Python-5.文件和数据格式化

一、文件的使用

  • 文件的类型
  • 文件的打开和关闭
  • 文件内容的读取
  • 数据的文件写入

1.1 文件的类型

  • 文件的理解

    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式
    • 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
    • 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
    "中国是个伟大的国家!"
    
    ☆ 文本形式
    中国是个伟大的国家!
    
    ☆ 二进制形式
    b'\xd6\xd0\xb9\xfa\xca\xc7\xb8\xf6\xce\xb0\xb4\xf3\xb5\xc4\xb9\xfa\xbc\xd2\xa3\xa1'
    

1.2 文件的打开和关闭

文件处理的步骤: 打开-操作-关闭

image

  • 文件的打开

image

文件路径

image

打开模式

文件的打开模式 描述
‘r’ 默认值,只读模式,如果文件不存在,返回FileNotFoundError。
‘w’ 覆盖写模式,文件不存在则创建,存在则完全覆盖。
‘x’ 创建写模式,文件不存在则创建,存在则返回FileExistsError。
‘a’ 追加写模式,文件不存在则创建,存在则在文件最后追加内容。
‘t’ 默认值,文本文件模式。
‘b’ 二进制文件模式。
‘+’ 与r/w/x/a一同使用,在原功能基础上增加同时读写功能。
  • 文件的关闭

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  • 文件的使用
#文本形式打开文件
tf = open("f.txt", "rt")
print(tf.readline())
tf.close()

#二进制形式打开文件
bf = open("f.txt", "rb")
print(bf.readline())
bf.close()

1.3 文件内容的读取

操作方法 描述
.read(size=-1) 读入全部内容,如果给出参数,读入前size长度。>>> s=f.read(2)中国
.readline(size=-1) 读入一行内容,如果给出参数,读入该行前size长度。>>> s=f.readline()中国是一个伟大的国家。
.readlines(hint=-1) 读入文件所有行,以每行为元素形成列表,如果给出参数,读入前hint行。 >>> s=f.readlines()[‘中国是一个伟大的国家’]
  • 文件的全文本操作
方法一:
fname=input("请输入要打开的文件名称:")
fo=open(fname,"r")
txt=fo.read()       #一次读入,统一处理
#对全文txt进行处理
fo.close()

方法二:
fname=input("请输入要打开的文件名称:")
fo=open(fname,"r")
txt=fo.read(2)      #按数量读入,逐步处理
while txt !="":
    #对txt进行处理
    txt=fo.read(2)  #按数量读入,逐步处理
fo,,close()
  • 文件的逐行操作
方法一:
fname = input("请输入要打开的文件名称:")
fo = open(fname,"r")
for line in fo.readlines():     #一次读入,分行处理
    print(line)
fo.close()

方法二:
fname = input("请输入要打开的文件名称:")
fo=open(fname,"r")
for line in fo:
    print(line)     #分行读入,逐行处理
fo.close()

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。>>>f.write(“中国是一个伟大的国家!”)
.writelines(lines) 将一个元素全为字符串的列表写入文件>>>ls=[“中国”,“法国”,“美国”]>>>f.writelines(ls)中国法国美国
.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>>>f.seek(0) #回到文件开头
fo = open("output.txt","w+")
ls = ["中国", "法国", "美国"]
fo.writelines(ls)
fo.seek(0)
for line in fo:
    print(line)
fo.close()

实例11: 自动轨迹绘制

"自动轨迹绘制"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

    image

"自动轨迹绘制"实例讲解

基本思路

步骤1:定义数据文件格式(接口)
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
  • 数据接口定义

image

  • 编写程序
#AutoTraceDraw.py
import turtle as t
t.title('自动轨迹绘制')
t.setup(800, 600, 0, 0)
t.pencolor("red")
t.pensize(5)
#数据读取
datals = []
f = open("data.txt")
for line in f:
    line = line.replace("\n","")
    datals.append(list(map(eval, line.split(","))))
f.close()
#自动绘制
for i in range(len(datals)):
    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])
  • 数据文件
#data.txt
300,0,144,1,0,0
300,0,144,0,1,0
300,0,144,0,0,1
300,0,144,1,1,0
300,0,108,0,1,1
184,0,72,1,0,1
184,0,72,0,0,0
184,0,72,0,0,0
184,0,72,0,0,0
184,1,72,1,0,1
184,1,72,0,0,0
184,1,72,0,0,0
184,1,72,0,0,0
184,1,72,0,0,0
184,1,720,0,0,0

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

应用问题的扩展

  • 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

二、一维数据的格式化和处理

  • 数据组织的维度
  • 一维数据的表示
  • 一维数据的存储
  • 一维数据的处理

2.1 数据组织的维度

  • 维度:一组数据的组织形式

image

  • 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

    3.1413, 3.1398, 3.1404, 3.1401, 3.1349, 3.1376
    
    • 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

    image

  • 多维数据

    有一位或二维数据在新维度上扩展形成

    image

  • 高维数据

    仅利用最基本的二元关系展示数据间的复杂结构

    {
    "firstName" : "Tian" ,
    "lastName" : "Song" ,
    "address" : {
        "streetAddr" : "中关村南大街5号" ,
        "city" : "北京市" ,
        "zipcode" : "100081"
    } ,
    "professional" : ["Computer Networking" , "Security"]
    }
    
  • 数据的操作周期

存储 <-> 表示 <-> 操作

image

2.2 一维数据的表示

  • 如果数据间有序:使用列表类型
    ls = [3.1398, 3.1349, 3.1376]
    
    • 列表类型可以表达一维有序数据
    • for循环可以遍历数据,进而对每个数据进行处理
  • 如果数据间无序:使用集合类型
    st = {3.1398, 3.1349, 3.1376}
    
    • 集合类型可以表达一维无序数据
    • for循环可以遍历数据,进而对每个数据进行处理

2.3 一维数据的存储

  • 存储方式一:空格分隔
    中国 美国 日本 德国 法国 英国 意大利
    
    • 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
    中国,美国,日本,德国,法国,英国,意大利
    
    • 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
    中国$美国$日本$德国$法国$英国$意大利
    
    • 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

2.4 一维数据的处理

  • 数据处理

    存储 <-> 表示

    • 将存储的数据读入程序
    • 将程序表示的数据写入文件

    image

  • 一维数据的读入处理

    • 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()
    ls = txt.split()
    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']
    
  • 一维数据的写入处理

    • 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')
    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()
    

三、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

二维数据的表示

使用列表类型

  • 列表类型可以表达二维数据
  • 使用二维列表
  • 使用两层for循环遍历每个元素
  • 外层列表中每个元素可以对应一行,也可以对应一列
    [ [3.1398, 3.1349, 3.1376],[3.1413, 3.1404, 3.1401] ]

image

一二维数据的Python表示

数据维度是数据的组织形式

  • 一维数据:列表和集合类型
[3.1398, 3.1349, 3.1376] 数据间有序
{3.1398, 3.1349, 3.1376} 数据间无序
  • 二维数据:列表类型
[ [3.1398, 3.1349, 3.1376],[3.1413, 3.1404, 3.1401] ]

CSV数据存储格式

CSV: Comma-Separated Values

  • 国际通用的一二维数据存储格式,一般.csv扩展名
  • 每行一个一维数据,采用逗号分隔,无空行
  • Excel软件可读入输出,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

image

二维数据的存储

按行存?按列存?

  • 按行存或者按列存都可以,具体由程序决定
  • 一般索引习惯:ls[row][column],先行后列
  • 根据一般习惯,外层列表每个元素是一行,按行存

二维数据的处理

  • 二维数据的读入处理

    从CSV格式的文件中读入数据

    fo = open(fname)
    ls = []
    for line in fo:
        line = line.replace("\n","")
        ls.append(line.split(","))
    fo.close()
    
  • 二维数据的写入处理

    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 = [[], [], []] #二维列表
    for row in ls:
        for column in row:
            print(ls[row][column])
    

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