笔记来源

北理——Python语言程序设计

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编译和解释

编译

将源代码一次性转换成目标代码的过程

解释

将源代码逐条转换成目标代码同时逐条执行的过程(类似同声传译)

程序的编写方法and思想

IPO

I：Input 程序的输入(文件，网络，控制台，交互界面，内部参数)

P: Proce 对于输入数据的处理，即算法，是一个程序的灵魂所在

O: Output 结果的输出(控制台，图形，网络，文件，内部参数)

IPO思想是编写程序的基本思想，根据用户的输入和所需的输出，进行主体程序的设计和编写，是最简单粗暴的思路。

代码复用

将代码看作一种可以重复使用，互相共享的“资源”。

代码抽象化：使用函数，对象等方法对代码赋予更高级别的定义

模块化设计

通过函数或对象封装将程序划分为模块及模块间的表达，然后通过各个模块之间的相互配合完成主任务

程序部分间的关系分为紧耦合和松耦合两种，模块内部应紧耦合，模块之间应松耦合

python开发环境

python基本开发环境IDLE

python官方提供，适用于小规模程序开发

优点：轻量级，使用灵活；功能丰富，拥有众多标准库以及第三方库可供使用。

下载地址

python高级开发环境VSCode

配置该环境时要先布局IDLE，后下载VSCode下载地址

python的计算生态

标准库+第三方库

标准库：随解释器直接安装到操作系统中的功能模块

第三方库：需要经过安装才能使用的功能模块

两种编程方式

交互式：对每个输入语句立即运行结果

文件式：代码在py文件中编写完成后一次性进行运行，是编程的主要方式

程序的格式框架

缩进：一行代码开始前的空白部分，用于指出程序的层次结构；是语法的一部分，缩进错误程序也会报错；一个程序中的缩进一般一致，统一为1个Tab或4个空格

注释：不被程序执行的辅助性文字，用于提高代码的可读性；若单行则以#开头，若多行则以’‘‘开头和结尾

命名与保留字

变量：程序中用于保存和表示数据的占位符号

命名：用=将变量和标识符关联起来的过程，命名要遵循许多规则，如：可为大小写字母，数字，下划线和中文字符或其组合；大小写敏感；首字符不能为数字；不与保留字相同

保留字：被编程语言内部定义并保留使用的标识符。python中有35个保留字，它们分别为以下图片中所示

库引用

使用import保留字完成引用

基本用法：import<库名>

<库名>.<函数名>(<函数参数>)

拓展用法

1.from <库名> import <函数名>

2.from <库名> import*

<函数名>(<函数参数>)

此种方法会出现函数重名的问题

3.import <库名> as <库别名>

<库别名>.<函数名>(<函数参数>)

此种方法适用于外部库的原库名较为繁琐的情况，可以达到提高编程效率的效果

数字类型

整数类型

可正可负，无取值范围的限制

拥有多种进制；其中二进制以0b或0B开头，八进制以0o或0O开头，十六进制以0x或0X开头

int(x) 可将x转化为整数类型，同时直接舍弃小数部分

浮点数类型

它与数学中实数的概念相同

浮点数的取值范围与小数精度都存在限制。取值范围数量级约为±10的307次方，而精度数量级为10的-16次方。

float(x) 可将x转化为浮点数类型

由于浮点数类型以53位二进制表示小数部分，故两个浮点数运算过程中存在不确定尾数，导致结果与真实值不同，可以用round()函数进行四舍五入

浮点数类型可以采用科学计数法来表示，使用e或E来作为幂的符号，以10为基数

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<a>e<b> #表示 a*10的b次方

复数类型

与数学中复数的概念一致

eg. z = 1.23e-4 + 5.6e + 89j

complex(x) 可将x转化为复数，增加虚数部分

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z.real() #获得实部
z.imag() #获得虚部

数值运算

数值运算操作符

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x + y 
x - y
x * y
x / y #x与y的商，结果是浮点数
x // y #x与y的整数商，结果是整数
+ x #表示x本身
- x #表示x的相反数
x % y #表示x除以y后的余数
x ** y #表示幂运算，与pow()函数效果相似

二元操作增强赋值操作符

数值运算函数

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pow(x, y[, z]) #计算x的y次方，而后再将结果与z取余，参数z可省略
round(x, d) #将x四舍五入至小数点后d位，d可省略，其默认值为0
abs(x) #取x的绝对值
divmod(x, y) #同时输出 x//y 与 x%y 的结果
max(......) #返回括号中数值的最大值
min(......) #返回括号中数值的最小值

数字类型关系

不同数字类型间可以进行混合运算，生成“最宽”的类型

整数 < 浮点数 < 复数

字符串类型

由0个或多个字符组成的有序字符序列，在最外围被一对单引号或双引号包裹

由一对单引号或双引号只可表示单行字符串，而由一对三单引号或三双引号可以表示多行字符串

字符串中每一个元素的位置有两种序号表示，分别为正向递增序列（从左侧起由0开始定位）和反向递减序列（从右侧起由-1开始定位）

字符串的使用

索引：返回字符串中单个字符 <字符串>[M]

切片：返回字符串中一段字符子串 <字符串>[M:N:K]（其中K表示步长，K值为-1时表示对字符串进行逆序输出）

转义符（\）

转义符的使用可以使特定字符失去原来的特殊功能，而表达其字符的本意

转义符还可以与一些字母进行搭配使用，从而表达一些不可打印的含义，如："\b"表示回退，"\n"表示换行，即光标移动到下行首，"\r"表示回车，即光标移动到本行首

字符串操作符

字符串处理函数

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len(x) #返回字符串x的长度
str(x) #将任意类型的x转换为字符串形式
hex(x) #表示整数x的十六进制小写形式字符串
oct(x) #表示整数x的八进制小写形式字符串
chr(x) #返回Unicode编码x所对应的字符
ord(x) #返回字符x所对应的Unicode编码

字符串处理方法

字符串类型的格式化

字符串格式化用到.format()方法

<模板字符串>.format(<逗号分隔的参数>)

组合数据类型

集合类型

集合定义

集合是多个元素的无序组合

与数学中的集合概念一致，集合中的元素存在无序性，互异性，确定性

因为要保证集合中的每个元素都唯一确定，故集合中的元素不可更改

集合用大括号{}来表示，集合内的元素用逗号来分隔

建立集合类型可用{}或set()函数，但建立空集合时，必须使用set()函数

集合操作符

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# 6个操作符
S | T #集合S与集合T取并集
S & T #集合S与集合T取交集
S - T #集合S去掉与集合T所拥有的相同元素后形成的集合
S ^ T #集合S与集合T的并集减去交集后的集合
S < T / S > T #用于判断S和T的子集或包含关系，返回值为True或False
# 4个增强操作符
S |= T
S -= T
S &= T
S ^= T

集合的处理方法

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S.add(x) #若x不在S中，将x增加到S中
S.discard(x) #移除S中元素x，若x not in S，不报错
S.remove(x) #移除S中元素x，若x not in S，产生KeyError异常
S.clear() #移除S中所有元素
S.pop() #随机取出S中的一个元素，若S为空则产生KeyError异常
S.copy() #产生集合S的一个副本
len(S) #返回S的元素个数
x in S #判断S中元素x是否存在
x not in S #判断x是否不存在于S中
set(x) #将其他类型变量x转变为集合类型

集合类型应用

包含关系的比较，数据去重（由于集合中的元素具有互异性）

序列类型

序列定义

序列类型是具有先后关系的一组元素，元素间由序号引导，通过下标访问特定的元素

序列类型中的下标有两种，分别为正向递增序号（从0开始）和反向递减序号（从-1开始）

序列中的元素类型可以不相同，如字符串类型和整数类型可以同时存在于一个序列中

序列处理函数和方法

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#操作符
x in s
x not in s
s + t #连接两个序列s和t
s * n/n * s #将序列s复制n次
s[i] #索引，返回s中的第i个元素
s[i:j]/s[i:j:k] #切片，返回s中第i到j以k为步长的元素子序列
#函数和方法
len(s) #返回s的元素个数
min(s) #返回s中的最小元素，s中的元素需要可比较
max(s)
s.index(x)/s.index(x, i, j) #返回序列s从第i位到第j位中x第一次出现的位置
s.count(x) #返回序列s中x的出现次数

元组类型

元组定义

元组类型是序列类型的一种扩展，和集合类似，一旦创建后就不能被修改

使用小括号() 或 tuple()函数来创建，元素之间要用逗号分隔开来

元组类型的操作与序列类型的操作基本相同

若不希望数据被改变，可将数据转化为元组类型

列表类型

列表定义

列表类型也是序列类型的一种扩展，与元组不同，它创建后可以随意修改

使用方括号[] 或 list()创建，元素间用逗号分隔

列表中的各元素类型可以不同，无长度限制

列表类型的操作函数和方法

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ls[i] = x #替换ls中第i位元素为x
ls[i:j:k] = lt #用lt替换ls切片后的子列表
del ls[i] #删除第i位元素
del ls[i:j:k] #删除ls中第i到第j以k为步长的元素
ls += lt #将lt中的元素增加到ls中
ls *= n #将ls中的元素重复n次
ls.append(x) #在ls最后增加元素x
ls.clear() #清空列表ls
ls.copy() #生成与ls相同的一个新列表
ls.insert(i,x) #在ls的第i位增加新元素x
ls.pop(i) #将第i位元素取出并删除
ls.remove(x) #将ls中出现的第一个x删除
ls.reverse() #将ls中的元素反转

字典类型

字典定义

要使用字典类型，首先要理解“映射”

映射是一种键（索引）和值（数据）的对应，就像取快递时，根据快递单号能够找到自己的快递一样

字典类型是“映射”的具体体现，它是键值对的集合，键值对之间没有顺序

采用大括号{} 或 dict()创建，键值对用冒号表示

字典类型的用法

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<字典变量> = {<键1>:<值1>, ... , <键n>:<值n>}
<值> = <字典变量>[<键>]
<字典变量>[<键>] = <值>
#[]用来向字典变量中索引或增加元素

字典处理函数和方法

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del d[k] #删除d中键k对应的数据值
k in d #判断k是否在d中
d.keys() #返回字典d中所有键信息
d.values() #返回字典d中所有的值信息
d.items() #返回所有键值对信息
d.get(k, <default>) #若键k存在，则返回对应值，不存在则返回<default>值
d.pop(k, <default>) #若键k存在，则取出对应值（返回加将其从字典中删除），不存在则返回<default>值
d.popitem() #随机取出d中的一个键值对，并以元组形式返回
d.clear() #清空字典
len(d) #返回d中的元素个数

程序的结构

程序的分支结构

if系列语句

if系列语句是用于控制程序分支结构的语句，if语句可以单独使用，构成单分支结构，还可以与else，elif配合使用，构成二分支结构，多分支结构

条件判断及组合

条件判断主要用>,<,=等操作符来体现，其中相等用==来表示，不相等用!=来表示

条件组合用and，or，not三个保留字来表示，x and y表示x和y需要同时满足该语句才为真，x or y表示x与y满足一个整条语句就为真，not x表示x为假时该语句才为真

程序的异常处理

用try和except关键字来进行异常处理

程序的循环结构

按照一定次数或条件执行的一组语句

for循环（遍历循环）

由保留字for和in构成，完整遍历所有元素后结束

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for <变量> in <遍历结构>:
    <被循环执行的语句>

遍历结构可以是字符串，列表，文件等等，每次循环都从结构中获取一个元素放入循环的变量当中

for循环常常与range()函数搭配使用

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for <变量> in range(<次数>):
    <被循环执行的语句>

range(M,N,K)产生M~N-1之间，步长为K的整数序列，其中M，K可省略

while循环（无限循环）

由while关键字构成的循环，每次执行循环的时候都会判断条件是否成立，条件不成立时循环立刻结束

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while <条件>:
    <语句块>

循环控制保留字

break保留字表示跳出并结束当前整个循环，执行循环后的语句（tip：break保留字仅会跳出当前层循环，多层循环时不会直接结束整个多重循环）

continue保留字表示结束当次循环，继续进行下一个循环

循环的高级用法

循环可以与else关键字结合使用，当循环没有被break语句退出时，执行else语句块，可以将其看作“正常”完成循环的奖励

函数

定义：一段具有特定功能的，可以复用的语句组

作用：降低编程难度和积累复用代码，提高工作效率

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def <函数名>(<参数(0个或多个)>): #可以没有参数，但一定要保留括号
    <函数主体>
    return <返回值> #可以不提供返回值

函数只有通过调用以后才会运行，不调用时程序执行时不会运行函数部分

关于参数

可选参数传递：函数定义时可以为某些参数指定默认值，构成可选参数，一般置于非可选参数的后面

可变参数传递：

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def <函数名>(<参数>, *b): #*b为可变参数，即不确定参数的总数量
    <函数体>
    return <返回值>

参数传递可按照位置或名称两种方式传递

变量

规则1

程序中的变量分为两种，一种为局部变量，即在函数内部进行定义的变量；另一种是全局变量，即在主程序中定义的变量

局部变量在函数执行结束后便被释放，而全局变量在程序执行过程中

规则2

若想在函数内部使用全局变量，需要使用global保留字对变量进行声明

规则3

局部变量为组合数据类型且在函数中未真实创建时，视为全局变量

方法

“方法”特指"<a>.<b>()“风格中的函数”<b>()"

方法本身也是函数的一种，但其特殊地与<a>相关

lambda函数

lambda函数是一种匿名函数，即该函数无函数名，使用lambda保留字定义，函数名是返回的结果

该函数大多用于定义简单的，能够在一行内表示的函数

该函数应谨慎使用，它主要被用作一些特定函数或方法的参数

函数递归

函数定义中调用函数自身的方式

函数递归主要有两个关键特征：链条和基例

链条就是计算过程中两个元素之间存在的关系，类似的例子就像等差数列相邻项的公差；基例就是递归函数中不需要再次递归的部分，运算过程中的其他部分是基于它（们）与链条推导出来的

函数递归的实现要依靠分支语句的帮助

基本实例：斐波那契序列，汉诺塔

文件操作

文件的类型

文件是数据的抽象和集合，一共有两种展现形态，分别为文本文件和二进制文件

本质上两种文件都是采用二进制形式储存，只是展示形式不同而已

文本文件是由单一特定编码（如UTF-8）组成的文件，由于存在编码，故可视作存储着的长字符串，适用于txt，py等

二进制文件直接由比特0和1组成，没有统一字符编码，适用于png，avi等

文件的打开和关闭

文件的打开

<变量名> = open(<文件名（包括文件路径和名称）>, <打开模式>)

文件路径是文件在计算机中储存的位置，包括相对路径和绝对路径

关闭文件用到<变量名>.close()函数

文件内容的读取

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<f>.read(size = -1) #读入全部内容，若给出参数则读入前size长度
<f>.readline(size = -1) #读入一行内容，若给出参数则该行读入前size长度
<f>.readlines(hint = -1) #读入文件所有行，以每行为元素形成列表，若给出参数则读入前hint行

文件内容的写入

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<f>.write(s) #向文件写入一个字符串或字节流
<f>.writelines(lines) #将一个元素全为字符串的列表写入文件
<f>.seek(offset) #改变当前文件操作的指针的位置，offset值不同表示的位置也不一样，0-文件开头，1-当前位置，2-文件结尾

CSV数据储存格式

这是国际通用的一二维数据储存格式，一般以.csv为扩展名

每行一个一维数据，采用（英文半角）逗号分隔，无空行。如果某个元素缺失，逗号仍然要保留

Excel和一般的编辑软件都可以读入或另存为csv文件