Python编程：从入门到实践

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"自学Python涉及编程基础、科学计算和数据分析，Python由吉多·范罗苏姆创造，从Python 2.0到Python 3.0有显著变化，Python代码简洁明了，体现了Python之禅的哲学思想。" Python是一种高级编程语言，由荷兰人吉多·范罗苏姆在1989年圣诞节期间为了打发时间而创建，其名称来源于他喜爱的BBC电视剧《蒙提·派森的飞行马戏团》。Python的早期版本在1991年发布，最初是用C语言实现的，允许调用C库。随着时间的推移，Python不断演进，2.0版本引入了完整的垃圾回收机制和Unicode支持，而3.0版本则带来了一些重大变革，虽然与早期版本不完全兼容。对于初学者，启动Python环境非常简单，只需在命令行输入`python`即可进入交互式解释器。Python以其简洁的语法著称，如打印"Hello, World!"这样的简单任务，只需要一行代码`print("Hello, World!")`。如果将这段代码保存为`.py`文件，如`hello_world.py`，同样可以通过命令行运行该文件来得到输出。 Python之禅是Python编程哲学的一种体现，通过输入`import this`，我们可以看到其中的理念，强调代码应力求简洁、明确和优美。这包括易于阅读、避免复杂性和坚持显式优于隐式的原则。实际上，这段哲学诗的实现代码并不像看起来那么直观，它展示了Python追求的不仅是表面的简洁，更是内在的清晰逻辑。自学Python，你需要掌握基础语法、数据结构（如列表、元组、字典）、控制流（如循环、条件语句）、函数和模块的使用。此外，Python在科学计算和数据分析领域应用广泛，如NumPy、Pandas和Matplotlib等库，这些可以帮助处理数值计算、数据操作和可视化。随着学习深入，你还可以探索更高级的主题，如面向对象编程、异常处理、装饰器、生成器等，以及利用Python进行网络编程、文件操作和系统管理。 Python是一门强大的语言，既适合初学者入门，也适用于专业开发人员进行复杂项目。通过自学，你可以逐步掌握Python的精髓，从而在各种场景下发挥它的优势。

可变集合

对应于元组（tuple）与表（list）的关系，对于集合（set），Python提供种叫做可变集合（frozen set）的数据

结构。

使󰉁 frozenset 来进󰢩创建：

In [1]:

s = frozenset([1, 2, 3, 'a', 1])

与集合同的是，可变集合旦创建就可以改变。

可变集合的个主要应󰉁是󰉁来作为字典的键，如󰉁个字典来记录两个城市之间的距离：

In [2]:

flight_distance = {}

city_pair = frozenset(['Los Angeles', 'New York'])

flight_distance[city_pair] = 2498

flight_distance[frozenset(['Austin', 'Los Angeles'])] = 1233

flight_distance[frozenset(['Austin', 'New York'])] = 1515

flight_distance

由于集合分顺序，所以同顺序会影响查阅结果：

In [3]:

flight_distance[frozenset(['New York','Austin'])]

In [4]:

flight_distance[frozenset(['Austin','New York'])]

Out[1]:

frozenset({1, 2, 3, 'a'})

Out[2]:

{frozenset({'Austin', 'New York'}): 1515,

frozenset({'Austin', 'Los Angeles'}): 1233,

frozenset({'Los Angeles', 'New York'}): 2498}

Out[3]:

1515

Out[4]:

1515

Python 赋值机制

先看个：

In [1]:

x = [1, 2, 3]

y = x

x[1] = 100

print y

改变变󰮢x的值，变󰮢y的值也随着改变，这与Python内部的赋值机制有关。

简单类型

先来看这段代码在Python中的执󰢩过程。

x = 500

y = x

y = 'foo'

x = 500

Python分配个 PyInt 的内存 pos1 󰉁来储存对象 500 ，然后，Python在命名空间中让变󰮢 x 指向这块内存，注

意，整数是可变类型，所以这块内存的内容是可变的。

内存命名空间

pos1 : PyInt(500) (可变)

x : pos1

y = x

Python并没有使󰉁新的内存来储存变󰮢 y 的值，󰖳是在命名空间中，让变󰮢 y 与变󰮢 x 指向同块内存空间。

内存命名空间

pos1 : PyInt(500) (可变)

x : pos1

y : pos1

y = 'foo'

Python此时分配个 PyStr 的内存 pos2 来储存对象 foo ，然后改变变󰮢 y 所指的对象。

内存命名空间

pos1 : PyInt(500) (可变)

pos2 : PyStr('foo') (可变)

x : pos1

y : pos2

对这过程进󰢩验证，可以使󰉁 id 函数。

id(x)

返回变󰮢 x 的内存地址。

In [2]:

x = 500

id(x)

In [3]:

y = x

id(y)

也可以使󰉁 is 来判断是是指向同个事物：

In [4]:

x is y

现在 y 指向另块内存：

In [5]:

y = 'foo'

id(y)

In [6]:

x is y

Python会为每个出现的对象进󰢩赋值，哪怕它们的值是样的，如：

In [7]:

x = 500

id(x)

In [8]:

y = 500

id(y)

In [9]:

x is y

过，为提󰷼内存󰉁效率，对于些简单的对象，如些数值较的int对象，Python采󰉁重󰉁对象内存的办法：

In [10]:

x = 2

id(x)

In [11]:

y = 2

id(y)

In [12]:

x is y

容类型

现在来看另段代码：

x = [500, 501, 502]

y = x

y[1] = 600

y = [700, 800]

x = [500, 501, 502]

Python为3个PyInt分配内存 pos1 ， pos2 ， pos3 （可变），然后为表分配段内存 pos4 ，它包含3个位置，分别指向这3

个内存，最后再让变󰮢 x 指向这个表。

内存命名空间

pos1 : PyInt(500) (可变)

pos2 : PyInt(501) (可变)

pos3 : PyInt(502) (可变)

pos4 : PyList(pos1, pos2, pos3) (可变)

x : pos4

y = x

并没有创建新的对象，只需要将 y 指向 pos4 即可。

内存命名空间

pos1 : PyInt(500) (可变)

pos2 : PyInt(501) (可变)

pos3 : PyInt(502) (可变)

pos4 : PyList(pos1, pos2, pos3) (可变)

x : pos4

y : pos4

y[1] = 600

原来 y[1] 这个位置指向的是 pos2 ，由于能修改 pos2 的值，所以󰶳先为 600 分配新内存 pos5 。

再把 y[1] 指向的位置修改为 pos5 。此时，由于 pos2 位置的对象已经没有󰉁，Python会󰙵动调󰉁垃圾处󰇹机制将它回收。

内存命名空间

pos1 : PyInt(500) (可变)

pos2 : 垃圾回收

pos3 : PyInt(502) (可变)

pos4 : PyList(pos1, pos5, pos3) (可变)

pos5 : PyInt(600) (可变)

x : pos4

y : pos4

y = [700, 800]

󰶳先创建这个表，然后将变󰮢 y 指向它。

内存命名空间

pos1 : PyInt(500) (可变)

pos3 : PyInt(502) (可变)

pos4 : PyList(pos1, pos5, pos3) (可变)

pos5 : PyInt(600) (可变)

pos6 : PyInt(700) (可变)

pos7 : PyInt(800) (可变)

pos8 : PyList(pos6, pos7) (可变)

x : pos4

y : pos8

对这过程进󰢩验证：

In [13]:

x = [500, 501, 502]

print id(x[0])

print id(x[1])

print id(x[2])

print id(x)

赋值，id(y) 与 id(x) 相同。

In [14]:

y = x

print id(y)

In [15]:

x is y

修改 y[1] ，id(y) 并改变。

In [16]:

y[1] = 600

print id(y)

id(x[1]) 和 id(y[1]) 的值改变。

In [17]:

print id(x[1])

print id(y[1])

改 y 的值，id(y) 的值改变

In [18]:

y = [700, 800]

print id(y)

print id(x)

[1, 100, 3]

Out[2]:

48220272L

Out[3]:

48220272L

Out[4]:

True

Out[5]:

39148320L

Out[6]:

False

Out[7]:

48220296L

Out[8]:

48220224L

Out[9]:

False

Out[10]:

6579504L

Out[11]:

6579504L

Out[12]:

True

48220224

48220248

48220200

54993032

Out[15]:

True

54993032

48220272

54995272

54993032

判断语

基本󰉁法

判断，基于定的条件，决定是否要执󰢩特定的段代码，如判断个数是是正数：

In [1]:

x = 0.5

if x > 0:

print "Hey!"

print "x is positive"

在这󰮟，如果 x > 0 为 False ，那么程序将会执󰢩两条 print 语。

虽然都是󰉁 if 关键词定义判断，但与C，Java等语󰤛同，Python使󰉁 {} 将 if 语控制的区域包含起来。Python使󰉁的是

缩进法。同时，也需要󰉁 () 将判断条件括起来。

上󰴯中的这两条语：

print "Hey!"

print "x is positive"

就叫做个代码块，同个代码块使󰉁同样的缩进值，它们组成这条 if 语的主体。

同的缩进值表示同的代码块，如：

x > 0 时：

In [2]:

x = 0.5

if x > 0:

print "Hey!"

print "x is positive"

print "This is still part of the block"

print "This isn't part of the block, and will always print."

x < 0 时：

In [3]:

x = -0.5

if x > 0:

print "Hey!"

print "x is positive"

print "This is still part of the block"

print "This isn't part of the block, and will always print."

在这两个中，最后并是if语中的内容，所以管条件满满󰨤，它都会被执󰢩。

个完整的 if 结构通常如下所示（注意：条件后的 : 是必须要的，缩进值需要样）：

if <condition 1>:

elif <condition 2>:

else:

当条件1被满󰨤时，执󰢩 if 下󰴯的语，当条件1满󰨤的时候，转到 elif ，看它的条件2满满󰨤，满󰨤执󰢩 elif 下󰴯的语

，满󰨤则执󰢩 else 下󰴯的语。

对于上󰴯的进󰢩扩展：

In [4]:

x = 0

if x > 0:

print "x is positive"

elif x == 0:

print "x is zero"

else:

print "x is negative"

elif 的个数没有限制，可以是1个或者多个，也可以没有。

else 最多只有1个，也可以没有。

可以使󰉁 and ， or , not 等关键词结合多个判断条件：

In [5]:

x = 10

y = -5

x > 0 and y < 0

In [6]:

not x > 0

In [7]:

x < 0 or y < 0

这󰮟使󰉁这个简单的，假如想判断个份是是闰，按照闰的定义，这󰮟只需要判断这个份是是能被4整除，但是

能被100整除，或者正好被400整除：

In [8]:

year = 1900

if year % 400 == 0:

print "This is a leap year!"

两个条件都满󰨤才执󰢩

elif year % 4 == 0 and year % 100 != 0:

print "This is a leap year!"

else:

print "This is not a leap year."

值的测试

Python仅仅可以使󰉁布尔型变󰮢作为条件，它可以直接在if中使󰉁任何表达式作为条件：

部分表达式的值都会被当作True，但以下表达式值会被当作False：

False

None

空字符，空表，空字典，空集合

In [9]:

mylist = [3, 1, 4, 1, 5, 9]

if mylist:

print "The first element is:", mylist[0]

else:

print "There is no first element."

修改为空表：

In [10]:

mylist = []

if mylist:

print "The first element is:", mylist[0]

else:

print "There is no first element."

当然这种󰉁法并推荐，推荐使󰉁 if len(mylist) > 0: 来判断个表是否为空。

Hey!

x is positive

Hey!

x is positive

This is still part of the block

This isn't part of the block, and will always print.

x is zero

Out[5]:

True

Out[6]:

False

Out[7]:

True

This is not a leap year.

The first element is: 3

There is no first element.

循环

循环的作󰉁在于将段代码重复执󰢩多次。

while 循环

while <condition>:

Python会循环执󰢩<statesments>，直到<condition>满󰨤为。

如，计算数字0到1000000的和：

In [1]:

i = 0

total = 0

while i < 1000000:

total += i

i += 1

print total

之前提到，空容会被当成 False ，因此可以󰉁 while 循环来读取容中的所有元素：

In [2]:

plays = set(['Hamlet', 'Macbeth', 'King Lear'])

while plays:

play = plays.pop()

print 'Perform', play

循环每次从 plays 中弹出个元素，直到 plays 为空为。

for 循环

for <variable> in <sequence>:

for 循环会遍历完<sequence>中所有元素为

上个可以改写成如下形式：

In [3]:

plays = set(['Hamlet', 'Macbeth', 'King Lear'])

for play in plays:

print 'Perform', play

使󰉁 for 循环时，注意尽󰮢要改变 plays 的值，否则可能会产󰈿意想到的结果。

之前的求和也可以通过 for 循环来实现：

In [4]:

total = 0

for i in range(100000):

total += i

print total

然󰖳这种写法有个缺点：在循环前，它会󰈿成个󰲊度为 100000 的临时表。

󰈿成表的问题在于，会有定的时间和内存消耗，当数字从 100000 变得时，时间和内存的消耗会加明显。

为解决这个问题，我们可以使󰉁 xrange 来代替 range 函数，其效果与range函数相同，但是 xrange 并会次性的产󰈿所

有的数据：

In [5]:

total = 0

for i in xrange(100000):

total += i

print total

较下两者的运󰢩时间：

In [6]:

%timeit for i in xrange(1000000): i = i

In [7]:

%timeit for i in range(1000000): i = i

可以看出，xrange 󰉁时要 range 少。

continue 语

遇到 continue 的时候，程序会返回到循环的最开始重新执󰢩。

如在循环中忽󰉝些特定的值：

In [8]:

values = [7, 6, 4, 7, 19, 2, 1]

for i in values:

if i % 2 != 0:

忽󰉝奇数

continue

print i/2

break 语

遇到 break 的时候，程序会跳出循环，管循环条件是是满󰨤：

In [9]:

command_list = ['start',

'process',

'stop',

'start',

'process',

'stop']

while command_list:

command = command_list.pop(0)

if command == 'stop':

break

print(command)

在遇到第个 'stop' 之后，程序跳出循环。

else语

与 if 样， while 和 for 循环后󰴯也可以跟着 else 语，过要和break起连󰉁。

当循环正常结束时，循环条件满󰨤， else 被执󰢩；

当循环被 break 结束时，循环条件仍然满󰨤， else 执󰢩。

执󰢩：

In [10]:

values = [7, 6, 4, 7, 19, 2, 1]

for x in values:

if x <= 10:

print 'Found:', x

break

else:

print 'All values greater than 10'

执󰢩：

In [11]:

values = [11, 12, 13, 100]

for x in values:

if x <= 10:

print 'Found:', x

break

else:

print 'All values greater than 10'

499999500000

Perform King Lear

Perform Macbeth

Perform Hamlet

Perform King Lear

Perform Macbeth

Perform Hamlet

4999950000

10 loops, best of 3: 40.7 ms per loop

10 loops, best of 3: 96.6 ms per loop

start

process

Found: 7

All values greater than 10

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