Python常见面试知识总结(二)：数据结构、类方法及异常处理

【十三】Python中assert的作用？

Python中assert（断言）用于判断一个表达式，在表达式条件为$false$的时候触发异常。

断言可以在条件不满足程序运行的情况下直接返回错误，而不必等待程序运行后出现崩溃的情况。

Rocky直接举一些例子：

>>> assert True 
>>> assert False
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AssertionError
>>> assert 1 == 1
>>> assert 1 == 2
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AssertionError
>>> assert 1 != 2

【十四】Python中互换变量有不用创建临时变量的方法吗？

在Python中，当我们想要互换两个变量的值或将列表中的两个值交换时，我们可以使用如下的格式进行，不需要创建临时变量：

x, y = y, x

这么做的原理是什么呢？

首先一般情况下Python是从左到右解析一个语句的，但在赋值操作的时候，因为是右值具有更高的计算优先级，所以需要从右向左解析。

对于上面的代码，它的执行顺序如下：

先计算右值$y,x$(这里是简单的原值，但可能会有表达式或者函数调用的计算过程)， 在内存中创建元组(tuple)，存储$y,x$分别对应的值；计算左边的标识符，元组被分别分配给左值，通过解包(unpacking)，元组中第一个标示符对应的值$(y)$，分配给左边第一个标示符$(x)$，元组中第二个标示符对应的值$(x)$，分配给左边第二个标示符$(y)$，完成了$x$和$y$的值交换。

【十五】Python中的主要数据结构都有哪些？

1. 列表（list）
2. 元组（tuple）
3. 字典（dict）
4. 集合（set）

【十六】Python中的可变对象和不可变对象？

可变对象与不可变对象的区别在于对象本身是否可变。

可变对象：list（列表） dict（字典） set（集合）

不可变对象：tuple（元组） string（字符串） int（整型） float（浮点型） bool（布尔型）

【十七】Python中的None代表什么？

None是一个特殊的常量，表示空值，其和False，0以及空字符串不同，它是一个特殊Python对象, None的类型是NoneType。

None和任何其他的数据类型比较返回False。

>>> None == 0
False
>>> None == ' '
False
>>> None == None
True
>>> None == False
False

我们可以将None复制给任何变量，也可以给None赋值。

【十八】Python中$\ast args$和$\ast \ast kwargs$的区别？

$\ast args$和$\ast \ast kwargs$主要用于函数定义。我们可以将不定数量的参数传递给一个函数。

这里的不定的意思是：预先并不知道函数使用者会传递多少个参数, 所以在这个场景下使用这两个关键字。

$\ast args$

$\ast args$是用来发送一个非键值对的可变数量的参数列表给一个函数。

我们直接看一个例子：

def test_var_args(f_arg, *argv):
    print("first normal arg:", f_arg)
    for arg in argv:
        print("another arg through *argv:", arg)

test_var_args('hello', 'python', 'ddd', 'test')

-----------------结果如下-----------------------
first normal arg: hello
another arg through *argv: python
another arg through *argv: ddd
another arg through *argv: test

$\ast \ast kwargs$

$\ast \ast kwargs$允许我们将不定长度的键值对, 作为参数传递给一个函数。如果我们想要在一个函数里处理带名字的参数, 我们可以使用$\ast \ast kwargs$。

我们同样举一个例子：

def greet_me(**kwargs):
    for key, value in kwargs.items():
        print("{0} == {1}".format(key, value))

greet_me(name="yasoob")

-----------结果如下-------------
name == yasoob

【十九】Python中Numpy的broadcasting机制？

Python的Numpy库是一个非常实用的数学计算库，其broadcasting机制给我们的矩阵运算带来了极大地方便。

我们先看下面的一个例子：

>>> import numpy as np
>>> a = np.array([1,2,3])
>>> a
array([1, 2, 3])
>>> b = np.array([6,6,6])
>>> b
array([6, 6, 6])
>>> c = a + b
>>> c
array([7, 8, 9])

上面的代码其实就是把数组$a$和数组$b$中同样位置的每对元素相加。这里$a$和$b$是相同长度的数组。

如果两个数组的长度不一致，这时候broadcasting就可以发挥作用了。

比如下面的代码：

>>> d = a + 5
>>> d
array([6, 7, 8])

broadcasting会把$5$扩展成$[5,5,5]$，然后上面的代码就变成了对两个同样长度的数组相加。示意图如下（broadcasting不会分配额外的内存来存取被复制的数据，这里只是方面描述）：

我们接下来看看多维数组的情况：

>>> e
array([[1., 1., 1.],
       [1., 1., 1.],
       [1., 1., 1.]])
>>> e + a
array([[2., 3., 4.],
       [2., 3., 4.],
       [2., 3., 4.]])

在这里一维数组被扩展成了二维数组，和$e$的尺寸相同。示意图如下所示：

我们再来看一个需要对两个数组都做broadcasting的例子：

>>> b = np.arange(3).reshape((3,1))
>>> b
array([[0],
       [1],
       [2]])
>>> b + a
array([[1, 2, 3],
       [2, 3, 4],
       [3, 4, 5]])

在这里$a$和$b$都被扩展成相同的尺寸的二维数组。示意图如下所示：

总结broadcasting的一些规则：

1. 如果两个数组维数不相等，维数较低的数组的shape进行填充，直到和高维数组的维数匹配。
2. 如果两个数组维数相同，但某些维度的长度不同，那么长度为1的维度会被扩展，和另一数组的同维度的长度匹配。
3. 如果两个数组维数相同，但有任一维度的长度不同且不为1，则报错。

>>> a = np.arange(3)
>>> a
array([0, 1, 2])
>>> b = np.ones((2,3))
>>> b
array([[1., 1., 1.],
       [1., 1., 1.]])
>>> a.shape
(3,)
>>> a + b
array([[1., 2., 3.],
       [1., 2., 3.]])

接下来我们看看报错的例子：

>>> a = np.arange(3)
>>> a
array([0, 1, 2])
>>> b = np.ones((3,2))
>>> b
array([[1., 1.],
       [1., 1.],
       [1., 1.]])
>>> a + b
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: operands could not be broadcast together with shapes (3,) (3,2)

【二十】Python中的实例方法、静态方法和类方法三者区别？

不用@classmethod和@staticmethod修饰的方法为实例方法。在类中定义的方法默认都是实例方法。实例方法最大的特点是它至少要包含一个self参数，用于绑定调用此方法的实例对象，实例方法通常可以用类对象直接调用。

采用@classmethod修饰的方法为类方法。类方法和实例方法相似，它至少也要包含一个参数，只不过类方法中通常将其命名为cls，Python会自动将类本身绑定给cls参数。我们在调用类方法时，无需显式为cls参数传参。

采用@staticmethod修饰的方法为静态方法。静态方法没有类似self、cls这样的特殊参数，因此Python的解释器不会对它包含的参数做任何类或对象的绑定。也正因为如此，类的静态方法中无法调用任何类属性和类方法。

【二十一】Python中常见的切片操作

[:n]代表列表中的第一项到第n项。我们看一个例子：

example = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

print(example[:6])

---------结果---------
[1, 2, 3, 4, 5, 6]

[n:]代表列表中第n+1项到最后一项：

example = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

print(example[6:])

---------结果---------
[7, 8, 9, 10]

[-1]代表取列表的最后一个元素：

example = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

print(example[-1])

---------结果---------
10

[:-1]代表取除了最后一个元素的所有元素：

example = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

print(example[:-1])

---------结果---------
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

[::-1]代表取整个列表的相反列表：

example = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

print(example[::-1])

---------结果---------
[10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1]

[1:]代表从第二个元素意指读取到最后一个元素：

example = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

print(example[1:])

---------结果---------
[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

[4::-1]代表取下标为4（即第五个元素）的元素和之前的元素反转读取：

example = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

print(example[4::-1])

---------结果---------
[5, 4, 3, 2, 1]

【二十二】Python中如何进行异常处理？

一般情况下，在Python无法正常处理程序时就会发生一个异常。异常在Python中是一个对象，表示一个错误。当Python脚本发生异常时我们需要捕获处理它，否则程序会终止执行。

捕捉异常可以使用try，except和finally语句。

try和except语句用来检测try语句块中的错误，从而让except语句捕获异常信息并处理。

try:
    6688 / 0
except:
    '''异常的父类，可以捕获所有的异常'''
    print "0不能被除"
else:
    '''保护不抛出异常的代码'''
    print "没有异常"
finally:
    print "最后总是要执行我"

【二十三】Python中remove，del以及pop之间的区别？

remove，del以及pop都可以用于删除列表、字符串等里面的元素，但是具体用法并不相同。

1. remove是剔除第一个匹配的值。
2. del是通过索引来删除当中的元素。
3. pop是通过索引来删除当中的元素，并且返回该元素；若括号内不添加索引值，则默认删除最后一个元素。

>>> a = [0, 1, 2, 1, 3] 
>>> a.remove(1) 
>>> a 
[0, 2, 1, 3] 

>>> a = [0, 1, 2, 1, 3] 
>>> del a[1] 
[0, 2, 1, 3] 

>>> a = [0, 1, 2, 1, 3] 
>>> a.pop(1) 
1 
>>> a 
[0, 2, 1, 3] 

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