第一章:程序设计基本方法
计算机与程序设计
- 计算机是根据指令操作数据的设备
- 计算机发展参照摩尔定律,表现为指数形式
编译和解释
- 计算机执行源程序两种方式:编译和解释
- 编译:将源代码一次性转换成目标代码的过程。执行编译过程的程序叫编译器(compiler)。
- 解释:将原代码逐条转换成目标代码同时逐条运行的过程。执行解释过程的程序叫解释器(interpreter)。
- 静态语言:使用编译执行的编程语言(C/C++,java)
- 脚本语言:使用解释执行的编程语言(Python,JavaScript,PHP)
程序的基本写法
- IPO:
- input输入:文件输入、控制台输入、交互输入、内部参数输入等。
- process处理(主要逻辑):算法(灵魂)
- output输出:控制台、文件、网络、操作系统内部变量等输出。
计算机编程
能够训练思维:
- 编程体现一种抽象交互、自动化执行的思维方式
- 计算思维:区分逻辑思维和实证思维的第三种思维模式。
实例1 --温度转换
题目本身简单,但学会这种思维,其他常见的"转换"问题解决方法同理。
Python程序语法元素分析
程序的格式框架
- python中用"缩进"表达程序的语法框架,表达代码间包含关系的唯一手段
- 注释:用于提高代码可读性的辅助文字,不被执行。
命名与保留字
- 变量:用来保存和表示数据的占位符号,变量采用标识符(名字)来表示。
- 命名:数字字母下划线。
“注意”:大小写敏感,数字不能放开头,不与保留字同。
python中共有33个保留字,查询方法:
import keyword
print(keyword.kwlist)
数据类型
- 字符串:由0个或多个字符组成的"有序"字符序列。# 有序–>可以索引、切片
- 整数:数学中的整数
- 浮点数:数学中的实数,带有小数点部分
- 列表:由0个或多个数据组成的"有序"序列
补充
- 字符串的使用,使用[ ]获取一个或多个字符
法(1)索引:返回字符串中单个字符 <字符串>[M] ,如TempStr[0]为串的第0个字符,TempStr[-1]为串的最后一个字符
法(2)切片:返回字符串中子串 <字符串>[M:N], 注意子串是第M个字符开始到第N个之前的字符(不包含第N个字符)
- 评估函数eval()
是去掉参数最外侧引号并执行余下语句的函数,引号不区分单引号’ '和双引号" "
如:eval(“1”)执行结果为1;eval(’“1+2”’)执行结果为’1+2’;eval(‘print(“Hello”)’)执行print(“Hello”)语句,结果为Hello
- 字符串序号分正向和反向
如:C36摄氏温度向华氏温度转化时,需要跳过字符C,从第1个字符开始转化,直到最后一个字符,切片操作为[1:],’ : '意为到最后一个字符
语句与函数
赋值语句
分支语句
函数
Python程序的输入输出
- input()控制台输入
- print()控制台输出,格式化
注:这两兄弟,在控制台显示的时候,一个添加引号形成字符串,一个将字符串自动去掉引号。
补充:"eval()"去掉参数最外侧引号并执行余下语句的函数
例子
第二章 Python基本图形绘制
2.1 深入理解Python语言
2.1.1计算机技术的演进
1946-1981:计算机系统结构时代(35年):
1981-2008:网络和视窗时代(27年)
2008-2016:复杂信息系统时代(8年)
2016- :人工智能时代
计算能力问题–>交互问题–>数据问题–>人类的问题
2.1.2编程语言的多样初心
C: 性能
Java:跨平台
C++: 大规模程序
VB: 桌面应用
Python:计算时代演进的选择
Python语言的特点
通用语言
脚本语言
开源、跨平台、多模型语言
C/C++:python归python ,c归c
Java:针对特定开发和岗位需求
HTML/CSS/JS:不可替代的前端技术,全栈能力
其他语言: R/Go/Matlab等,特定领域
工具决定思维:关注工具变革的力量!
超级语言的诞生
机器语言 --> 代码直接执行,与CPU有关
汇编语言 --> 助记符,汇编器,与CPU有关
高级语言 --> 编译器,与CPU无关
超级语言 --> 整合已有程序,庞大计算生态
== python是唯一的超级语言! ==
2.2 实例2:Python蟒蛇绘制
== import turtle == 导入海归绘图库
“举一反三:”
Python蟒蛇绘制问题是各类图形绘制问题的代表
–圆形绘制、五角星绘制、国旗绘制、机器猫绘制…
2.3 模块1:turtle库的调用
2.3.1 turtle库基本介绍
--注:turtle库是turtle绘图体系的python实现
--1969年诞生,是python标准库之一,入门级图形绘制函数库
--Python计算生态 = 标准库 + 第三方库
-库Library、包Package、模快Module,统称模块
2.3.2 turtle绘图窗体布局
turltle.setup(width, height, startx, starty)
--注:- setup()设置窗体大小及位置4个参数后两个可选,不选则默认在窗口的正中间,setup()不是必须的
2.3.3 turtle空间坐标体系
–1)绝对坐标:和数学中的坐标系(象限)知识相同
–turtle.goto(x,y)
–2)海龟坐标:后退<–>前进;左侧<–>右侧
–3)空间坐标体系:turtle.bk(d),turtle.fd(d),burtle.circle(r,angle)
2.3.4 turtle角度坐标体系
--1)绝对角度:0/360,90/-270,180/-180,270/-90
--turtle.seth(angle):改变海龟行进方向,angle为绝对度数,只改变方向不前进。--2)海龟角度:turtle.left(angle),turtle.right(angle)
2.3.5 RGB色彩体系
--RGB指 红 蓝 绿 组合
--RGB整数值,小数值
--turtle.colormode(mode),默认小数值mode = 1 表示rgb小数值模式mode = 255 表示rgb整数值模式
2.4 turtle程序语法元素分析
2.4.1 库引用和 import
import turtle
turtle. 格式:<a>.<b>()
<库名>.<函数名>(<函数参数>)
或 <库别名>.<函数名>(<函数参数>)
2.4.2 画笔控制函数
画笔操作后一直有效,一般成对出现
- turtle.penup() 别名 turtle.pu()
抬起画笔,海龟在飞行,飞行的轨迹不在画布上面显示 - turtle.pendown(),别名 turtle.pd()
落下画笔,海龟在爬行
画笔设置后一直有效,直至下次重新设置
-
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(color)的color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))
2.4.3 运动控制函数
控制海龟行进:走直线 & 走曲线
- turtle.forward(d) 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.circle(r, extent=None)
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
2.4.4 方向控制函数
- turtle.setheading(angle) 别名: seth(angle)
改变行进方向,海龟走角度 - turtle.left(),turtle.right()
range()函数
产生循环计数序列
range(N)产生 0 到 N-1的整数序列,共N个
range(M,N)产生 M 到 N-1的整数序列,共N-M个
第三章 基本数据类型
3.1 数字类型及操作
--3.1.1整数类型:与数学中概念一致,+|-均可,无范围限制
--pow(x,y)函数
--3.1.2 4种进制表示形式:
十进制,二进制(0b,0B开头),八进制(0o,0O开头),十六进制(0x,0X)--3.1.3浮点数类型:浮点数范围和小数精度都存在限制,但常规计算可以忽略
浮点数间运算存在不确定尾数,发生在10E-16左右,不是bug
-- round(x,d):对x四舍五入,d是小数截取位数。用于浮点数间运算及比较。-- 浮点数采用科学计数法表示<a>e<b>表示 a*10b例如:4.3e-3 值为0.0043 9.6E5 值为960000.0--3.1.4复数类型:z = 1.23e-4+5.6e+89jZ.real获得实部,Z.imag获得虚部
–3.1.5数值运算操作符:类型间可以混合运算,生成结果为“最宽”类型。
–数值运算函数:
– abs(x) 绝对值
– divmod(x,y) => 同时输出商和余数
– pow(x,y[,z]) => 幂余,(x**y)%z
– round(x[,d]) => 四舍五入,d小数位数,默认为0
– max()最大值
– min()最小值
– int(x)
– float()
– complex(x)
3.2 实例3:天天向上的力量
略
- GRIT,坚毅,对长期目标的持续激情及持久耐力
- GRIT是获得成功最重要的因素之一,牢记天天向上的力量
3.3 字符串类型及操作
3.3.1 字符串类型的表示
– 单引号,双引号;三引号
– 索引 [M]
– 切片 [M,N,K]
str[::1] 的结果是012345678910
– 转义字符:\b回退,\n换行,\r回车(光标移到本行行首)
3.3.2 字符串操作符
– + 字符串拼接
– * 复制n次字符串
– in
3.3.3 字符串处理函数
– len(x)
– str(x) 任意类型所对应的字符串形式
– hex(x)或oct(x) 整数x的十六进制或八进制小写形式字符串
– chr(u) u为Unicode编码,返回其对应的字符
– ord(x) x为字符,返回其对应的Unicode编码
补充
若不想使print换行,添加end=""(空),
如print(t [eval (c )-1],end=’’)
3.3.4 字符串处理方法
-
– S.lower()或S.upper() 返回字符串副本,全部字符小写/大写
– S.split(sep=None) 返回一个列表,由str根据sep被分隔部分组成
– S.count(sub) 返回子字符串sub在str中出现的次数
-
– S.replace(old,new)
– S.center(width[,fillchar])
“python”.center(20,"=") 结果为 ‘=python=’
在一个20字符的宽度中,让我们的python字符居中,同时在空余的部分用等号来填充。 -
– S.strip(chars)从str中去掉在其左侧和右侧chars中列出的字符。
– S.join(iter) 在iter变量除最后元素外每个元素增加一个S。例如:’,’.join(“12345”) #主要用于字符串分割
3.3.5 字符串类型的格式化
- 字符串格式化使用.format()方法,用法如下:
<模板字符串>.format(<逗号分隔的参数>)
** “{:10}”.format(“BIT”) ** 中默认是空格填充左对齐
所有字符都用英文半角
3.4 模块2:time库的使用
3.4.1 time库的基本介绍
-
时间获取:time() ctime() gmtime()
gmtime()得到一个计算机内部可以操作的时间,struct_time格式 -
时间格式化: strftime() ,strptime()
- 格式化:类似字符串格式化,需要有展示模板
- 展示模板由特定的格式化控制符组成
- strftime()方法
- strptime()方法
- strptime()与strftime()是互补关系,能够将一段字符串变成时间
- 程序计时:sleep(),perf_counter()
3.4.2 时间获取
.time() 获取当前时间戳,即计算计算机内部时间值,浮点数。
.ctime()获取当前时间并以易读方式表示,返回字符串
.gmtime()获取当前时间,表示为计算机可处理的时间格式
3.4.3 时间格式化
.strftime(tpl,ts) : 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
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 程序计时应用
- 程序计时指测量起止动作所经历时间的过程
- 测量时间:perf_counter(),非常精准
- 产生时间:sleep(),让程序去休眠或产生一点时间
start = time.perf_counter()
end = time.perf_counter()
end - start
- sleep(s) s拟休眠时间,单位是秒,可以是浮点数
3.5 实例4:文本进度条
采用sleep()模拟一个持续的进度
这里理解一个重要的系统概念:刷新
刷新的关键是\r
- 刷新本质:用后打印的字符串覆盖之前的字符串。
- 不能换行:print()需要被控制
- 要能回退:打印后光标退回到之前的位置\r
# TextProBarV3.py
import time
scale = 50 # 文本进度条的大概的宽度
print("执行开始".center(scale//2,"-")) # p3.3.4 center填充函数
start = time.perf_counter() # 确定了一个开始时间
for i in range(scale + 1):a = "*" * i # 字符串与整数的乘积,表示复制字符串的次数,a是i个*的字符串b = "." * (scale - i)c = (i / scale) * 100dur = time.perf_counter() - start# 给end赋值空字符串,可以是print每一次输出字符串之后不会增加换行,只会把光标停留在当次输出字符串的后面# 这里的\rprint("\r{:^3.0f}%[{}->{}]{:.2f}s".format(c, a, b, dur), end="") time.sleep(0.1)
print("\n" + "执行结束".center(scale // 2, "-"))
第四章 程序的控制结构
4.1 程序的分支结构
“程序的控制结构”:顺序结构、分支结构、循环结构
4.1.1 单分支结构
语法: if <条件>:
<语句块>
4.1.2 二分支结构
语法: if <条件>:
<语句块1>
else:
<语句块2>
紧凑形式:适用于简单表达式的二分支结构
<表达式1> if <条件> else <表达式2>
4.1.3 多分支结构
语法:if <条件1>:
<语句块1>
elif <条件2>:
<语句2>
…
else:
<语句块N>
注: 注意多条件之间的包含关系,注意变量取值范围的覆盖。 通俗点: 多分支结构中,如果一个分支判断条件通过后,会执行对应的语句块,之后结束分支程序。即使,后续的elif条件也满足,也不会执行对应的语句块.所以这里其实也有一个顺序关系。
4.1.4 条件判断及组合
–条件判断操作符:<,<=,>=,>,==,!=
–条件组合三个保留字:and,or,not
4.1.5 程序的异常处理
try:<语句块1>
except [<异常类型>]:<语句块2>
注:标注异常类型后,仅响应该异常,异常类型名字等同于变量。
高级使用:
try:<语句块1>
except:<语句块2>
else: # 不发生异常的时候执行(奖励)<语句块3>
finally: # 无论是否异常一定会执行<语句块4>
4.2 实例5:身体质量指数BMI
BMI = 体重(Kg)/身高2(m2)
略
注:阅读代码的时候,快速的方法是:先搞懂分支的范围关系,再深入看每个分支在做什么。而不是从上到下的顺序结构。
- 国际标准
#CalBMIv1.py
height, weight = eval(input("请输入身高(米)和体重(公斤)[逗号隔开]: "))
bmi = weight / pow(height, 2)
print("BMI 数值为:{:.2f}".format(bmi))
who = ""
if bmi < 18.5:who = "偏瘦"
elif 18.5 <= bmi < 25:who = "正常"
elif 25 <= bmi < 30:who = "偏胖"
else:who = "肥胖"
print("BMI 指标为:国际'{0}'".format(who))
- 国内标准
#CalBMIv2.py
height, weight = eval(input("请输入身高(米)和体重\(公斤)[逗号隔开]: "))
bmi = weight / pow(height, 2)
print("BMI 数值为:{:.2f}".format(bmi))
nat = ""
if bmi < 18.5:nat = "偏瘦"
elif 18.5 <= bmi < 24:nat = "正常"
elif 24 <= bmi < 28:nat = "偏胖"
else:nat = "肥胖"
print("BMI 指标为:国内'{0}'".format(nat))
- 国内国外合并
#CalBMIv3.py
height, weight = eval(input("请输入身高(米)和体重(公斤)[逗号隔开]: "))
bmi = weight / pow(height, 2)
print("BMI 数值为:{:.2f}".format(bmi))
who, nat = "", ""
if bmi < 18.5:who, nat = "偏瘦", "偏瘦"
elif 18.5 <= bmi < 24:who, nat = "正常", "正常"
elif 24 <= bmi < 25:who, nat = "正常", "偏胖"
elif 25 <= bmi < 28:who, nat = "偏胖", "偏胖"
elif 28 <= bmi < 30:who, nat = "偏胖", "肥胖"
else:who, nat = "肥胖", "肥胖"
print("BMI 指标为:国际'{0}', 国内'{1}'".format(who, nat))
4.3 程序的循环结构
4.3.1 遍历循环
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。
–完整遍历所有元素后结束
–每次循环,所获得元素放入循环变量,并执行一次语句块
应用:计数循环、字符串遍历循环、列表遍历循环、文件遍历循环、等等
line每次读fi文件的一行
4.3.2 无限循环
while <条件>:
<语句块>
4.3.3 循环控制保留字
-
break 跳出并结束当前循环,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
-
break和continue可以与for和while循环搭配使用。
一个break只能跳出一个循环
4.3.4 循环的高级用法
- 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
4.4 模块3:random库的使用
random库是使用随机数的Python标准库
4.4.1 random 标准库之一
- 伪随机数:采用梅森旋转算法生成的(伪)随机序列中元素
- random库主要用于生成随机数
4.4.2 基本随机函数
- seed(a=None) --初始化给定的随机数种子,默认为当前系统时间
- random.seed(10) # 产生种子10对应的序列
- 这个在实战中用的比较多,“确定”的伪随机数便于对程序进行复现。
不用seed时,默认以系统时间作为种子
- random()
- 生成一个[0.0,1.0)之间的随机小数
- random.random()
- 例子
给了随机种子,下次重新运行程序时,只要种子相同,那么产生的随机数也是相同的。
如果不使用随机种子,就是使用系统时间,哪个时间是精确到微妙的,哪个时间是我们很难再现的
4.4.3 扩展随机数函数
- randint(a,b) 生成[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
4.5 实例6:圆周率的计算
4.5.1 蒙特卡洛方法
from random import random
from time import perf_counter
DARTS = 1000 * 1000 # 撒点总数量
hits = 0.0 # 在圆内点的数量
start = perf_counter()
for i in range(1, DARTS+1):x, y = random(), random()dist = pow(x ** 2 + y ** 2, 0.5) # 计算点到圆心的距离,判断点是否在圆内if dist <= 1.0:hits += 1
pi = 4 * (hits / DARTS)
print("圆周率是:{}".format(pi))
print("运行时间是:{:.5f}s".format(perf_counter() - start))
第五章:函数的定义与使用
5.1.1 函数的理解和定义
函数是一段具有特定功能、可重用的语句组
降低编程难度 和 代码复用
def <函数名>(<参数(0个或多个)>):
<函数体>
return <返回值>
不调用不会被执行
5.1.2 函数的使用及调用过程
调用是运行函数代码的方式
-调用时给出实际参数,替代定义中的形式参数
-函数调用得到返回值
5.1.3 函数的参数传递
-
参数的个数:0,1,或多个。但是必须保留括号
-
可变数量参数,既不确定参数总数量
-
传递参数两种方式:位置参数,名称传递
5.1.4 函数的返回值
-
return 保留字用来传递返回值
-
可以传,可以不传,可以传递0个,也可以传多个
-
方括号括着元素里面用逗号隔开属于列表,圆括号括着里面用逗号隔开,是元组
5.1.5 局部变量和全局变量
– (一般函数外部是全局变量,函数内部的变量是局部变量)
-
**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
–可以用 global保留字在函数内部使用全局变量
(这里还分可变类型和不可变类型) -
**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
使用规则:
-基本数据类型,无论是否重名,局部变量与全局变量不同
-可以通过global保留字在函数内部声明全局变量
-组合数据类型,如果局部变量未真实创建,则是全局变量
5.1.6 lambda函数
- lambda函数返回函数名作为结果
- lambda函数是一种匿名函数,即没有名字的函数
- 使用lambda保留字定义,函数名是返回结果
- lambda函数用于定义简单的、能够在一行内表示的函数
- <函数名> = lambda <参数>:<表达式>
后面的内容只能使用表达式不能使用函数体
- 谨慎使用lambda函数
–主要作用 特定函数或方法 的参数
– 固定使用方式,逐步积累掌握
– 一般情况,用def定义普通函数,慎用lambda
5.2 七段数码管 绘制
5.2.1 基本思路
-
- 绘制单个数字对应的数码管
-
- 获得一串数字,绘制对应的数码管
-
- 获得当前系统时间,绘制对应的数码管
1.分析单个数码管:
- 七段数码管由7个基本线条组成
- 七段数码管可以有固定顺序(抽象出一条可以首尾相连且不重不漏的路径)
- 不同数字显示不同的线条,只需要判断7次各个数字是否需要经过某条线就行(通过pu,pd控制)
- 获取一段数字,绘制多个数码管:
- 每绘制完一个数字,向右移动一段距离,准备下一个数字的绘制
- 获取当前系统时间:
- time库
- 增加年月日标记: write 方法
- 年月日颜色不同标记
- 线条之间适当小间隔,提高颜值
代码
#SevenDigitsDrawV2.py
import turtle, time
def drawGap(): #绘制数码管间隔turtle.penup()turtle.fd(5)
def drawLine(draw): #绘制单段数码管drawGap()turtle.pendown() if draw else turtle.penup()turtle.fd(40)drawGap()turtle.right(90)
def drawDigit(d): #根据数字绘制七段数码管
## 如果属于[2,3,4,5,6,8,9]中有的线就画,没有就飞过去,准备第二条线的判断drawLine(True) if d in [2,3,4,5,6,8,9] else drawLine(False)drawLine(True) if d in [0,1,3,4,5,6,7,8,9] else drawLine(False)drawLine(True) if d in [0,2,3,5,6,8,9] else drawLine(False)drawLine(True) if d in [0,2,6,8] else drawLine(False)turtle.left(90)drawLine(True) if d in [0,4,5,6,8,9] else drawLine(False)drawLine(True) if d in [0,2,3,5,6,7,8,9] else drawLine(False)drawLine(True) if d in [0,1,2,3,4,7,8,9] else drawLine(False)turtle.left(180)turtle.penup() ## 为绘制后续数字确定位置turtle.fd(20) ## 为绘制后续数字确定位置
def drawDate(date):turtle.pencolor("red")for i in date:if i == '-':#font是字体的参数,分别为字体名称,大小和类型turtle.write('年',font=("Arial", 18, "normal"))turtle.pencolor("green")turtle.fd(40)elif i == '=':turtle.write('月',font=("Arial", 18, "normal"))turtle.pencolor("blue")turtle.fd(40)elif i == '+':turtle.write('日',font=("Arial", 18, "normal"))else:drawDigit(eval(i))
def main():turtle.setup(800, 350, 200, 200)turtle.penup()turtle.fd(-350)turtle.pensize(5)
# drawDate('2018-10=10+')drawDate(time.strftime('%Y-%m=%d+',time.gmtime())) ## 读取系统年月日时间turtle.hideturtle()turtle.done()
main()
5.2.2 理解思维方法
模块化思维:确定模块接口,封装功能
规则化思维:抽象过程为规则,计算机自动执行
化繁为简:将大功能变为小功能,分而治之(松耦合,紧耦合)
5.2.3 举一反三
绘制带小数点的七段数码管
带刷新的时间倒计时效果
绘制高级的数码管(多段)
5.3 代码复用与函数递归
5.3.1 代码复用与模块化设计
代码复用:把代码当成资源进行抽象
代码复用:|函数|和|对象|是代码复用的两种主要形式
函数:(将代码命名):在代码层面建立了初步抽象
对象:(属性和方法):在函数基础上再次组织进行抽象
模块化设计:分而治之
模块化设计:紧耦合、松耦合
5.3.2 函数递归的理解
定义:函数定义中调用函数自身的方式
两个关键特征:
链条:计算过程存在递归链条
基例:存在一个或多个不需要再次递归的基例
类似数学归纳法:递归是数学归纳法思维的编程体现
5.3.3 函数递归的调用过程
递归的实现:函数+分支语句
递归本身是一个函数,需要函数定义方式的描述
函数内部,采用分支语句对输入参数进行判断
基例和链条,分别编写对应的代码
5.3.4 函数递归实例解析
字符串反转
斐波那契数列
汉诺塔 PS:学会找到基例和链条
5.4 模块:PyInstaller库的使用
5.4.1 概述
将.py源码转换成无需源代码的可执行文件
在命令窗口输入后回车可以查看对应的方法参数帮助
要配置Path,关闭后再开cmd窗口
实例8:科赫雪花小包裹
PS:分形几何,自然界常见
基本方法:
递归思想:函数+分支
递归链条:线段的组合
递归基例:初识线段
运用 PyInstaller库
举一反三
修改分形几何绘制阶数
修改科赫曲线的基本定义及旋转角度
修改绘制科赫雪花的基础框架图形
分形几何扩展:
康托尔集、谢尔宾斯基三角、门格海绵…
龙形曲线、空间填充曲线、科赫曲线…
函数递归的深入应用…
第六章 组合数据类型
组合类型的三种表达形式:
- 集合类型
- 序列类型
- 字典类型
6.1 集合类型及操作
6.1.1 集合类型定义
- 与数学中概念一致
- 集合元素之间无序,每个元素之间唯一,不存在相同元素
- 集合元素不可更改,不能是可变数据类型(为什么?集合定义:元 素唯一不重复)
- 集合建立用{}表示,元素逗号分隔,集合中的元素没有顺序
- 建立集合用{}或set()
- 建立空集合必须是set():因为Python中字典类型使用更多,所以{}给了建立空字典
6.1.2 集合间操作
4个增强操作符
- S|=T 更新集合S,包括在集合S和T中的所有元素
- 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,包括同时在集合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
- 操作函数或操作方法:
- S.add(x) 如果X不在集合S中,将X增加到S
- S.discard(x) 移除S中的元素X,如果x不在S中,不报错
- S.remove(x) 移除S中元素X,如果x不在S中,产生KeyError异常
- S.clear() 移除S中所有元素
- S.pop() 随机返回S的一个元素,更新S,若S为[空]产生KeyError异常
例子
**解释:**其中A.pop()的意思是每次从A中取出一个元素,当A为空集合的时候会产生异常异常,这个异常能被try和except捕捉到,程序可以正常退出
6.1.3 集合类型应用场景
- 包含关系比较
- 数据去重
6.2 序列类型及操作
6.2.1 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
- 元素间由序号引导,通过下标访问序列的特定元素
序列是一个基类类型
- 3个衍生类型:字符串、元组、列表
- 序号:反向递减,正向递增
6.2.2 函数和方法
- 通用操作符(6个)
列表或字符串中的元素顺序取反操作
- 函数和方法(5个)
6.2.3 元组类型及操作
- 元组是一种序列类型,一旦创建就不能被修改
- 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
注: - 元组就是将元素进行有序的排列,用()的形式来组织
特殊:单个元组,元素后面要加逗号
def func():return1,2
这里的返回值就是元组
- 元组继承序列了类型全部通用操作符
- 创建后不可修改,所以没有特殊操作
6.2.4 列表类型及操作
-
序列类型的一种扩展
- 创建后可以随意被修改
- []或list()创建,元素间逗号分隔
- 列表中各元素类型可以不同,无长度限制
-
定义:方括号[]真正创建一个列表,赋值仅传递引用(贴标签)
因为这里没有创建列表it,所以只是赋值引用,相当于吧ls改名为lt -
函数和方法
-
增删改查
记忆
注意:列表中的第一个元素在第0个位置
6.2.5 序列类型应用场景
数据表示:元组和列表
- 元组用于元素不改变的应用场景,更多用于固定搭配场景
- 列表更加灵活,它是最常用的序列类型
- 最主要作用:表示一组有序数据,进而操作它们
元素遍历:ls、tp
数据保护:tp
6.2.6序列类型及操作小结
- 序列是基类类型,扩展类型包括:字符串、元组和列表
- 元组用()和tuple()创建,列表用[]和set()创建
- 元组操作与序列操作基本相同
- 列表操作在序列操作基础上,增加了更多的灵活性
6.3 实例9:基本统计值计算
6.3.1 基本统计值计算 ——问题分析
需求:给出一组数,对它们有个概要理解
基本统计值:总个数、求和、平均值、方差、中位数……
len()
for in 求和
均值:求和/总个数
方差: pow()函数
中位数:排序,然后……
6.3.2 实例讲解
代码主要思路:
- 掌握获得多数据输入的方法
- 使用多个函数通过参数传递的方式,将复杂的功能分割成几个很小的功能,并且将这些功能组织起来完成客户的需求。
#CalStatisticsV1.py
def getNum(): #获取用户不定长度的输入nums = []iNumStr = input("请输入数字(回车退出): ")while iNumStr != "":nums.append(eval(iNumStr))iNumStr = input("请输入数字(回车退出): ")return numsdef mean(numbers): #计算平均值s = 0.0for num in numbers:s = s + numreturn s / len(numbers)def dev(numbers, mean): #计算方差sdev = 0.0for num in numbers:sdev = sdev + (num - mean)**2# 方差公式就是除以n-1return pow(sdev / (len(numbers)-1), 0.5)def median(numbers): #计算中位数sorted(numbers)size = len(numbers)if size % 2 == 0:med = (numbers[size//2-1] + numbers[size//2])/2else:med = numbers[size//2]return medn = getNum() #主体函数
m = mean(n)
print("平均值:{},方差:{:.2},中位数:{}.".format(m, dev(n,m),median(n)))
6.3.3 举一反三
- 获取多个数据:从控制台获取多个不确定数据的方法
- 分隔多个函数:模块化设计方法
- 充分利用函数:充分利用Python提供的内置函数
6.4 字典类型及操作
6.4.1 定义
-
字典的理解
- 映射的概念:映射是一种键(索引)和值(数据)的对应
- 字典和序列不同:字典的索引值是由用户自己定义的
- 所以可以理解为,字典类型是数据组织与表达的一种新的形态,字典类型是映射的体现
- 映射的概念:映射是一种键(索引)和值(数据)的对应
-
字典的定义
- 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
-
区别于集合
- 集合中不能用{}来定义一个空集合,原因就是因为字典定义空集合是用的{},生成空的集合需要用set().
- 集合中的元素就是一个基本元素,不是键值对
-
字典类型操作函数和方法1
- d.keys和d.values并不返回列表类型,它返回的是一种字典的key类型和value类型,这种类型可以用for,in做遍历,都是不能当做列表类型来操作
-
字典类型操作函数和方法2
记忆
字典类型及操作小结
- 映射关系采用键值对表达
- 字典类型使用{}和dict()创建,键值对之间用:分隔
- d[key] 方式既可以索引,也可以赋值
- 字典类型有一批操作方法和函数,最重要的是.get()
应用场景
- 映射无处不在,键值对无处不在
- 例如:统计数据出现的次数,数据是键,次数是值
- 最主要作用:表达键值对数据,进而操作它们
6.5 模块5:jieba库的使用
6.5.1 jieba库是优秀的中文分词第三方库
- pip安装
- 原理:
- 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
- 三种分词模式
- 精确模式:精确分开,不存在冗余单词
- 全模式:所有可能词语扫描出来,有冗余
- 搜索引擎模式:精确模式基础上,对长词进行再次切分
- 常用函数:
关键是jieba.lcut(s):能将能将字符串s进行精确的分词处理,并且返回一个列表类型
6.6 实例10:文本词频统计
哈姆雷特
#CalHamletV1.py
def getText():txt = open("hamlet.txt", "r").read()txt = txt.lower() # 把txt中字母全部变小写for ch in '!"#$%&()*+,-./:;<=>?@[\\]^_‘{|}~':txt = txt.replace(ch, " ") #将文本中特殊字符替换为空格return txthamletTxt = getText()
# .split()采用空格将hamletTxt中的字符串进行分隔,并且以列表形式返回给变量
words = hamletTxt.split()
#为了表示一个单词和它出现的次数构成映射,用字典来表示
counts = {}
for word in words: # 表示如果键word存在就返回其对应的值,不存在就返回0,所以第一次不#存在返回0,此时word键在counts里面生成,对应的值是1。#第二次遇到同一个word时,返回对应值1,然后word对应的值变成1+1=2 counts[word] = counts.get(word,0) + 1
items = list(counts.items())
# 对一个列表按照键值对的两个元素的第二个元素进行排序,排序的方式是由大到小
items.sort(key=lambda x:x[1], reverse=True)
for i in range(10):word, count = items[i]print ("{0:<10}{1:>5}".format(word, count))
- 程序理解
-
items = list(counts.items())的使用,问:一个列表里面能放元组吗?
-
列表,元组,字典的元素可以是任何类型
-
items.sort(key=lambda x:x[1], reverse=True) 还不懂????
-
三国演义任务出场次数统计
#CalThreeKingdomsV2.py
import jieba
excludes = {"将军","却说","荆州","二人","不可","不能","如此"}
txt = open("threekingdoms.txt", "r", encoding='utf-8').read()
words = jieba.lcut(txt)
counts = {}
for word in words:if len(word) == 1:continueelif word == "诸葛亮" or word == "孔明曰":rword = "孔明"elif word == "关公" or word == "云长":rword = "关羽"elif word == "玄德" or word == "玄德曰":rword = "刘备"elif word == "孟德" or word == "丞相":rword = "曹操"else:rword = wordcounts[rword] = counts.get(rword,0) + 1
for word in excludes:del counts[word]
items = list(counts.items())
items.sort(key=lambda x:x[1], reverse=True)
for i in range(10):word, count = items[i]print ("{0:<10}{1:>5}".format(word, count))
第七章 文件和数据格式化
7.1 文件的使用
7.1.1 文件的类型
-
文件是数据的抽象和集合
- 文件是存储在辅助存储器上的[数据序列]
- 文件是数据存储的一种形式
- 文件展现形态:文本文件和二进制文件
-
文本文件 VS 二进制文件
- 文本文件和二进制文件只是文件的展示方法
- 本质上:所有文件都是二进制形式存储
- 形式上,所有文件采用两种方式展示
-
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
- 例如:.txt , .py文件等
-
二进制文件:
- 直接由比特0、1组成,没有统一字符编码
- 一般存在二进制0,1的组织结构,即文件格式
- 例如:png、avi等
-
例子
7.1.2 文件打开和关闭
- 文件处理的步骤:打开——操作——关闭
# f.txt文件保存: "中国是个伟大的国家!"
# 文本形式打开文件
tf= open("f.txt", "rt") # rt表示以文本方式读取
print(tf.readline()) # 读第一行
tf.close()
>>>
中国是个伟大的国家!#二进制形式打开文件
bf = open("f.txt", "rb")
print(bf.readline())
bf.close()
>>>
b'\xd6\xd0\xb9\xfa\xca\xc7\xb8\xf6\xce\xb0\xb4\xf3\xb5\xc4\xb9\xfa\xbc\xd2\xa3\xa1'
a.read(size)
a.readline(size)
a.readlines(hint)
a.write(s)
a.writelines(lines)
a.seek(offset)
-
文件的存储状态文件的占用状态a = opne( , )a.close()文件的存储状态文件的占用状态
-
读文件:3种方法 VS 写文件: 3种方法 -文件的打开: <变量名> = open(<文件名>,<打开模式>)
-
变量名:文件句柄
-
文件名:文件路径和名称(源文件同目录可省略)
-
打开模式:文本or二进制;读or写
-
补充:windows下,文件目录之间用\,这个和python冲突,解决方式两种:\,或者用/ .
-
-
打开模式:
-
例子
f = open("f.txt") # -文本形式、只读模式、默认值
f = open("f.txt", "rt")# -文本形式、只读模式、同默认值
f = open("f.txt", "w")# -文本形式、覆盖写模式
f = open("f.txt", "a+")# -文本形式、追加写模式+ 读文件,如果没有+,就只能追加写模式,不能读文件
f = open("f.txt", "x")# -文本形式、创建写模式
f = open("f.txt", "b")# -二进制形式、只读模式
f = open("f.txt", "wb")# -二进制形式、覆盖写模式
7.1.3 文件内容的读取
-
操作方法 描述
-
文件的全文本操作
- 遍历全文本:方法一:一次读入read,统一处理
- 遍历全文本:方法二:按数量读入,逐步处理
fo = open(filename,"r")
txt = fo.read(2)
while txt != "":# 对txt进行处理txt = fo.read(2)
fo.close()
- 文件的逐行操作
- 逐行遍历文件:方法一:一次读入,分行处理。缺点:对于大文件读取速度慢
fo = open(filename,"r")
for line in fo.readlines():print(line)
fo.close()
- 逐行遍历文件:方法二:分行读入,逐行处理。优点:大文件处理速度块
fo = open(filename,"r")
for line in fo: # 通过迭代器访问print(line)
fo.close()
7.1.4 数据的文件写入
- 操作方法 描述
- .write(s) 向文件写入一个字符串或字节流
- .writelines(lines) 将一个元素全为字符串的列表写入文件,将各个元素直接拼接起来
- .seek(offset) 改变当前文件操作指针的位置,offset含义如下:0 - 文件开头;1 - 当前位置;2 - 文件结尾
# 写入一个字符串列表
fo = open("output.txt", "w+")
ls = ["中国", "法国", "美国"]
fo.writelines(ls) # 写过文件后,指针在文件最后面,指向下一次可能写入信息的位置
fo.seek(0) # 调整文件写入后的指针,回到文件的初始位置。否则,没有结果输出
for line in fo:print(line)
fo.close()
文件的使用小结
- 文件的使用方式:打开-操作-关闭
- 文本文件&二进制文件,open( , )和.close()
- 文件内容的读取:.read() .readline() .readlines()
- 数据的文件写入:.write() .writelines() .seek()
7.2 实例11:自动化轨迹绘制
7.2.1 问题分析
需求:根据脚本来绘制图形?
不是写代码而是写数据绘制轨迹
数据脚本是自动化最重要的第一步
7.2.2 实例讲解
基本思路:
- 步骤1:定义数据文件格式(接口):个性化
- 步骤2:编写程序,根据文件接口解析参数绘制图形
- 步骤3:编制数据文件
#AutoTraceDraw.py
importturtle ast
t.title('自动轨迹绘制')
t.setup(800, 600, 0, 0)
t.pencolor("red") # 初始绘制的画笔颜色
t.pensize(5) # 绘制画笔的粗细
#数据读取
# 将所有数据的信息读入之后,保存为列表
datals= []
f = open("data.txt")
for line in f:line = line.replace("\n","") # map的作用就是将第一个参数的功能作用到第二个参数# 每一行处理之后的信息作为列表,并且这个列表是我们定义的datals中的一个元素datals.append(list(map(eval, line.split(","))))# 至此,datals列表中每一个元素就是一行的信息,也就是一个小的列表
f.close()
#自动绘制
for i in range(len(datals)):#获得每个元素中的rgb值,改变当前画笔的颜色t.pencolor(datals[i][3],datals[i][4],datals[i][5])t.fd(datals[i][0])if datals[i][1]:t.right(datals[i][2])else:t.left(datals[i][2])
7.2.3 举一反三
理解方法思维
自动化思维:数据和功能分离,数据驱动的自动运行
接口化设计:格式化设计接口,清晰明了
二维数据应用:应用维度组织数据,二维数据最常用
应用问题扩展:
扩展接口设计,增加更多控制接口
扩展功能设计,增加弧形等更多功能
扩展应用需求,发展自动轨迹绘制到动画绘制
7.3 一维数据的格式化和处理
7.3.1 数据组织的维度:组织形式
- 一维数据:
- 由对等关系的有序或无序数据构成,采用线性方式组织
- 对应列表、数组和集合等概念
- 二维数据:
- 由多个一维数据构成,是一维数据的组合形式
- 表格是典型的二维数据,其中,表头是二维数据的一部分
- 多维数据
- 由一维或二维数据在新维度上扩展形成
- 比如,加入时间维度
- 高维数据
- 仅利用组基本的二元关系展示数据间的复杂结构
- 比如,字典嵌套
- 数据的操作周期:
- 存储<->表示<->操作
一维数据的表示
- 如果数据间有序:列表,for遍历
- 如果数据间无序:集合,for遍历
一维数据的存储
- 存储方式一:空格分隔
- 使用一个或多个空格分隔进行存储,不换行
- 缺点:数据中不能存在空格
- 存储方式二:逗号分隔
- 使用英文半角逗号分隔数据进行存储,不换行
- 缺点:数据中不能有英文逗号
- 存储方式三:其他方式,特殊字符
- 使用其他符号或符号组合分隔,建议采用特殊符号
- 缺点:需要根据数据特点定义,通用性较差
一维数据的处理
- 将存储的数据读入程序
- split方法
# 从空格分隔的文件中读入数据
# 中国 美国 日本 德国 法国 英国 意大利
txt= open(fname).read()# 用.read把文件读进来变成一个大字符串
ls = txt.split() # 根据空格分隔字符串中的信息,将每一个元素变成一个列表
f.close()>>> ls
['中国', '美国', '日本', '德国', '法国', '英国', '意大利']#从特殊符号分隔的文件中读入数据
#中国$美国$日本$德国$法国$英国$意大利
txt= open(fname).read()
ls = txt.split("$")
f.close()>>> ls
['中国', '美国', '日本', '德国', '法国', '英国', '意大利']
-
将程序表示的数据写入文件
- join(ls) 方法
-
将程序表示的数据写入文件
- join(ls) 方法
-
从一维数据的表示的列表形式写入文件的方法
# 采用空格分隔方式将数据写入文件
ls = ['中国','美国','日本']
f = open(fname, 'w')
# join方法的作用:将join前面的字符串分隔放置到后面join参数中各个元素之间的
# 如ls其中三个元素之间增加空格,生成的字符串就是'中国 美国 日本'
f.write(''.join(ls))
f.close()# 采用特殊分隔方式将数据写入文件
ls = ['中国','美国','日本']
f = open(fname, 'w')
f.write('$'.join(ls))
f.close()
一维数据的格式化和处理小结
- 数据的维度:一维、二维、多维、高维
- 一维数据的表示:列表类型(有序)和集合类型(无序)
- 一维数据的存储:空格分隔、逗号分隔、特殊符号分隔
- 一维数据的处理:字符串方法.split() 和.join()
7.4 二维数据的格式化和处理
- 二维数据的表示
- CSV数据存储格式
- 二维数据的存储
- 二维数据的处理
7.4.1 二维数据的表示
- list类型:二维列表
- 二维列表它本身是一个列表,二列表中的每一个元素又是一个列表
- 使用两层for遍历,第一次遍历每个元素,第二次遍历每个元素代表的列表
- 外层列表中每个元素可以对应一行,也可以对应一列????
7.4.2 CSV格式与二维数据存储
- 注:CSV:Comma-Separated Values(由逗号分隔的值)
- 国际通用的一二维数据存储格式,后缀:.csv
- 每行一个一维数据,采用逗号分隔,无空行
- Excel可读入输出,一般编辑软件都可以产生
- 如果某个元素缺失,逗号仍要保留
- 二维数据的表头可以作为数据存储,也可以另行存储
- 逗号为英文半角逗号,逗号与数据之间无额外空格
7.4.3 二维数据的存储
- 按行、列存储都可以
- 一般习惯:ls[row][column],先行后列
- 根据一般习惯,按行存
7.4.4 二维数据的处理
读入处理:
#从CSV格式的文件中读入数据
fo = open(filename)
ls = []
for line in fo:line = line.replace("\n", "") # 去掉每一行的最后一个回车换行符ls.append(line.split(","))
fo.close()
写入处理:
#将数据写入CSV格式的文件
ls = [[], [], []] # 二维列表
f = open(fname, "w")
for item in ls:f.write(",".join(item) + "\n")
f.close()
二维数据的逐一处理
- 采用二层循环
ls = [[1,2],[3,4],[5,6]] #二维列表
for row in ls:for column in row:print(column)
7.5 模块6:wordcloud库的使用
-
wordcloud库概述:wordcloud是优秀的词云展示第三方库
-
wordcloud库基本使用:wordcloud库把词云当作一个WordCloud对象
- wordcloud.WordCloud()代表一个文本对应的词云
- 可以根据文本中词语出现的频率等参数绘制词云
- 词云的绘制形状、尺寸和颜色都可以设定
-
wordcloud库常规方法
- 以WordCloud对象为基础
- 配置参数、加载文本、输出文件
-
三步法
import wordcloud
c = wordcloud.WordCloud()# 步骤1:配置对象参数
c.generate("wordcloudby Python")# 步骤2:加载词云文本
c.to_file("pywordcloud.png")# 步骤3:输出词云文件
-
配制参数
-
例子
# wordcloud中我们是利用空格分隔单词的
import wordcloud
txt = "life is short, you need python"
w = wordcloud.WordCloud( \
background_color= "white")
w.generate(txt)
w.to_file("pywcloud.png")# 中文没有空格,所以需要事先分好import jieba
import wordcloud
txt = "程序设计语言是计算机能够理解和\
识别用户操作意图的一种交互体系,它按照\
特定规则组织计算机指令,使计算机能够自\
动进行各种运算处理。"
w = wordcloud.WordCloud( width=1000,\
font_path="msyh.ttc",height=700)
# 下面这句话的意思是,能够将这段文本通过jieba.lcut函数编程一个列表
# 进一步用join方法,将jion中的元素用jion前面的空格字符串来分隔来构成一个长字符串,这个厂字符串会赋值给WordCloud对象
w.generate(" ".join(jieba.lcut(txt)))
w.to_file("pywcloud.png")
7.6 实例12:政府工作报告词云
第八章 程序设计方法学
8.3 Python第三方库安装
8.3.1 Python世界
https://pypi.org/
PyPI:Python Package Index
PSF维护的展示全球Python计算生态的主站
学会检索并利用PyPI,关键词检索
8.3.2 第三方库的pip安装方法
Win+r =>输入cmd回车,进入cmd,pip -h,可以常看常用命令及介绍
8.3.3 第三方库的集成安装方法
Anaconda —— 数据计算
8.3.4 第三方库的文件安装方法
某些第三方库pip下载后,需要编译再安装
直接下载编译后的安装,推荐一个个人博客:http://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/
8.4 模快7:os库的基本使用
os库是标准库,包含几百个函数,常用路径操作、进程管理、环境参数等几类
- 路径操作:os.path子库,处理文件路径及信息
- 进程管理:启动系统中其他程序
- 环境参数:获得系统软硬件信息等环境参数
- 路径操作:os.path子库以path为入口,用于操作和处理文件路径
import os.path as op
函数 描述
- os.path.exists(path)并没有打开这个文件,只是去系统查看存不存在
8.4.2 进程管理:启动系统中其他程序
os.system(command)
执行程序或命令command
在windows系统中,返回值为cmd的调用返回信息
eg1: os.system("C:\\windows\\System32\\calc.exe")
#打开画图程序并同时用它打开一张图
eg2: os.system(C:\\windows\\System32\\mspaint.exe D:\\pycode\\grwordcloud.png")
8.4.3 环境参数:获得系统软硬件信息等环境参数
函数 描述
os.chdir(path) 修改当前程序操作的路径
os.getcwd() 返回程序的当前路径
os.getlogin() 获得当前系统登陆用户名
os.cpu_count() 获得当前系统的CPU数量
os.urandom(n) 获得n个字节长度的随机字符串,通常用于加解密运算