Python3 简明教程学习（上）

Posted 2020-10-27 20179202杨晓桐

一、开始 Python 之旅交互模式

1.Ctrl + D 输入一个 EOF 字符来退出解释器，也可以键入 exit() 来退出

2.#!/usr/bin/env python3 中#!称为 Shebang，目的是告诉shell使用Python 解释器执行其下面的代码。

3.注意遵守以下约定：

• 使用 4 个空格来缩进
• 永远不要混用空格和制表符
• 在函数之间空一行
• 在类之间空两行
• 字典，列表，元组以及参数列表中，在 , 后添加一个空格。对于字典，: 后面也添加一个空格
• 在赋值运算符和比较运算符周围要有空格（参数列表中除外），但是括号里侧不加空格：a = f(1, 2) + g(3, 4)

4.模块是包含能复用的代码的文件，包含了不同的函数定义，变量。模块文件通常以 .py 为扩展名，在使用模块前先导入它。

二、变量和数据类型

1.关键字（不能用于通常的标识符）

2.定义变量

不需要为变量指定数据类型，操作字符串时用单引号或双引号括起来

3.从键盘读取输入

number = int(input("Enter an integer: "))

4.在一行内将多个值赋值给多个变量

>>> a , b = 4, 5
>>> a
4
>>> b
5

用逗号创建元组，在赋值语句的右边创建元组称这为元组封装（tuple packing），赋值语句的左边做的是元组拆封 （tuple unpacking）。

三、运算符和表达式

divmod()

divmod()函数把除数和余数运算结果结合起来，返回一个包含商和余数的元组(a // b, a % b)：

若现在通过获得用户输入的天数，算出月份数和天数，则可以使用该函数轻松get到答案：

#!/usr/bin/env python3
days = int(input("Enter days: "))
print("Months = {} Days = {}".format(*divmod(days, 30)))  用 * 运算符拆封这个元组

整除

如果要进行整除，使用 // 运算符，它将返回商的整数部分：

思考：如果是12 / 3，结果是多少呢？大家一定会说是不是傻？肯定是4啊！那试试呗：

和你想的不一样吧！所以/不管是不是整除，结果都是浮点数。

逻辑运算符

逻辑运算符 and 和 or 也称作短路运算符：它们的参数从左向右解析，一旦结果可以确定就停止 。作用于一个普通的非逻辑值时，短路运算符的返回值通常是能够最先确定结果的那个操作数。

运算符	逻辑表达式	描述
and	x and y	如果 x 为 False，x and y 返回 False，否则它返回 y 的计算值。
or	x or y	如果 x 是非 0，它返回 x 的值，否则它返回 y 的计算值。
not	not x	如果 x 为 True，返回 False 。如果 x 为 False，它返回 True。

>>> 5 and 4    (5为True还要往后看，所以最先确定的操作数是4)
4
>>> 0 and 4    (0为False不需往后看，所以最先确定的操作数是0)
0
>>> False or 3 or 0   (False还要往后看，3为True不需往后看，所以最先确定的操作数是3)
3

运算符优先级

类型转换

类型转换中，int、float转字符串用str()就行了，非常容易理解，字符串是"数字"字符串（\'1234\')转int也好理解，但如果是字符串\'a\'呢？可能你会想到ASCII，用int(\'a\')可以吗？

结果显示不可以，所以，再恶补点知识吧!

1.十进制字符串转整数
int(\'12\') ==12
2.十六进制字符转整数
int(\'a\',16) == 10 
例MAC地址转整数：
a=\'FF:FF:FF:FF:FF:FF\'.split(:)
int(a[0],16) = 255
int(a[1],16) = 255
int(a[2],16) = 255
int(a[3],16) = 255
int(a[4],16) = 255
int(a[5],16) = 255
3.字符转整数
ord(\'a\')==97
4.整数转为字符
chr(65) == \'A\'

四、循环

range()

range() 生成一个等差数列（并不是列表）：

>>> for i in range(3):
...     print(i)
...
0
1
2
>>> range(1, 5)      
range(1, 5)
>>> list(range(1, 5))
[1, 2, 3, 4]
>>> list(range(1, 15, 3))
[1, 4, 7, 10, 13]

循环的 else 语句

可以在循环后面使用可选的 else 语句，它将会在循环完毕后执行，除非有 break 语句终止了循环。

斐波那契（Fibonacci）数列

Python 中赋值语句执行时会先对赋值运算符右边的表达式求值，然后将这个值赋值给左边的变量。

如果要把结果输出不换行呢？print() 除了打印提供的字符串之外，还会打印一个换行符，所以每调用一次 print() 就会换一次行。可以通过参数 end 来替换换行符：

a, b = 0, 1
while b < 100:
    print(b, end=\' \')
    a, b = b, a + b
print()

幂级数：e^x = 1 + x + x^2 / 2! + x^3 / 3! + ... + x^n / n! （0 < x < 1）

#!/usr/bin/env python3
x = float(input("Enter the value of x: "))
n = term = num = 1
result = 1.0
while n <= 100:
    term *= x / n
    result += term
    n += 1
    if term < 0.0001:
        break
print("No of Times= {} and Sum= {}".format(n, result))

打印图形

print("#" * 50)字符串若是乘上整数 n，则返回由 n 个此字符串拼接起来的新字符串。如要打印出下图：

row = int(input("Enter the number of rows: "))
n = row
while n >= 0:
    x = "*" * n
    y = " " * (row - n)
    print(y + x)
    n -= 1

五、数据结构

列表

列表可以写作中括号之间的一列逗号分隔的值。列表的元素不必是同一类型，通过索引来访问列表中的每一个值，列表允许修改元素，允许嵌套。

a.append() 添加元素到列表的末端 

a.insert(0, 1) 在列表索引 0 位置添加元素 1

a.count(s) 返回列表中 s 元素出现的次数。

a.remove(s) 移除列表中s元素

a.pop(n)  返回索引为n的元素并把它从列表中删除，无参数时默认最后一个元素

del a[n] 删除索引为n的列表元素

a.reverse() 反转整个列表

a.sort() 给列表排序，排序的前提是列表的元素是可比较的

a.extend(b) 将b列表的所有元素添加到a列表末尾，注意是添加 b 的元素而不是 b 本身

思考：如果列表中有相同的元素，用remove删除的是前面那个还是后面那个，亦或是全删除呢？实践一下呗！

列表推导式由包含一个表达式的中括号组成，表达式后面跟随一个 for 子句，之后可以有零或多个 for 或 if 子句。结果是一个列表，由表达式依据其后面的 for 和 if 子句上下文计算而来的结果构成。以下两种方式等同：

列表推导式也可以嵌套：

>>> a=[1,2,3]
>>> z = [x + 1 for x in [x ** 2 for x in a]]
>>> z
[2, 5, 10]

如果在遍历列表（或任何序列类型）的同时获得元素索引值，可以使用 enumerate()：

>>> for i, j in enumerate([\'a\', \'b\', \'c\']):
...     print(i, j)
...
0 a
1 b
2 c

同时遍历两个序列类型可以使用zip() :

>>> a = [\'a\', \'b\']
>>> b = [\'c\', \'d\']
>>> for x, y in zip(a, b):
...     print("{} and {}".format(x, y))

元组

元组是由数个逗号分割的值组成，且为不可变类型，意味着不能在元组内删除或添加或编辑任何值。

>>> a = \'a\', \'b\', \'c\',
>>> a
(\'a\', \'b\', \'c\')

创建只含有一个元素的元组，在值后面跟一个逗号，这是因为括号()既可以表示元组，又可以表示数学公式中的小括号，这就产生了歧义。

>>> a = (123)     这样定义的将是123这个元素，而不是一个元组。 
>>> a
123
>>> type(a)
<class \'int\'>
>>> a = (123, )
>>> b = 321,
>>> a
(123,)
>>> b
(321,)
>>> type(a)
<class \'tuple\'>
>>> type(b)
<class \'tuple\'>

可以对任何一个元组执行拆封操作并赋值给多个变量，注意赋值时数量要匹配：

集合

集合是一个无序不重复元素的集，大括号或 set() 可以用来创建集合

>>> basket = {\'apple\', \'orange\', \'apple\', \'pear\', \'orange\', \'banana\'}
>>> print(basket)                      可以看到重复的元素被去除
{\'orange\', \'banana\', \'pear\', \'apple\'}
>>> a = set(\'abracadabra\')
>>> b = set(\'alacazam\')
>>> a                                  
{\'a\', \'r\', \'b\', \'c\', \'d\'}              a 去重后的字母
>>> a - b                              a 有而 b 没有的字母
>>> a | b                              存在于 a 或 b 的字母
>>> a & b                              a 和 b 都有的字母
>>> a ^ b                              存在于 a 或 b 但不同时存在的字母
>>> a.add(\'c\')
>>> a
{\'c\'，a\', \'r\', \'b\', \'c\', \'d\'}          不同于列表的append()，在起始位置添加

字典

字典是是无序的键值对（key:value）集合，同一个字典内的键必须是互不相同的。一对大括号 {}创建一个空字典。字典中的键必须是不可变类型，比如不能使用列表作为键。

>>> data = {\'kushal\':\'Fedora\', \'kart_\':\'Debian\', \'Jace\':\'Mac\'}
>>> data[\'kart_\']
\'Debian\'

>>> data[\'parthan\'] = \'Ubuntu\'           创建新的键值对
>>> data
{\'kushal\': \'Fedora\', \'Jace\': \'Mac\', \'kart_\': \'Debian\', \'parthan\': \'Ubuntu\'}

>>> del data[\'kushal\']                   del 删除任意指定的键值对
>>> data
{\'Jace\': \'Mac\', \'kart_\': \'Debian\', \'parthan\': \'Ubuntu\'

>>> dict(((\'In\',\'Del\'),(\'Bang\',\'Dh\')))   dict() 从包含键值对的元组中创建字典
{\'In\': \'Del\', \'Bang\': \'Dh\'}

>>> for x, y in data.items():            items()获得由键和值组成的列表
...     print("{} uses {}".format(x, y))

dic.clear()清空字典 
dic.keys()获得键的列表 
dic.values()获得值的列表 
dic.copy()复制字典 
dic.pop(k)删除键k 
dic.get(k)获得键k的值 
dic.update()更新成员，若成员不存在，相当于加入 

很多时候需要往字典中的元素添加数据，使用dict.setdefault(key, default)：

>>> data = {}
>>> data.setdefault(\'names\', []).append(\'Ruby\')
>>> data
{\'names\': [\'Ruby\']}
>>> data.setdefault(\'names\', []).append(\'Python\')
>>> data
{\'names\': [\'Ruby\', \'Python\']}
>>> data.setdefault(\'names\', []).append(\'C\')
>>> data
{\'names\': [\'Ruby\', \'Python\', \'C\']}

更多详见：
Python中的列表（list），元组（Tuple），字典（Dict）和集合（Set）、Python列表、元组、集合、字典的区别和相互转换

切片

切片的语法表达式为[start_index : end_index : step]：

• start_index表示起始索引
• end_index表示结束索引
• step表示步长，步长不能为0，且默认值为1

切片操作是指按照步长，截取从起始索引到结束索引，但不包含结束索引的所有元素。

• python3支持切片操作的数据类型有list、tuple、string、unicode、range
• 切片返回的结果类型与原对象类型一致
• 切片不会改变原对象，而是重新生成了一个新的对象

切片的索引可分为正向和负向两种：

举个例子：

>>> C = [\'A\',\'B\',\'C\',\'D\',\'E\',\'F\']
>>> C[0:5:1]
[\'A\', \'B\', \'C\', \'D\'，\'E\']

省略 start_index 会从第一个元素开始，省略 end_index 会切到最后一个元素为止：

>>> C[2:]
[\'C\', \'D\', \'E\', \'F\']

步长为负数时即为逆着切，一定要保证start_index到end_index的方向与步长step的方向同向，否则会切出空的序列：

>>> C[0:3:-1]
[]
>>> C[3:0:1]
[]

数据结构举例

1.判断学生成绩是否达标:要求输入学生数量，以及各个学生物理、数学、历史三科的成绩，如果总成绩小于 120，程序打印 “failed”，否则打印 “passed”。

n = int(input("Enter the number of students: "))
data = {}  用来存储数据的字典变量
Subjects = (\'Physics\', \'Maths\', \'History\') 
for i in range(1, n+1):
    name = input(\'Enter the name of the student {}: \'.format(i))  
    marks = []
    for x in Subjects:
        marks.append(int(input(\'Enter marks of {}: \'.format(x))))  
    data[name] = marks
for x, y in data.items():
    total =  sum(y)
    print("{}\'s total marks {}".format(x, total))
    if total < 120:
        print(x, "failed :(")
    else:
        print(x, "passed :)")

运行如下：

2.用以下代码解决矩阵问题：

n = int(input("Enter the value of n: "))
print("Enter values for the Matrix A")
a = []
for i in range(n):
    a.append([int(x) for x in input().split()])
print(a)

其实这里不太理解为什么最后结果为列表嵌套列表(str.split(str="", num=string.count(str))，str -- 分隔符，默认为所有的空字符，包括空格、换行(\\n)、制表符(\\t)等，num -- 分割次数），而且以为这是生成 n × n 的矩阵，所以进行以下实践：

可以看出，split()最后拆成的是列表，以换行符结束一次循环，并不是生成n × n 的矩阵。相对于split()，join()使用指定字符连接多个字符串，它需要一个包含字符串元素的列表作为输入，然后连接列表内的字符串元素：

>>> "-".join("GNU/Linux is great".split())基于空格分割字符串（列表），再用 "-" 连接
\'GNU/Linux-is-great\'

六、字符串

三引号（triple quotes）

python三引号允许一个字符串跨多行，字符串中可以包含换行符、制表符以及其他特殊字符。

 >>> h = \'\'\'hi 
Jspo\'\'\'
>>> hi   
\'hi\\nJspo\'
>>> print hi  
hi 
Jspo  

三引号让程序员从引号和特殊字符串的泥潭里面解脱出来，自始至终保持一小块字符串的格式是所谓的WYSIWYG（所见即所得）格式的。一个典型的用例是，当需要一块HTML或者SQL时，这时用字符串组合，特殊字符串转义将会非常的繁琐。

此外，在 Python 里使用文档字符串（docstrings）来说明如何使用代码：

def longest_side(a, b):
    """
    Function to 
    """
    return True

字符串常用操作

string.title() 返回字符串的标题版本，即单词首字母大写其余字母小写
string.upper() 返回字符串全部大写版本
string.lower() 返回字符串全部小写版本 
string.swapcase() 返回字符串大小写交换后的版本 
string.isalnum()  检查所有字符是否为字母数字
string.isalpha()  检查字符串之中是否只有字母
string.isdigit()  检查字符串是否所有字符为数字

strip(chars)用来剥离字符串首尾中指定的字符，不指定参数则默认剥离掉首尾的空格和换行符。用 lstrip(chars) 或 rstrip(chars) 只对字符串左或右剥离:

>>> s = "www.foss.in" 
>>> s.lstrip("cwsd.") 删除在字符串左边出现的\'c\',\'w\',\'s\',\'d\',\'.\'字符
\'foss.in\'
>>> s.rstrip("cnwdi.") 删除在字符串右边出现的\'c\',\'n\',\'w\',\'d\',\'i\',\'.\'字符
\'www.foss\'

文本搜索

find() 能帮助找到第一个匹配的子字符串，没有找到则返回 -1。string.find(str, beg=0, end=len(string))
检测 str 是否包含在 string 中，如果 beg 和 end 指定范围，则检查是否包含在指定范围内，如果是返回开始的索引值，否则返回-1。

s.startswith(str)  检查字符串是否以 str 开头
s.endswith(str)    检查字符串是否以 str 结尾

字符串更多操作详见：Python 字符串

例题（挑战：字符串操作）

String.txt文件内容为awe3fa8fa4aewfawijfa;fjaweawfeawawefargaefaef5awefasdfeargfasdcds2awea4afadszsdvzxefafzsdva7fasdczdvafedszv6zvczvdsf2awefafzsdccsea，请把该文件中所有的数字组成一个新的字符串，并且打印出来。

注：学了后面的课程发现这个挑战自己没将文件关闭（file.close()），要养成习惯，不然记得使用 with!

七、函数

def 函数名（参数列表）:
    函数体

不带表达式的return相当于返回 None。

参数传递

在 python 中，类型属于对象，变量是没有类型。如a=[1,2,3]和a="Jspo"，[1,2,3] 是 List 类型，"Jspo" 是 String 类型，而变量 a 是没有类型，仅仅是一个对象的引用（一个指针），可以是指向 List 类型对象，也可以是指向 String 类型对象。

在 python 中，strings, tuples, 和 numbers 是不可更改的对象，而 list,dict 等则是可以修改的对象。

• 不可变类型：变量赋值 a=5 后再赋值 a=10，这里实际是新生成一个 int 值对象 10，再让 a 指向它，而 5 被丢弃，不是改变a的值，相当于新生成了a
• 可变类型：变量赋值 la=[1,2,3,4] 后再赋值 la[2]=5 则是将 list la 的第三个元素值更改，本身la没有动，只是其内部的一部分值被修改了

python 函数的参数传递：

• 不可变类型：类似值传递，传递的只是a的值，没有影响a对象本身（加global变为全局变量）
• 可变类型：类似引用传递

参数类型

• 必需参数：以正确的顺序传入函数，调用时的数量必须和声明时的一样

• 关键字参数：形如 keyword = value，使用关键字参数允许函数调用时参数的顺序与声明时不一致，因为 Python 解释器能够用参数名匹配参数值
  

• 默认参数：调用函数时，如果没有传递参数，则会使用默认参数，默认参数必须放在最后。如上图如果调用者未给出 b、c 的值，那么它们的值默认为5和10

• 不定长参数：需要一个函数能处理比当初声明时更多的参数。这些参数叫做不定长参数，声明时不会命名

对不定长参数再说几句：加了星号（*）的变量名会存放所有未命名的变量参数，不能存放dict。加了星号（**）的变量名会存放所有未命名的变量参数(如果在函数调用时没有指定参数，它就是一个空元)。举个例子：

def multiple(arg, *args, **dictargs):
    print("arg: ", arg)
    #打印args
    for value in args:
        print("other args:", value)
    #打印dict类型的不定长参数 args
    for key in dictargs:
        print("dictargs:" + key + ":" + str(dictargs[key]))

if __name__ == \'__main__\':
    multiple(1,\'a\',True, name=\'Amy\',age=12)

高阶函数

map 接受一个函数和一个序列（迭代器）作为输入，然后对序列（迭代器）的每一个值应用这个函数，返回一个序列（迭代器），其包含应用函数后的结果。

>>> lst = [1, 2]
>>> def s(num):
...     return num * num
...
>>> print(list(map(s, lst)))
[1, 4]

注：千万别忘了map前加list!

八、文件处理

常见操作

使用 open() 函数打开文件，需要两个参数，第一个参数是文件路径或文件名，第二个是文件的打开模式：

• "r"，以只读模式打开，你只能读取文件但不能编辑/删除文件的任何内容
• "w"，以写入模式打开，如果文件存在将会删除里面的所有内容，然后打开这个文件进行写入
• "a"，以追加模式打开，写入到文件中的任何数据将自动添加到末尾

例题

例1：拷贝给定的文本文件到另一个给定的文本文件：

import sys
if len(sys.argv) < 3:
    print("Wrong parameter")
    print("./copyfile.py file1 file2")
    sys.exit(1)
f1 = open(sys.argv[1])
s = f1.read()
f1.close()
f2 = open(sys.argv[2], \'w\')
f2.write(s)
f2.close()

sys模块：sys.argv 包含所有命令行参数。
sys.argv 的第一个值是命令自身的名字：

import sys
print("First value", sys.argv[0])
print("All values")
for i, x  in enumerate(sys.argv):
    print(i, x)

enumerate(iterableobject)可以同时得到索引位置和对应值。

例2：对任意给定文本文件中的制表符、行、空格进行计数。

import os
import sys
def parse_file(path):
    
    fd = open(path)
    i = 0
    spaces = 0
    tabs = 0
    for i,line in enumerate(fd):
        spaces += line.count(\' \')
        tabs += line.count(\'\\t\')
    # 现在关闭打开的文件
    fd.close()

    # 以元组形式返回结果
    return spaces, tabs, i + 1

def main(path):
  
    if os.path.exists(path):
        spaces, tabs, lines = parse_file(path)
        print("Spaces {}. tabs {}. lines {}".format(spaces, tabs, lines))
        return True
    else:
        return False

if __name__ == \'__main__\':
    if len(sys.argv) > 1:
        main(sys.argv[1])
    else:
        sys.exit(-1)
    sys.exit(0)

小Tips:

如果要统计文件的行数，可以用count = len(open(filepath, \'r\').readlines())，虽然简单，但是可能比较慢，当文件比较大时甚至不能工作。因此可以利用enumerate()：

count = 0
for index, line in enumerate(open(filepath,\'r\'))： 
    count += 1

此外，使用 with 语句处理文件对象会在文件用完后会自动关闭，就算发生异常也没关系。它是 try-finally 块的简写：

with open(\'sample.txt\') as f:
    for line in f:
        print(line, end = \'\')

九、异常

• 在 Python3 中使用 Python2 独有的语法就会发生 SyntaxError
• 当有人试图访问一个未定义的变量则会发生 NameError
• 当操作或函数应用于不适当类型的对象时引发TypeError，一个常见的例子是对整数和字符串做加法

try--except

• 首先，执行 try 子句 ，如果没有异常发生，except 子句 在 try 语句执行完毕后就被忽略了。
• 如果在 try 子句执行过程中发生了异常，那么该子句其余的部分就会被忽略。
• 如果异常匹配于 except 关键字后面指定的异常类型，就执行对应的 except 子句。然后继续执行 try 语句之后的代码。
• 如果发生了一个异常，在 except 子句中没有与之匹配的分支，它就会传递到上一级 try 语句中。
• 如果最终仍找不到对应的处理语句，它就成为一个 未处理异常，终止程序运行，显示提示信息。

except可以处理一个专门的异常，也可以处理一组圆括号中的异常，如果except后没有指定异常，则默认处理所有的异常。

raise

raise 语句抛出一个异常。如"挑战：玩转函数"中要求用户能够通过命令行输入分钟数，程序需要打印出相应的小时数和分钟数。如果用户输入的是一个负值，程序需要报错 ValueError，在屏幕上打印出ValueError： Input number cannot be negative 提示用户输入的值有误。

import sys
def ToHours(time):
    print("{} H, {} M".format(*divmod(time, 60)))
time =int (sys.argv[1])
if time < 0:
    try:
        raise ValueError
    except ValueError:
        print("ValueError: Input number cannot be negative")
else:
    ToHours(time)

finally

不管有没有发生异常，finally 子句在程序离开 try 后都一定会被执行。当 try 语句中发生了未被 except 捕获的异常（或者它发生在 except 或 else 子句中），在 finally 子句执行完后它会被重新抛出:

>>> try:
...     raise KeyboardInterrupt
... finally:
...     print(\'Goodbye, world!\')
...
Goodbye, world!
KeyboardInterrupt
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 2, in ?

在真实场景的应用程序中，finally 子句用于释放外部资源（文件或网络连接之类的），无论它们的使用过程中是否出错。