格式化
注：這兩兄弟，在控制檯顯示的時候，一個添加引號造成字符串，一個將字符串自動去掉引號。
補充："eval()"去掉參數最外側引號並執行餘下語句的函數

溫度轉換代碼分析

略

第二章 Python基本圖形繪製

2.1 深刻理解Python語言

2.1.1計算機技術的演進

1946-1981：計算機系統結構時代（35年）：
1981-2008：網絡和視窗時代（27年）
2008-2016：複雜信息系統時代（8年）
2016-    ：人工智能時代

計算能力問題-->交互問題-->數據問題-->人類的問題

2.1.2編程語言的多樣初心

C:    性能
Java：跨平臺
C++： 大規模程序
VB：  桌面應用
Python：計算時代演進的選擇

Python語言的特色

通用語言
腳本語言
開源、跨平臺、多模型語言

---

C/C++：python歸python ，c歸c
Java：針對特定開發和崗位需求
HTML/CSS/JS：不可替代的前端技術，全棧能力
其餘語言： R/Go/Matlab等，特定領域

---

工具決定思惟：關注工具變革的力量！

超級語言的誕生

機器語言 --> 代碼直接執行，與CPU有關
彙編語言 --> 助記符，彙編器，與CPU有關
高級語言 --> 編譯器，與CPU無關
超級語言 --> 整合已有程序，龐大計算生態

---

== python是惟一的超級語言！ ==

2.2 實例2：Python蟒蛇繪製

== import turtle == 導入海歸繪圖庫

"觸類旁通："

Python蟒蛇繪製問題是各種圖形繪製問題的表明
--圓形繪製、五角星繪製、國旗繪製、機器貓繪製...

2.3 模塊1：turtle庫的調用

2.3.1 turtle庫基本介紹

--注：turtle庫是turtle繪圖體系的python實現 --1969年誕生，是python標準庫之一，入門級圖形繪製函數庫 --Python計算生態 = 標準庫 + 第三方庫 -庫Library、包Package、模快Module，統稱模塊

2.3.2 turtle繪圖窗體佈局

---

turltle.setup(width, height, startx, starty)
--注：4個參數後兩個可選，不選則默認在窗口的正中間，setup（）不是必須的

2.3.3 turtle空間座標體系

--1)絕對座標：和數學中的座標系（象限）知識相同 --turtle.goto(x,y) 
--2)海龜座標：後退<-->前進；左側<-->右側 
--3)空間座標體系：turtle.bk(d),turtle.fd(d),burtle.circle(r,angle)

2.3.4 turtle角度座標體系

--1)絕對角度：0/360,90/-270,180/-180,270/-90 --turtle.seth(angle):改變海龜行進方向，angle爲絕對度數，只改變方向不前進。 
--2)海龜角度：turtle.left(angle),turtle.right(angle)

2.3.5 RGB色彩體系

--RGB指 紅 藍 綠 組合 --RGB整數值，小數值 --turtle.colormode(mode),默認小數值

2.4 turtle程序語法元素分析

2.4.1 庫引用和 import

import turtle
turtle. 格式：<a>.<b>()
<庫名>.<函數名>(<函數參數>)
或 <庫別名>.<函數名>(<函數參數>)

2.4.2 畫筆控制函數

penup(),pendown(),pensize(),pencolor()
別名：pu(),pd()
pensize(width) --> 別名：width(width)
pencolor(color) 顏色字符串、rgb值(三個小數值，或 一個元組小數值)

2.4.3 運動控制函數

fd(),circle(r,extent=None)
--r:默認圓心在海龜左側r距離的位置 --extent：繪製角度，默認是360度整圓

2.4.4 方向控制函數

turtle.setheading(angle) 別名： seth(angle)
turtle.left(),turtle.right()

第三章 基本數據類型

3.1 數字類型及操做

--3.1.1整數類型：與數學中概念一致，+|-都可，無範圍限制 --pow(x,y)函數 --3.1.2 4種進製表示形式： 十進制，二進制(0b,0B開頭)，八進制(0o,0O開頭)，十六進制(0x,0X)

--3.1.3浮點數類型：浮點數範圍和小數精度都存在限制，但常規計算能夠忽略 浮點數間運算存在不肯定尾數，發生在10E-16左右，不是bug
-- round(x,d):對x四捨五入，d是小數截取位數。用於浮點數間運算及比較。 -- 浮點數採用科學計數法表示<a>e<b> 
--3.1.4複數類型：Z.real得到實部，Z.imag得到虛部 
--3.1.5數值運算操做符：類型間能夠混合運算，生成結果爲「最寬」類型。 
--數值運算函數： -- abs(x) 絕對值 -- divmod(x,y) => 同時輸出商和餘數 -- pow(x,y[,z]) => 冪餘，(x**y)%z -- round(x[,d]) => 四捨五入，d小數位數，默認爲0 -- max()最大值 -- min()最小值 -- int(x) -- float() -- complex(x)

3.2 實例3：每天向上的力量

略

- GRIT，堅毅，對長期目標的持續激情及持久耐力 - GRIT是得到成功最重要的因素之一，牢記每天向上的力量

3.3 字符串類型及操做

3.3.1 字符串類型的表示

-- 單引號，雙引號；三引號 -- 索引 [M] -- 切片 [M,N,K] -- 轉義字符：\b回退，\n換行，\r回車（光標移到本行行首）

3.3.2 字符串操做符

-- + 字符串拼接 -- * 複製n次字符串 -- in

3.3.3 字符串處理函數

-- len(x) -- str(x) 任意類型所對應的字符串形式 -- hex(x)或oct(x) 整數x的十六進制或八進制小寫形式字符串 -- chr(u) u爲Unicode編碼，返回其對應的字符 -- ord(x) x爲字符，返回其對應的Unicode編碼

3.3.4 字符串處理方法

-- S.lower()或S.upper() 返回字符串副本，所有字符小寫/大寫 -- S.split(sep=None) 返回一個列表，由str根據sep被分隔部分組成 -- S.count(sub) 返回子字符串sub在str中出現的次數 -- S.replace(old,new) -- S.center(width[,fillchar]) -- S.strip(chars)從str中去掉在其左側和右側chars中列出的字符。 -- S.join(iter) 在iter變量除最後元素外每一個元素增長一個S。例如：','.join("12345") #主要用於字符串分割

3.3.5 字符串類型的格式化

"{<參數序號>:<格式控制標記>}"

：<填充><對齊><寬度><,><.精度><類型>

3.4 模塊2：time庫的使用

3.4.1 time庫的基本介紹

時間獲取：time() ctime() gmtime()
時間格式化： strftime() strptime()
程序計時：sleep(),perf_counter()

3.4.2 時間獲取

.time() 獲取當前時間戳，即計算計算機內部時間值，浮點數。

.ctime()獲取當前時間並以易讀方式表示，返回字符串

.gmtime()獲取當前時間，表示爲計算機可處理的時間格式

3.4.3 時間格式化

.strftime(tpl,ts) : tpl是格式化模板字符串，用來定義輸出效果，ts是計算機內部時間類型變量
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 程序計時應用

start = time.perf_counter()
end = time.perf_counter()
end - start

sleep(s) s擬休眠時間，單位是秒，能夠是浮點數

3.5 實例4：文本進度條

這裏理解一個重要的系統概念:刷新
本質：用後打印的字符串覆蓋以前的字符串。不能換行(end=)，要能回退\r

# TextProBarV3.py
import time
scale = 50
print("執行開始")
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" + "執行結束".center(scale // 2, "-"))

第四章 程序的控制結構

4.1 程序的分支結構

「程序的控制結構」：順序結構、分支結構、循環結構

---

4.1.1 單分支結構

語法： if <條件>:
         <語句塊>

4.1.2 二分支結構

語法： if <條件>:
         <語句塊1>
 else:
         <語句塊2>
         
緊湊形式：適用於簡單表達式的二分支結構
<表達式1> if <條件> else <表達式2>

4.1.3 多分支結構

語法：if <條件1>:
         <語句塊1>
      elif <條件2>：
          <語句2>
          ...
 else:
         <語句塊N>

注： 注意多條件之間的包含關係，注意變量取值範圍的覆蓋。 通俗點： 多分支結構中，若是一個分支判斷條件經過後，會執行對應的語句塊，以後結束分支程序。即便，後續的elif條件也知足，也不會執行對應的語句塊.因此這裏其實也有一個順序關係。

4.1.4 條件判斷及組合

--條件判斷操做符：<,<=,>=,>,==,!= 
--條件組合三個保留字：and,or,not

4.1.5 程序的異常處理

try:
    <語句塊1>
except [<異常類型>]：
    <語句塊2>
注：標註異常類型後，僅響應該異常，異常類型名字等同於變量。

---

高級使用：
 try:
    <語句塊1>
except:
    <語句塊2>
else:           # 不發生異常的時候執行(獎勵)
    <語句塊3>
finally:        # 必定會執行
    <語句塊4>

4.2 實例5：身體質量指數BMI

BMI = 體重(Kg)/身高^2(m^2)
略

---

注：閱讀代碼的時候，快速的方法是：先搞懂分支的範圍關係，再深刻看每一個分支在作什麼。而不是從上到下的順序結構。

4.3 程序的循環結構

###4.3.1 遍歷循環

for <循環變量> in <遍歷結構>:
    <語句塊>
--從遍歷結構中逐一提取元素，放在循環變量中。 --完整遍歷全部元素後結束 --每次循環，所得到元素放入循環變量，並執行一次語句塊 
應用：計數循環、字符串遍歷循環、列表遍歷循環、文件遍歷循環、等等

4.3.2 無限循環

while <條件>:
    <語句塊>

4.3.3 循環控制保留字

-break 跳出並結束當前循環，執行循環後的語句

-continue 結束當次循環，繼續執行後續次數循環

--break和continue能夠與for和while循環搭配使用。

4.3.4 循環的高級用法

循環中增長else:       
            <語句塊2>

--當循環沒有被break語句退出時，執行else語句塊 --else語句塊做爲「正常」完成循環的獎勵 --這裏else的用法與異常處理中else用法類似

4.4 模塊3：random庫的使用

4.4.1 random 標準庫之一

--僞隨機數：採用梅森旋轉算法生成的(僞)隨機序列中元素 --random庫主要用於生成隨機數

4.4.2 基本隨機函數

seed(a=None) --初始化給定的隨機數種子，默認爲當前系統時間
--random.seed(10) # 產生種子10對應的序列 --這個在實戰中用的比較多，「肯定」的僞隨機數便於對程序進行復現。 
random()
--生成一個[0.0，1.0)之間的隨機小數 --random.random()

4.4.3 擴展隨機數函數

>1. randint(a,b) 生成[a,b]之間的整數
 >2. randrange(m,n[,k]) 生成一個[m,n)之間以k爲步長的隨機整數
 >3. getrandbits(k) 生成一個k比特長的隨機整數
 >4. uniform(a,b) 生成一個[a,b]之間的隨機小數
 >5. choice(seq) 從序列seq中隨機選擇一個元素
 >6. shuffle(seq) 將序列seq中元素隨機排列，返回打亂後的序列

4.5 實例6：圓周率的計算

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("圓周率是：{}".format(pi))
print("運行時間是：{:.5f}s".format(perf_counter() - start))

第五章：函數的定義與使用

5.1.1 函數的理解和定義

函數是一段具備特定功能、可重用的語句組
下降編程難度 和 代碼複用

def <函數名>(<參數(0個或多個)>)：
    <函數體>
    return <返回值>

不調用不會被執行

5.1.2 函數的使用及調用過程

調用是運行函數代碼的方式
-調用時給出實際參數，替代定義中的形式參數 -函數調用獲得返回值

5.1.3 函數的參數傳遞

-- 參數的個數：0，1，或多個。可是必須保留括號 
-- 可變數量參數，既不肯定參數總數量 
-- 傳遞參數兩種方式：位置參數，名稱傳遞

5.1.4 函數的返回值

-- return 保留字用來傳遞返回值 -- 能夠傳，能夠不傳，能夠傳遞0個，也能夠傳多個

5.1.5 局部變量和全局變量

-- (通常函數外部是全局變量，函數內部的變量是局部變量) 
規則一：局部變量和全局變量是不一樣變量
--局部變量是函數內部的佔位符，與全局變量可能重名但不一樣 --函數運算結束後，局部變量被釋放 --能夠用 global保留字在函數內部使用全局變量 (這裏還分可變類型和不可變類型)

規則二：局部變量爲組合數據類型且未建立，等同於全局變量

使用規則：
-基本數據類型，不管是否重名，局部變量與全局變量不一樣 -能夠經過global保留字在函數內部聲明全局變量 -組合數據類型，若是局部變量未真實建立，則是全局變量

5.1.6 lambda函數

無名，保留字，函數名是返回結果

<函數名> = lambda <參數>:<表達式>

--主要做用 特定函數或方法 的參數 -- 固定使用方式，逐步積累掌握 -- 通常狀況，用def定義普通函數，慎用lambda

5.2 七段數碼管 繪製

5.2.1 基本思路

--1. 繪製單個數字對應的數碼管 --2. 得到一串數字，繪製對應的數碼管 --3. 得到當前系統時間，繪製對應的數碼管

• 分析單個數碼管：

  • 七段數碼管由7個基本線條組成
  • 七段數碼管能夠有固定順序(抽象出一條能夠首尾相連且不重不漏的路徑)
  • 不一樣數字顯示不一樣的線條(經過pu，pd控制)

• 獲取一段數字，繪製多個數碼管：

  • 每繪製完一個數字，向右移動一段距離，準備下一個數字的繪製

• 獲取當前系統時間：

  • time庫
  • 增長年月日標記： write 方法
  • 年月日顏色不一樣標記
  • 線條之間適當小間隔，提升顏值

5.2.2 理解思惟方法

• 模塊化思惟：肯定模塊接口，封裝功能
• 規則化思惟：抽象過程爲規則，計算機自動執行
• 化繁爲簡：將大功能變爲小功能，分而治之(鬆耦合，緊耦合)

5.2.3 觸類旁通

• 繪製帶小數點的七段數碼管
• 帶刷新的時間倒計時效果
• 繪製高級的數碼管(多段)

5.3 代碼複用與函數遞歸

5.3.1 代碼複用與模塊化設計

• 代碼複用：把代碼當成資源進行抽象
• 代碼複用：|函數|和|對象|是代碼複用的兩種主要形式
  • 函數：(將代碼命名)：在代碼層面創建了初步抽象
  • 對象：(屬性和方法):在函數基礎上再次組織進行抽象
• 模塊化設計：分而治之
• 模塊化設計：緊耦合、鬆耦合

5.3.2 函數遞歸的理解

• 定義：函數定義中調用函數自身的方式
• 兩個關鍵特徵：
  • 鏈條：計算過程存在遞歸鏈條
  • 基例：存在一個或多個不須要再次遞歸的基例
• 相似數學概括法：遞歸是數學概括法思惟的編程體現

5.3.3 函數遞歸的調用過程

• 遞歸的實現：函數+分支語句
  • 遞歸自己是一個函數，須要函數定義方式的描述
  • 函數內部，採用分支語句對輸入參數進行判斷
  • 基例和鏈條，分別編寫對應的代碼

5.3.4 函數遞歸實例解析

• 字符串反轉
• 斐波那契數列
• 漢諾塔 PS：學會找到基例和鏈條

5.4 模塊：PyInstaller庫的使用

5.4.1 概述

• 將.py源碼轉換成無需源代碼的可執行文件
• 在命令窗口輸入後回車能夠查看對應的方法參數幫助
• 要配置Path，關閉後再開cmd窗口

實例8：科赫雪花小包裹

PS：分形幾何，天然界常見

• 基本方法：
  • 遞歸思想：函數+分支
  • 遞歸鏈條：線段的組合
  • 遞歸基例：初識線段
• 運用 PyInstaller庫
• 觸類旁通
  • 修改分形幾何繪製階數
  • 修改科赫曲線的基本定義及旋轉角度
  • 修改繪製科赫雪花的基礎框架圖形
• 分形幾何擴展：
  • 康托爾集、謝爾賓斯基三角、門格海綿...
  • 龍形曲線、空間填充曲線、科赫曲線...
  • 函數遞歸的深刻應用...

第六章 組合數據類型

6.1 集合類型及操做

• 6.1.1 集合類型定義
  • 與數學中概念一致
  • 集合元素之間無序，每一個元素之間惟一，不存在相同元素
  • 集合元素不可更改，不能是可變數據類型(爲何？集合定義：元素惟一不重複)
  • 集合創建用{}表示，元素逗號分隔
  • 創建集合用{}或set()
  • 創建空集合必須是set()：由於Python中字典類型使用更多，因此{}給了創建空字典
• 6.1.2 集合間操做
  • S | T 並
  • S - T 差
  • S & T 交
  • S ^ T 補 PS：上述四種操做均返回一個新集合
  • S <= T 或 S < T : 返回True/False，判斷S和T的子集關係
  • S >= T 或 S > T : 返回True/False，判斷S和T的包含關係
  • S|=T 更新集合S，包括在集合S和T中的全部元素
  • 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，包括同時在集合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
  • 操做函數或操做方法：
    • S.add(x) 若是X不在集合S中，將X增長到S
    • S.discard(x) 移除S中的元素X，若是x不在S中，不報錯
    • S.remove(x) 移除S中元素X，若是x不在S中，產生KeyError異常
    • S.clear() 移除S中全部元素
    • S.pop() 隨機返回S的一個元素，更新S，若S爲[空]產生KeyError異常
    • S.copy() 返回集合S的一個副本
    • len(S)
    • x in S
    • x not in S
    • set(x) 其餘變量轉變爲集合類型
• 6.1.3 集合類型應用場景
  • 包含關係比較
  • 數據去重

6.2 序列類型及操做

• 6.2.1 定義

  • 序列是具備前後關係的一組元素
    • 序列是一維元素向量，元素類型能夠不一樣
    • 元素間由序號引導，經過下標訪問序列的特定元素
  • 序列是一個基類類型
    • 字符串、元組、列表
  • 序號：反向遞減，正向遞增

• 6.2.2 函數和方法

  • 通用操做符(6個)
    • in
    • not in
    • "+" ：拼接
    • "*" : 複製
    • s[i] : 索引
    • s[i:j:k] : 切片
  • 函數和方法(5個)
    • len(s)
    • min(s)
    • max(s)
    • s.index(x[,i,j])
    • s.count(x)

• 6.2.3 元組類型及操做

  • 元組是序列類型的一種擴展
    • 不可修改
    • ()或tuple()建立，元素間逗號分隔
    • 可使用或不用()
    • 特殊：單個元組，元素後面要加逗號
  • 元組繼承序列類型所有通用操做符
    • 建立後不可修改，因此沒有特殊操做

• 6.2.4 列表類型及操做

  • 序列類型的一種擴展
    • 建立後能夠隨意被修改
    • []或list()建立，元素間逗號分隔
    • 列表中各元素類型能夠不一樣，無長度限制
  • 定義:方括號[]真正建立一個列表，賦值僅傳遞引用（貼標籤）
  • 函數和方法
    • ls[i] = x 修改
    • ls[i:j:k] = lt lt替換ls切片後所對應元素子列表
    • del ls[i] 刪除第i個元素
    • del ls[i:j:k]
    • ls += lt 更新列表ls，將lt元素增長到ls中。這裏有個特殊點提一下：這裏的操做不會從新開闢內存空間，本質上至關於ls.extend(lt)。
    • ls *= n 更新列表ls，重複n次
    • ls.append(x) 列表後面追加x
    • ls.clear() 刪除全部元素
    • ls.copy() 生成一個新列表，賦值ls中全部元素
    • ls.insert(i,x) 索引i的位置插入元素x
    • ls.pop(i) 取出索引爲i對應的元素並將它從列表中刪除，默認i=-1
    • ls.remove(x) 列表中出現的第一個x元素刪除
    • ls.reverse() 列表中元素反轉

• 6.2.5 序列類型應用場景

  • 元素遍歷：ls、tp
  • 數據保護：tp

6.3 實例9：基本統計值計算

• 6.3.1 基本統計值計算 ——問題分析
  • 總個數、求和、平均值、方差、中位數……
  • len()
  • for in 求和
  • 均值：求和/總個數
  • 方差： pow()函數
  • 中位數：排序，而後……
• 6.3.2 實例講解
  • 略
• 6.3.3 觸類旁通
  • 獲取數據，控制檯獲取，多參數
  • 函數：模塊化設計
  • 利用BIF函數

6.4 字典類型及操做

• 6.4.1 定義

  • 理解"映射",key:value對
  • list、tuple、str等序列類型是由python內部默認由0...N整數做爲數據的默認索引
  • 映射類型則由用戶爲數據定義索引
  • 鍵(key)是數據索引的擴展
  • 字典是鍵值對的集合，鍵值對之間無序
  • 採用{}和dict()建立，鍵值對用冒號表示
  • []用來向字典變量中索引或增長元素

• 函數和方法

  • del d[k] 刪除鍵k對應的鍵值對
  • k in d[k] 判斷鍵是否在字典中
  • d.keys() 返回字典中全部鍵的信息，相似集合形式
  • d.values() 返回字典中全部值的信息，相似集合形式
  • d.items() 返回字典中全部鍵值對的信息，相似集合形式，鍵值對是以元組形式
  • d.get(k,<default>) 鍵k存在，返回對應的值，不然返回<default>值
  • d.pop(k,<default>) 鍵k存在，取出對應的值，不然返回<default>值
  • d.popitem() 隨機從字典中取出一個鍵值對，以元組形式返回
  • d.clear() 刪除全部鍵值對
  • len(d) 返回字典中鍵值對的個數

• 應用場景

  • 統計數據出現的次數，數據是鍵，次數是值

6.5 模塊5：jieba庫的使用

• 6.5.1 jieba庫是優秀的中文分詞第三方庫
  • pip安裝
  • 原理：依靠中文詞庫，經過漢字之間的關聯機率判斷，用戶能夠自定義添加特殊的分詞詞組，運用於特意的領域
  • 三種分詞模式
    • 精確模式：精確分開，不存在冗餘單詞
    • 全模式：全部可能詞語掃描出來，有冗餘
    • 搜索引擎模式：精確模式基礎上，對長詞進行再次切分
  • 經常使用函數：
    • jieba.lcut(s) 精確模式
    • jieba.lcut(s,cut_all=True) 全模式
    • jieba.lcut_for_search(s) 搜索引擎模式，返回列表類型的分詞結果，存冗餘
    • jieba.add_word(w) 向分詞添加新詞

6.6 實例10：文本詞頻統計

略

第七章 文件和數據格式化

7.1 文件的使用

• 7.1.1 文件的類型

  • 文件是數據的抽象和集合
    • 文件是存儲在輔助存儲器上的[數據序列]
    • 文件是數據存儲的一種形式
    • 文件展示形態：文本文件和二進制文件
  • 文本文件 VS 二進制文件
    • 文本文件和二進制文件只是文件的展現方法
    • 本質上：全部文件都是二進制形式存儲
    • 形式上，全部文件採用兩種方式展現
  • 文本文件：
    • 由單一特定編碼組成的文件，如UTF-8編碼
    • 因爲存在編碼，也被當作是存儲着的長字符串
    • 例如：.txt ， .py文件等
  • 二進制文件：
    • 直接由比特0、1組成，沒有統一字符編碼
    • 通常存在二進制0，1的組織結構，即文件格式
    • 例如：png、avi等

• 7.1.2 文件打開和關閉

  • 文件處理的步驟：打開——操做——關閉

文件的存儲狀態文件的佔用狀態a = opne( , )a.close()文件的存儲狀態文件的佔用狀態

• • 讀文件：3種方法 VS 寫文件： 3種方法 -文件的打開： <變量名> = open(<文件名>，<打開模式>)

    變量名：文件句柄

    文件名：文件路徑和名稱(源文件同目錄可省略)

    打開模式：文本or二進制；讀or寫

    補充：windows下，文件目錄之間用\，這個和python衝突，解決方式兩種：\\，或者用/ .

    打開模式：

文件打開模式	描述
"r"	只讀模式，默認值，若文件不存在，返回FileNotFoundError
"w"	覆蓋寫模式，文件不存在則建立，存在則徹底覆蓋
"x"	建立寫模式，文件不存在則建立，存在則返回FileExistsError
"a"	追加寫模式，文件不存在則建立，存在則在文件最後追加內容
"b"	二進制文件模式
"t"	文本文件模式，默認值
"+"	與r/w/x/a一同使用，在原功能基礎上增長同時讀寫功能

文件關閉：變量名.close()

• 7.1.3 文件內容的讀取

  操做方法	描述
  <f>.read(size=-1)	讀入所有內容，若是給出參數，讀入前size長度
  <f>.readline(size=-1)	讀入一行內容，若是給出參數，讀入該行前size長度，每讀取一行指針移動到下一行的行首。
  <f>.readlines(hint=-1)	讀入文件全部行，以每行爲元素造成列表。若是給出參數，讀入前hint行。

• • 文件的全文本操做
    • 遍歷全文本：方法一：一次讀入read，統一處理
    • 遍歷全文本：方法二：按數量讀入，逐步處理

    fo = open(filename,"r")
    txt = fo.read(2)
    while txt != "":
        # 對txt進行處理
        txt = fo.read(2)
    fo.close()

  • 文件的逐行操做
    • 逐行遍歷文件：方法一:一次讀入，分行處理。缺點：對於大文件讀取速度慢

    fo = open(filename,"r")
    for line in fo.readlines():
        print(line)
    fo.close()

    • 逐行遍歷文件：方法二:分行讀入，逐行處理。優勢：大文件處理速度塊

    fo = open(filename,"r")
    for line in fo: # 經過迭代器訪問
        print(line)
    fo.close()

• 7.1.4 數據的文件寫入

操做方法	描述
<f>.write(s)	向文件寫入一個字符串或字節流
<f>.writelines(lines)	將一個元素全爲字符串的列表寫入文件
<f>.seek(offset)	改變當前文件操做指針的位置，offset含義以下：0 - 文件開頭；1 - 當前位置；2 - 文件結尾

fo = open("output.txt", "w+")
ls = ["中國", "法國", "美國"]
fo.writelines(ls)
fo.seek(0)  # 不然，沒有結果輸出
for line in fo:
    print(line)
fo.close()

7.2 實例11：自動化軌跡繪製

• 7.2.1 問題分析

  • 需求：根據腳原本繪製圖形？
  • 不是寫代碼而是寫數據繪製軌跡
  • 數據腳本是自動化最重要的第一步

• 7.2.2 實例講解

  • 基本思路：
    • 步驟1：定義數據文件格式(接口)：個性化
    • 步驟2：編寫程序，根據文件接口解析參數繪製圖形
    • 步驟3：編制數據文件

• 7.2.3 觸類旁通

  • 理解方法思惟
    • 自動化思惟：數據和功能分離，數據驅動的自動運行
    • 接口化設計：格式化設計接口，清晰明瞭
    • 二維數據應用：應用維度組織數據，二維數據最經常使用
  • 應用問題擴展：
    • 擴展接口設計，增長更多控制接口
    • 擴展功能設計,增長弧形等更多功能
    • 擴展應用需求，發展自動軌跡繪製到動畫繪製

• 7.3 一維數據的格式化和處理

  • 7.3.1 數據組織的維度：組織形式

    • 一維數據：
      • 由對等關係的有序或無序數據構成，採用線性方式組織
      • 對應列表、數組和集合等概念
    • 二維數據：
      • 由多個一維數據構成，是一維數據的組合形式
      • 表格是典型的二維數據，其中，表頭是二維數據的一部分
    • 多維數據
      • 由一維或二維數據在新維度上擴展造成
      • 好比，加入時間維度
    • 高維數據
      • 僅利用組基本的二元關係展現數據間的複雜結構
      • 好比，字典嵌套
    • 數據的操做週期：
      • 存儲<->表示<->操做

  • 一維數據的表示

    • 若是數據間有序：列表，for遍歷
    • 若是數據間無序：集合，for遍歷

  • 一維數據的存儲

    • 存儲方式一：空格分隔
      • 使用一個或多個空格分隔進行存儲，不換行
      • 缺點：數據中不能存在空格
    • 存儲方式二：逗號分隔
      • 使用英文半角逗號分隔數據進行存儲，不換行
      • 缺點：數據中不能有英文逗號
    • 存儲方式三：其餘方式，特殊字符
      • 使用其餘符號或符號組合分隔，建議採用特殊符號
      • 缺點：須要根據數據特色定義，通用性較差

  • 一維數據的處理

    • 將存儲的數據讀入程序
      • split方法
    • 將程序表示的數據寫入文件
      • join(ls) 方法

• 7.4 二維數據的格式化和處理

  • 7.4.1 二維數據的表示
    • list類型：二維列表
      • 使用兩層for遍歷
      • 外層列表中每一個元素能夠對應一行，也能夠對應一列
  • 7.4.2 CSV格式與二維數據存儲
    • 注：CSV：Comma-Separated Values
    • 國際通用的一二維數據存儲格式，後綴：.csv
    • 每行一個一維數據，採用逗號分隔，無空行
    • Excel可讀入輸出，通常編輯軟件均可以產生
    • 若是某個元素缺失，逗號仍要保留
    • 二維數據的表頭能夠做爲數據存儲，也能夠另行存儲
    • 逗號爲英文半角逗號，逗號與數據之間無額外空格
  • 7.4.3 二維數據的存儲
    • 按行、列存儲均可以
    • 通常習慣：ls[row][column],先行後列
    • 根據通常習慣，按行存
  • 7.4.4 二維數據的處理
    • 讀入處理：

      fo = open(filename)
      ls = []
      for line in fo:
        line = line.replace("\n", "")
        ls.append(line.split(","))
      fo.close()

    • 寫入處理：

      ls = [[], [], []]  # 二維列表
      f = open(fname, "w")
      for item in ls:
          f.write(",".join(item) + "\n")
      f.close()

    • 二維數據的逐一處理
      • 採用二層循環

      ls = [[], [], []]  #二維列表
      for row in ls:
        for cloumn in row:
            print(ls[row][column])

• - 7.5 模塊6：wordcloud庫的使用
  
  
      略，後續會補充一篇文章，全面的解析各個case
  
  
  - 7.6 實例12：政府工做報告詞雲
      
  

•     略

• 
  

第八章 程序設計方法學

• 8.1 實例13：體育競技分析

  • 8.1.1 問題分析
    • 需求：毫釐是多少？如何科學分析體育競技比賽？
    • 輸入：球員水平
    • 輸出：可預測的比賽成績
  • 8.1.2 模擬N場比賽
    • 計算思惟：抽象+自動化
    • 模擬：抽象比勝過程+自動化執行N場比賽
    • 當N越大，比賽結果分析會越科學
  • 8.1.3 比賽規則
    • 雙人擊球比賽：A&B，回合制，5局3勝
    • 開始一方先發球，直至判分，接下來勝者發球
    • 球員只能在發球局得分，15分勝一局
  • 8.1.4 自頂向下(設計)和自底向上(執行)
    • 從總到分，分解大問題到計算機能解決的一個個小問題
    • 解決複雜問題的有效方法
    • 分單元測試，逐步組裝，按照自頂向下相反的路徑操做，直至系統各部分以組裝的思路都通過測試和驗證
    • 逐步組建複雜系統的有效測試方法
  • 8.1.5 實例講解
    • 程序整體框架及步驟
      • 1.> 打印介紹信息
      • 2.> 得到程序運行參數：proA，proB，n
      • 3.> 利用球員A和B的能力值，模擬n局比賽
      • 4.> 輸出球員A和B獲勝比賽的場次及機率
    • 第一階段：printInfo(),getInputs(),simNGames(),printSummary()
    • 第二階段：步驟三模擬N局比賽——再次分解
      • simOneGame()
    • 第三階段：根據分數判斷局的結束
      • gameOver()
  • 8.1.6 觸類旁通
    • 理解自頂向下和自底向上
      • 自頂向下設計：分而治之
      • 自底向上執行：模塊化集成
      • 自頂向下是「系統」思惟的簡化
    • 應用問題的擴展
      • 擴展比賽參數，增長對更多能力對比狀況的判斷
      • 擴展比賽設計，增長對真實比賽結果的預測
      • 擴展分析邏輯，方向推理，用勝率推算能力

• 8.2 Python程序設計思惟

  • 8.2.1 計算思惟與程序設計
    • 第三種人類思惟特徵：
      • 邏輯思惟：推理和演繹，數學爲表明
      • 實證思惟：實驗和驗證，物理爲表明
      • 計算思惟：設計和構造，計算機爲表明，漢諾塔遞歸
    • 計算思惟(Computational Thinking)：抽象和自動化
      • 抽象問題的計算過程，利用計算機自動化求解
      • 計算思惟是基於計算機的思惟，工具決定使用方法
      • 好比：求和；PI的計算；漢諾塔；天氣預報；量化分析交易
      • 計算思惟基於計算機強大的算力和海量數據
      • 抽象計算過程，關注設計和構造，而非因果
      • 以計算機程序設計爲實現的主要手段
  • 8.2.2 計算生態與Python語言
    • 1983，Richard Stallman啓動GNU項目
    • 1989，GNU通用許可協議誕生
    • 1991，Linus Torvalds發佈了Linux內核
    • 1998，網景瀏覽器開源，產生了Mozilla
    • 1983大教堂模式-->1991，集市模式
    • 開源思想深刻演化和發展，造成了計算生態
    • 競爭發展、相互依存、迅速更迭
    • API != 生態
      • API：應用程序編寫接口，是設計出來的
      • 生態：是野蠻生長而競爭淘汰的產物
    • 計算生態的價值
    • 計算生態的應用
      • 編程的起點不是算法而是系統
      • 編程的目標是爲了快速解決問題
  • 8.2.3 用戶體驗與軟件產品
    • 編程只是手段，不是目的，爲人類服務是目的
    • 提升用戶體驗的方法
      • |進度展現(應用場景)|
        • 程序須要計算時間，產生等待
        • 若干步驟，須要提示用戶並增長進度顯示
        • 程序存在大量次數循環
      • |異常處理(應用場景)|
        • 對用戶輸入的合規性進行檢查
        • 讀寫文件，對結果進行判斷
        • 當輸入輸出時，對運算結果進行判斷，須要異常處理
      • |其餘方法(應用場景)|
        • 打印輸出：特定位置，輸出程序運行的過程信息
        • 日誌文件：對程序異常和用戶使用記錄進行按期記錄
        • 幫助信息，給用戶多種方式提供幫助信息
    • 軟件程序 ==>> 軟件產品：用戶體驗是關鍵環節
  • 8.2.4 基本的程序設計模式
    • 從IPO開始
      • 肯定計算部分及功能邊界
      • 編寫程序：將計算求解的設計變成現實
      • 調試：確保按照正常邏輯可以正確執行
    • 自頂向下設計
    • 模塊化設計
      • 封裝，主程序，子程序，分而治之
      • 鬆耦合、緊耦合
    • 配置化設計
      • 程序引擎 + 配置文件
      • 程序執行和配置分離，將可選參數配置化
      • 將程序開發變成配置文件編寫，擴展功能而不修改程序
      • 關鍵在於接口設計，清晰明瞭，靈活可擴展
    • 應用開發的四個步驟：
      • 1.產品定義：功能(需求) + 商業模式
      • 2.系統架構：關注數據流+模塊化+體系架構
      • 3.設計與實現：結合系統架構、結合可擴展性、靈活性等進行設計優化
      • 4.用戶體驗：從用戶角度思考應用效果

• 8.3 Python第三方庫安裝

  • 8.3.1 Python世界
    • https://pypi.org/
    • PyPI：Python Package Index
    • PSF維護的展現全球Python計算生態的主站
    • 學會檢索並利用PyPI，關鍵詞檢索
  • 8.3.2 第三方庫的pip安裝方法
    • Win+r =>輸入cmd回車，進入cmd，pip -h，能夠常看經常使用命令及介紹
  • 8.3.3 第三方庫的集成安裝方法
    • Anaconda —— 數據計算
  • 8.3.4 第三方庫的文件安裝方法
    • 某些第三方庫pip下載後，須要編譯再安裝
    • 直接下載編譯後的安裝，推薦一個我的博客：http://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/

• 8.4 模快7：os庫的基本使用

  os庫是標準庫，包含幾百個函數，經常使用路徑操做、進程管理、環境參數等幾類

  • 8.4.1 路徑操做：os.path子庫，處理文件路徑及信息

    • import os.path as op

    函數	描述
    os.path.abspath(path)	返回path在當前系統中的絕對路徑
    os.path.normpath(path)	歸一化，統一用\\分隔路徑
    os.path.relpath(path)	返回相對路徑
    os.path.dirname(path)	返回Path中目錄名稱
    os.path.basename(path)	返回path中最後的文件名稱
    os.path.join(path,*paths)	組合path，返回路徑字符串
    os.path.exists(path)	判斷path對應文件目錄是否存在，返回bool
    os.path.isfile(path)	判斷path所對應是否爲已存在的文件，返回bool
    os.path.isdir(path)	判斷path所對應是否爲已存在的文件，返回bool
    os.path.getatime(path)	返回path對應文件或目錄上一次的訪問時間
    os.path.getmtime(path)	返回path對應文件或目錄最近一次的修改時間
    os.path.getctime(path)	返回path對應文件或目錄的建立時間
    os.path.getsize(path)	返回path對應文件的大小，以字節爲單位

  • 8.4.2 進程管理：啓動系統中其餘程序

    • os.system(command)
    • 執行程序或命令command
    • 在windows系統中，返回值爲cmd的調用返回信息
    • eg1: os.system("C:\\windows\\System32\\calc.exe")
    • eg2: os.system(C:\\windows\\System32\\mspaint.exe D:\\pycode\\grwordcloud.png")

  • 8.4.3 環境參數：得到系統軟硬件信息等環境參數

    函數	描述
    os.chdir(path)	修改當前程序操做的路徑
    os.getcwd()	返回程序的當前路徑
    os.getlogin()	得到當前系統登錄用戶名
    os.cpu_count()	得到當前系統的CPU數量
    os.urandom(n)	得到n個字節長度的隨機字符串，一般用於加解密運算

• 8.5 實例14：第三方庫自動安裝腳本

  • 8.5.1 問題分析：第三方庫自動安裝腳本
  • 8.5.2 優秀的第三方庫 (PyPI搜，略)
  • 8.5.3 觸類旁通：自動化腳本+
    • 編寫各種自動化運行程序的腳本，調用已有程序
    • 擴展應用：安裝更多的第三方庫，增長配置文件
    • 擴展異常檢測：捕獲更多異常類型，程序更穩定友好