python学习之路——入门篇

零、前言

很早就打算学python了，但后来各种事情太多就又耽搁了（主要是太会摸鱼了）。这学期开了python课，就打算继续开始学习，先快速学习一下python的基础语法，后续有机会还会学习python比较厉害的爬虫、数据分析、数据可视化等。感觉学习一门语言，及时的记录是很重要的，不仅可以加深印象也方便以后的查阅，本篇博客记录的是python中较为基础的语法、数据类型和一些常用的库。语言只是个工具，算法和编程思想才是灵魂，并且对于编程语言的学习实践是极为重要的，所以我选择了北理工的Python语言程序设计课程辅助学习，因为他们附带了一个oj可以用于练习，实属良心！那么就开始快乐的python之旅吧～

一、基本语法

1.1 输入输出

1.1.1 输入

input() 函数用于从控制台获取用户的输入，并以字符串的形式返回用户的输入，以换行标志一次输入的结束，括号内可以填写一个字符串，表示输入的提示信息，该字符串不会被当做输入读取。

<变量> = input(<提示信息字符串>)
 
Str = input("请输入")

1.1.2 输出

• print() 函数以字符串形式向控制台输出结果，括号内填写字符串或字符串变量。
• eval() 函数 去掉参数最外侧的引号并执行余下语句。该语句基础用法是用于字符串向数字的转换，但还有更高级的用法。去掉最外侧的引号后如果不是字符串，Python在编译代码时会先去检查该语句是否代表某个变量或者Python中可执行的语句，如果是则会表示成此变量或运行相应的语句，如果不是将报错。

print(eval("1")) #输出1
print(eval('"1+2"')) #输出1+2
print(eval("1+2")) #输出3，去掉最外侧的引号后是一个加法算式，运算后输出结果
 
a = 3
print(eval("a")) #输出3，去掉最外侧引号后不是字符串，表示变量a，则输出a的值

• 槽和格式化print("xxx{}".format(c)) {} 表示一个槽，槽内设置格式化输出的要求，然后在format中写出具体的变量名，详细介绍见 2.2.5字符串类型的格式化。

1.2 注释格式

• 单行注释：以 # 开头，其后为注释内容
• 多行注释：以 ''' 开头和结尾，之间是注释内容，本质上是一个字符串，Python中没有进行任何操作的字符串在程序运行时会直接跳过，不会被处理。

1.3 分支结构

基本格式：

if <条件1> :
    <语句块1>
elif <条件2> :
    <语句块2>
      ...
else :
    <语句块N>
 
# 简写
<语句块1> if <条件1> else <语句块2>  #如果条件1符合则执行语句块1，否则执行语句块2

特殊的分支——异常：

• 报错语句分析：当Python运行出错时会结束程序并给出如下错误信息。

• 异常处理try

try : 
<语句块1> #执行语句块1并检测是否出错
except <异常类型>:
<语句块2> #如果语句块1出现与异常类型相同的错误，执行语句块2
else :
<语句块3> #未发生异常，执行语句块3
finally :
<语句块4> #无论是否异常都执行语句块4

1.4 循环结构

range函数：

range(m,n,k) #从m开始产生一个小于n的序列，步长为k
range(1,6,2) = [1,3,5]

基本格式：

for <循环变量> in <遍历结构> :
    <语句块>
#从遍历结构中逐一提取元素，放在循环变量中,并执行一次语句块，完整遍历所有元素后结束
 
#举例：
#遍历range函数
for i in range(1,6):
    print(i,end = " ") #输出1 2 3 4 5
#遍历字符串
for c in "Python123":
    print(c, end=",") #输出：P,y,t,h,o,n,1,2,3,
#遍历列表
for item in [123,"PY", 456] :
    print(item, end=",") #输出123,PY,456,
 
while <条件> :
    <语句块>
# 反复执行语句块，直到条件不满足时结束

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。
• continue ：结束当次循环，继续执行后续次数循环。

循环的扩展：

当循环没有被break语句退出时，执行else语句块，else语句块作为”正常”完成循环的奖励，这里else的用法与异常处理中else用法相似。

for <变量> in <遍历结构> :
    <语句块1>
else :
    <语句块2>
 
while <条件> :
    <语句块1>
else :
    <语句块2>

1.5 库引用和import关键字

Python之所以强大不仅仅因为其上手简单，语法通俗，更因为它有庞大的库。库引用是扩充Python程序功能的方式，使用import关键字完成。

格式：

import<库名> ,引用后要使用库中的某个函数则采用 <库名>.<函数名>(<函数参数>) 的格式。

其他用法：

可以使用from <库名> import * 引用某个库，这种方法引用库后可以直接使用函数，无需使用 <库名>.<函数名> 的方式。

高级用法：

import <库名> as <库别名> 可以给库起别名，便于代码的书写，使用函数的格式为：<库别名>.<函数名>(<函数参数>)。

1.6 函数的定义和调用

1.6.1 定义格式：

  def <函数名>(<参数(0个或多个)>) :
    <函数体>
    return <返回值>
 
def fact(n) : #计算n!
    s = 1
    for i in range(1, n+1):
        s *= i
    return s

1.6.2 特殊的参数类型

• 可选参数类型函数定义时可以为某些参数指定默认值，构成可选参数，调用函数时可选参数类型可以填写也可以不填写。

def fact(n, m=1) : #m为可选参数类型，计算n！/m的值
s = 1
for i in range(1, n+1):
    s *= i
return s//m

• 可变参数类型函数定义时可以设计可变数量参数，既不确定参数总数量，类似C++中的指针。

def fact(n, *b) : #*b为可变参数，计算n！乘上一些数后的值
s = 1
for i in range(1, n+1):
    s *= i
for item in b:
    s *= item
return s

1.6.3 函数的返回值

函数可以返回0个或多个结果，return 用于返回值，可以返回任意多个值，return 在函数中不是必须的。

举例：

def fact(n, m=1) :
    s = 1
    for i in range(1, n+1):
        s *= i
    return s//m, n, m
 
a,b,c = fact(10,5)#可以用这种方式接收返回值，按照位置一一对应

1.6.4 局部变量和全局变量

规则一：局部变量和全局变量是不同变量：

• 局部变量是函数内部的占位符，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

规则二：局部变量为组合数据类型且未创建，等同于全局变量

ls = ["F","f"]
def func(a) :
    ls.append(a)
    return
func("C")
print(ls) #输出['F', 'f', 'C']
 
ls = ["F","f"]
def func(a) :
    ls = []
    ls.append(a)
    return
func("C")
print(ls) #输出['F', 'f']

1.6.5 lambda函数

定义方式：

<函数名> = lambda <参数>: <表达式>
#等价于：
def <函数名>(<参数>) :
    <函数体>
    return <返回值>

举例：

f = lambda x, y : x + y
f(10, 15) = 25
 
f = lambda : "lambda函数"
print(f()) # 输出lambda函数

二、基本数据类型

2.1 数字类型

2.1.1 整数类型

Python中的整数不同于C++等语言，它没有取值范围限制，与数学中整数的概念一致。

四种进制表示形式：

• 十进制：1010, 99, -217
• 二进制，以0b或0B开头：0b010, -0B101
• 八进制，以0o或0O开头：0o123, -0O456
• 十六进制，以0x或0X开头：0x9a, -0X89

2.1.2 浮点数类型

与数学中实数的概念一致，但是浮点数取值范围和小数精度都存在限制，取值范围数量级约 到−10307到10308，精度数量级10−16，且浮点数间运算存在不确定尾数，如Python中 0.1 + 0.2 = 0.30000000000000004，可以使用round() 进行四舍五入，具体函数操作后面有专门描述。

科学计数法：

浮点数可以采用科学计数法表示，使用字母e或E作为幂的符号，以10为基数，格式为<a>e<b> ，表示 a∗10b ,比如 4.3e-3 = 0.0043​，9.6E5 = 960000.0

2.1.3 复数类型

与数学中复数的概念一致,定义 j=−1 ，-a+bj被称为复数，其中，a是实部，b是虚部。

z = 1.23e-4+5.6e+89j
z.real() #获得实部
z.imag() #获得虚部

2.1.4 数值运算操作符

2.1.5 数值运算函数

2.2 字符串类型

2.2.1 字符串类型的表示

两种表示方法：

• 由一对单引号或双引号表示，仅表示单行字符串

'1234'
"12345"

• 由一对三单引号或三双引号表示，可表示多行字符串

s = '''qw1234
        2134123'''

Python之所以设置那么多种表示方法，是为了避免字符串中包含 (‘) 或者 (”) ，使得字符串无法正确表示的情况。

字符串的序号：

切片操作：

<字符串>[M: N: K]类似range函数，M表示开始序号，N表示结尾序号且不包括下标为N的字符，K表示步长，即每隔几个字符取一次。M省略表示从开头开始，N省略表示从结尾开始，K省略表示步长为1，如果[ ]内只有一个数字则表示索引，即取以数字为下标的那一个字符。

示例：

"1234"[2] = "3"
"1234"[-1] = "4"
"1234"[1:3] = "23"
"01234"[:3] = "012"
"01234"[3:] = "34"
"0123456789"[2:9:2] = "2468" 

特殊字符：

转义符 \ 表达特定字符的本意，如:

print("这里有个双引号(\")") #输出 这里有个双引号(")

一些与转义符的特殊组合：

\b回退

\n换行(光标移动到下行首)

\r 回车(光标移动到本行首)

2.2.2 字符串操作符

2.2.3 字符串处理函数

Python的字符串使用Unicode编码，这是一种覆盖几乎所有字符的编码方式 ，从0到1114111 (0x10FFFF)空间，每个编码对应一个字符，Python字符串中每个字符都是Unicode编码字符。

2.2.4 字符串处理方法

2.2.5 字符串类型的格式化

format() 方法：

此方法用于字符串的格式化，格式为：<模板字符串>.format(<逗号分隔的参数>)

槽的概念：

在字符串中使用{ }作为一个槽，表示此处挖了一个空待填，槽中可以设置相应的字符串模板，槽中需要填写的字符串在后面的.fotmat()中给出，如下图所示：

槽中还可以指定字符串对应的顺序：

格式化控制标记：

前面说过槽中可以设置字符串格式化模板，具体格式如下：

举例：

"{0:=^20}".format("PYTHON") = '=======PYTHON======='
"{0:*>20}".format("BIT") = '*****************BIT'
"{:10}".format("BIT") = 'BIT       '
"{0:,.2f}".format(12345.6789) = '12,345.68'
"{0:b},{0:c},{0:d},{0:o},{0:x},{0:X}".format(425) = '110101001,Ʃ,425,651,1a9,1A9'
"{0:e},{0:E},{0:f},{0:%}".format(3.14) = '3.140000e+00,3.140000E+00,3.140000,314.000000%'

2.3 集合类型

2.3.1 集合类型的定义

集合是多个元素的无序组合 ，类似c++中点set，数据去重，但是无序。

• 集合类型与数学中的集合概念一致
• 集合元素之间无序，每个元素唯一，不存在相同元素
• 集合元素不可更改，不能是可变数据类型（如果可以修改则不能保证元素之间不相同）
• 集合用大括号 {} 表示，元素间用逗号分隔 ，建立集合类型用 {}或 set() ，建立空集合类型，必须使用set()

例子：

A = {"python", 123, ("python",123)} #使用{}建立集合，()表示一个元组
#{123, 'python', ('python', 123)}
B = set("pypy123") #使用set()建立集合，字符串会被拆分成几个字符
#{'1', 'p', '2', '3', 'y'}
C = {"python", 123, "python",123} #自动去重
#{'python', 123}

2.3.2 集合操作符

一共有四种基本操作，对应符号如图所示。

2.3.3 集合处理方法

2.3.4 应用

根据集合的特点，可以用于数据去重（将某个列表用set()转化成集合类型即可），以及通过集合操作符进行包含关系的比较。

2.4 序列类型

2.4.1 序列定义

序列是具有先后关系的一组元素 。

• 序列是一维元素向量，元素类型可以不同。
• 类似数学元素序列：s0,s1,…,sn−1。
• 元素间由序号引导，通过下标访问序列的特定元素。
• 序列类型是一个基类类型，包括字符串、列表、元组都属于序列类型，他们有各自的特点和处理函数。
• 序列类型的序号定义可以见上文字符串类型，两者是相同的。

2.4.2 序列处理函数

2.4.3 序列通用函数和方法

2.5 元组类型

元组是序列类型的一种扩展 。

• 使用小括号 () 或 tuple() 创建，元素间用逗号 , 分隔 ，可以使用或不使用小括号。
• 元组之间是有序的（注意是元组之间前后顺序，并不是按照大小关系排序），因此元组中可以有重复元素，且元组不能修改。
• 元组继承了序列类型的全部通用操作，元组因为创建后不能修改，因此没有特殊操作，使用或不使用小括号。

creature = "cat","dog","tiger","human"
creature('cat', 'dog', 'tiger', 'human')
color = (0x001100, "blue", creature)
color(4352, 'blue', ('cat', 'dog', 'tiger', 'human'))

2.6 列表类型

2.6.1 列表定义

列表是序列类型的一种扩展，十分常用

• 列表是一种序列类型，创建后可以随意被修改 。
• 使用方括号 [] 或list() 创建，元素间用逗号 , 分隔 。
• 列表中各元素类型可以不同，且无长度限制。

ls = ["cat","dog","tiger", 1024] #创建列表ls
lt = ls #注意如果使用=进行赋值是不会创建新的列表的，赋值仅传递引用

2.6.2 列表的函数与方法

2.6 字典类型

2.6.1 字典类型的定义

字典类型是“映射”的体现，定义和用法类似C++中的unorder_map

• 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n>:<值n>}
• 使用[] 进行索引和增加映射。

2.6.2 操作函数和方法

三、文件和数据格式化

3.1 文件的类型

文件是数据的抽象和集合，是存储在辅助存储器上的数据序列，是数据存储的一种形式，有两种展现形态：文本文件和二进制文件。

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，也被看成是存储着的长字符串
• 适用于例如：.txt文件、.py文件等

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

3.2 文件的打开和关闭

3.2.1 文件的打开

格式： <变量名> = open(<文件名>, <打开模式>)

• 变量名：又称作文件句柄，标识文件变量。
• 文件名：文件路径和名称，如果和代码是同目录则可以省略路径。注意文件路径要用/ 或\\ 表示分层，如：”D:/PYE/f.txt”，”D:\PYE\f.txt”。
• 打开模式：

3.2.2 文件的关闭

格式：<变量名>.close()

3.3 文件内容的读取

3.4 数据的文件写入

注意：

fo = open("output.txt","w+")
ls = ["中国","法国","美国"]
fo.writelines(ls)
fo.seek(0) # 如果不加这一行则会没有输出，因为此时指针指向文件末尾，需要指回开头。
for line in fo:
    print(line)
fo.close() 

四、Turtle库

Turtle绘图体系于1969年诞生，主要用于程序设计入门，是Python语言的标准库之一，入门级的图形绘制函数库。之所以称为Turtle库，是因为此库中有一只假象的海龟（Turtle)，全部的函数都是围绕这个海龟进行的。海龟一开始在窗体正中心，在画布上游走的轨迹形成了绘制的图形，可以通过函数改变海龟的行进路线，海龟的颜色和宽度等。

4.1 绘图窗体

Turtle绘图体系的最小单位是像素，绘图窗体指程序运行时弹出的窗口，所有绘图的结果都在窗口内显示，可以用turtle.setup() 设置绘图窗体。

turtle.setup(width,height,startx,starty)
'''
前两个参数设置窗口大小，后两个窗口设置窗口相对于屏幕左上角的位置，后两个参数可以不写，setup函数不是必须使用的。
'''

4.2 空间坐标体系

4.2.1 绝对坐标

以屏幕中心为原点建立一个直角坐标系，相关函数有 turtle.goto(x,y) 表示控制海龟从当前位置沿直线移动到坐标为(x,y)的位置。

4.2.2 相对坐标（海龟坐标）

以海龟面朝的方向为基准，分为前后左右四个方向，相关函数入下：

turtle.circle(r,angle) #以距海龟右侧r的点为圆心，走一段角度为angle的弧
turtle.bk(d) #后退d
trutle.fd(d) #前进d

4.3 角度坐标体系

4.3.1 绝对角度

逆时针为正，顺时针为负，相关函数turtle.seth(angle) ，用于改变海龟面朝方向。

4.3.2 相对角度（海龟角度）

以海龟的朝向为基准分为左右，函数如图所示，分别表示向左和向右转angle度。

4.4 RGB色彩体系

RGB指红蓝绿三个通道的颜色组合，可以覆盖视力所能感知的所有颜色，RGB每色取值范围0-255整数或0-1小数，Turtle库默认使用小数值表示RGB颜色，可以用turtle.colormode(mode)，改变颜色表示模式，mode = 255表示整数模式，mode = 1.0 表示小数模式，常见的颜色如下所示：

4.5 画笔控制函数

turtle.penup() #别名 turtle.pu() 抬起画笔，海龟在飞行
turtle.pendown() #别名 turtle.pd() 落下画笔，海龟在爬行
turtle.pensize(width) #别名 turtle.width(width) 画笔宽度，海龟的腰围
 
turtle.pencolor(color) #color为颜色字符串或r,g,b值画笔颜色，海龟在涂装
'''
pencolor的参数可以有三种形式：
颜色字符串 ：turtle.pencolor("purple")
RGB的小数值：turtle.pencolor(0.63, 0.13, 0.94)
RGB的元组值：turtle.pencolor((0.63,0.13,0.94))
'''

4.6 运动控制函数

# 别名 turtle.fd(d)向前行进，海龟走直线 d: 行进距离，可以为负数
turtle.forward(d) 
#根据半径r绘制extent角度的弧形
#r: 默认圆心在海龟左侧r距离的位置,extent: 绘制角度，默认是360度整圆
turtle.circle(r, extent=None) 

4.7 方向控制函数

turtle.setheading(angle) #别名 turtle.seth(angle) 改变行进方向(绝对方向)
turtle.left(angle) #海龟向左转，角度为相对角度
turtle.right(angle) #海龟向右转

4.8 字符绘制函数

turtle.write(arg,move=false,align='left',font=('arial',8,'normal'))
'''
arg：信息，将写入Turtle绘画屏幕。
 
move（可选）：真/假。在默认情况下，move为false。如果move为true，则笔将移动到右下角。
 
align（可选）：字符串对齐方式，“左(left)”、“中(center)”或“右(right)”之一。
 
font（可选）：三个字体（fontname、fontsize、fonttype）。
 
'''

五、其他库库

5.1 Time库

time库是Python中处理时间的标准库，有以下几个功能：

• 计算机时间的表达
• 提供获取系统时间并格式化输出功能
• 提供系统级精确计时功能，用于程序性能分析

5.1.1 时间获取

time.time() #获取当前时间戳，即计算机内部时间值，浮点数
time.ctime() #获取当前时间并以易读方式表示，返回字符串
time.gmtime() #获取当前时间，表示为计算机可处理的时间格式
 
print(time.time()) #输出1627206277.5320847
print(time.ctime()) #输出 Sun Jul 25 17:43:40 2021
print(time.gmtime()) #输出 time.struct_time(tm_year=2021, tm_mon=7, tm_mday=25, tm_hour=9, tm_min=44, tm_sec=8, tm_wday=6, tm_yday=206, tm_isdst=0)

5.1.2 时间格式化

time.strftime(tpl, ts) 方法用于时间的格式化，格式化方式类似于字符串格式化，需要提供一个模板，其中 tpl 是格式化模板字符串，用来定义输出效果 ts是计算机内部时间类型变量。

格式化控制符：

# 例：
t = time.gmtime()
s = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", t)
print(s)
# 输出 2021-07-25 09:49:36

5.2 Random库

random库是Python的标准库之一，用于产生伪随机数，即采用梅森旋转算法生成随机序列。对于一个特定的随机数种子，经过梅森旋转算法将会生成一个固定的随机序列，即一个随机数种子决定一个随机序列。

5.2.1 基本随机数函数

random.seed(a = None) # 初始化随机数种子，默认为当前系统时间
random.random() #产生一个 [0.0,1.0) 之间的随机小数。

5.2.2 扩展随机数函数

randint(a, b) #生成一个[a, b]之间的整数
randrange(m, n[, k]) #生成一个[m, n)之间以k为步长的随机整数
getrandbits(k) #生成一个k比特长的随机整数
uniform(a, b) #生成一个[a, b]之间的随机小数
choice(seq) #从序列seq中随机选择一个元素
shuffle(seq) #将序列seq中元素随机排列，返回打乱后的序列

5.3 PyInstaller库

5.3.1 安装

PyInstaller库用于将.py源代码转换成无需源代码的可执行文件，是第三方库，需要自行安装，安装方法：

在命令行中输入pip install pyinstaller 回车即可，安装过程：

安装成功：

安装失败报错的可能解决方案：1. 使用管理员模式运行终端 。2. 如果开着梯子，关闭梯子后重试。

5.3.2 使用

pyinstaller -F <文件名.py> #将<文件名.py>打包生成一个可执行文件，生成位置为同一文件夹下
pyinstaller –i <图标名.ico> –F <文件名.py> #将<文件名.py>打包生成一个可执行文件，使用<图标名.ico>作为可执行文件的图标

其他一些参数：

5.4 jieba库

5.4.1 概述

jieba是优秀的中文分词第三方库

• 中文文本需要通过分词获得单个的词语
• jieba是优秀的中文分词第三方库，需要额外安装
• jieba库提供三种分词模式，最简单只需掌握一个函数

jieba分词的原理：

• jieba分词依靠中文词库，利用一个中文词库，确定中文字符之间的关联概率。
• 中文字符间概率大的组成词组，形成分词结果。
• 除了分词，用户还可以添加自定义的词组

5.4.2 三种模式和函数

• 精确模式：把文本精确的切分开，不存在冗余单词。
• 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