【编程小白的第一本python入门书】 --学习笔记

前言

一直都想学Python，之前粗略看过【Python学习手册(第4版)】，现在基本忘光了（毕竟没怎么用它来写代码）。重新翻开这本书时感觉有些老了，于是随便找了本先看着，快要读完时发现了宝藏——【Python语言程序设计】（据说是斯坦福大学的教材），等这本书看完后再拿那本书巩固、补充好了。

初识变量

变量

用法：变量 = 赋值内容

answer = 42

print()

用法：print(内容)

print(answer)
print('hello world!')

文件的写入方法

file = open('D:/PythonCode/file.txt', 'w')
file.write('hello world')

字符串

用法

可用单引号、双引号或三个引号（连接换行的文本）来表示

连接

what_he_does = ' plays '
his_instrument = 'guitar'
his_name = 'Robert Johnson'
artist_intro = his_name + what_he_does + his_instrument

print(artist_intro)

类型转换

num = 1
string = '1'
num2 = int(string)

print(num + num2)

乘法

words = 'words' * 3
print(words)

word = 'a loooooong word'
num = 12;
string = 'bang!'
total = string * (len(word) - num)
print(total)

分片与索引

[x:y] --> [x,y)

[x:] --> [x,len]

[:x] --> [0, x)

正向索引：从前往后字符下标依次为0、1、…、len-1

反向索引：从后往前字符下标依次为-1、-2、…、-len

字符串的方法

search = '168'
num_a = '1386-168-0006'
num_b = '1681-222-0006'

print(search + ' is at ' + str(num_a.find(search)) + ' to ' + str(num_a.find(search) + len(search)) + ' of num_a')
print(search + ' is at ' + str(num_b.find(search)) + ' to ' + str(num_b.find(search) + len(search)) + ' of num_b')

字符串格式化符

print('{} a word she can get what she {} for.'.format('With', 'came'))
print('{preposition} a word she can get what she {verb} for'.format(preposition = 'With', verb = 'came'))
print('{0} a word she can get what she {1} for.'.format('With', 'came'))

函数

内建函数

“自带”的函数，可参考：https://docs.python.org/3/library/functions.html。

自定义函数

1. 定义

   def function(arg1, arg2):    # 不要漏掉冒号
       return 'Something'

2. 举例（摄氏度转化为华氏度）

   def fahrenheit_converter(C):
       fahrenheit = C * 9 / 5 + 32
       return str(fahrenheit) + '°F'

传递参数与参数类型

1. 位置参数：将数值传到对应位置上，如function(1, 2)。
2. 关键词参数：通过在参数列表里填写对应变量名 = 数值，如function(arg1 = 1, arg2 = 2)。
3. 注意：通过关键词参数传参时位置可不用对应；通过位置参数传参时位置需对应。

简单函数设计

1. 在桌面写入的文件名称和内容的函数

   def text_create(name, msg):
       desktop_path = 'C://Users/a/Desktop/'
       full_path = desktop_path + name + '.txt' # 文件路径
       file = open(full_path, 'w')  # 'w'代表写入模式，如果没有就在该路径创建一个有该名称文本，有则追加覆盖文本内容
       file.write(msg)  # 写入传入的参数msg，即内容
       file.close() # 关闭文本
       print('Done')
   
   text_create('hello', 'hello world')

2. 敏感词替换器

   def text_filter(word, censored_word = 'lame', changed_word = 'Awesome'):
       return word.replace(censored_word, changed_word)
   print(text_filter('Python is lame!'))

3. 在桌面上创建一个文本可以在其中输入文字，如果信息中有敏感词将默认过滤后写入文件。

   def text_create(name, msg):
       desktop_path = 'C://Users/a/Desktop/'
       full_path = desktop_path + name + '.txt'
       file = open(full_path, 'w')
       file.write(msg)
       file.close()
       print('Done')
   
   def text_filter(word, censored_word = 'lame', changed_word = 'Awesome'):
       return word.replace(censored_word, changed_word)
   
   def censored_text_create(name, msg):
       clean_msg = text_filter(msg)
       text_create(name, clean_msg)
   
   censored_text_create('try', 'lame!lame!lame!')

判断

逻辑控制

1. 逻辑判断：True、False

2. 比较运算：>、<、>=、<=、==、!=

3. 成员运算符与身份运算符

   • in：表示归属关系的布尔运算符。

     判断一个元素是否在列表/字典中/元组/集合…中。

   • is：表示身份鉴别的布尔运算符。

     与==的区别：is比较的是地址，==比较的是内容。

4. 布尔运算符：not、and、or

条件控制

1. 格式

   if condition:
       do something
   else:
       do something

2. 举例

   def account_login():
       password = input('Passowrd:')
       if password == '12345':
           print('Login success!')
       else:
           print('Wrong password or invalid input!')
           account_login()
   
   account_login()

3. else if的写法

   if condition:
       do something
   elif condition:
       do something
   else:
       do somehing

4. 练习

   password_list = ['*#*#', '12345']
   
   def account_login():
       password = input('Passowrd:')
       password_correct = password == password_list[-1]
       password_reset = password == password_list[0]
       if password_correct:
           print('Login success!')
       elif password_reset:
           new_password = input('Enter a new password:')
           password_list.append(new_password)
           print('Your password has changed successfully!')
           account_login()
       else:
           print('Wrong password or invalid input!')
           account_login()
   
   account_login()

循环

for循环

1. 格式：

   for item in iterable:
       do something

2. 例子：

   for every_letter in 'Hello world':
       print(every_letter)

   for num in range(1, 11):
       print(str(num) + ' + 1 =', num + 1)

   songslist = ['Holy Diver', 'Thunderstruck', 'Rebel Rebel']
   
   for song in songslist:
       if song == 'Holy Diver':
           print(song, '- Dio')
       elif song == 'Thunderstruck':
           print(song, '- AC/DC')
       elif song == 'Rebel Rebel':
           print(song, '- David Bowie')

嵌套循环

1. 格式：

   for item1 in iterable1:
       for item2 in iterable2:
           do something

2. 例子：

   for i in range(1, 10):
       for j in range(1, 10):
           print('{} X {} = {}'.format(i, j, i * j))

while循环

1. 格式：

   while condition:
       do something

2. 举例：

   count = 0
   while True:
       print('Repeat this line !')
       count = count + 1
       if count == 5:
           break

3. 上面的登陆函数增加新功能：输入密码错误超过3次就禁止再次输入密码

   password_list = ['*#*#', '12345']
   
   def account_login():
       tries = 3;
       while tries > 0:
           password = input('Passowrd:')
           password_correct = password == password_list[-1]
           password_reset = password == password_list[0]
   
           if password_correct:
               print('Login success!')
           elif password_reset:
               new_password = input('Enter a new password:')
               password_list.append(new_password)
               print('Your password has changed successfully!')
               account_login()
           else:
               print('Wrong password or invalid input!')
               tries = tries - 1
               print(tries, 'times left')
       else:
           print('Your account has been suspended')
   
   account_login()

练习题

1. 设计一个函数，在桌面上创建10个文本，以数字给它们命名。

   def create_files():
       desktop_path = 'C://Users/a/Desktop/'
       for i in range(1, 11):
           full_path = desktop_path + str(i) + '.txt'
           file = open(full_path, 'w')
           file.close()

2. 设计一个复利计算函数invest()，它包含三个参数amount、rate、time。输入每个参数后调用函数，应该返回每一年的资金总额。

   def invest(amount, rate, time):
       for i in range(1, time + 1):
           amount = amount * (1 + rate)
           print('year {}: ${}'.format(i, amount))

3. 打印1~100内的偶数

   for i in range(1, 101):
       if i & 1 == 0:
           print(i)

综合练习

1. 设计一个猜大小的小游戏

   import random
   
   def roll_dice(numbers = 3, points = None):
       print("<<<<< ROLE THE DICE! >>>>>")
       if points is None:
           points = []
       while numbers > 0:
           point = random.randrange(1, 7)
           points.append(point)
           numbers = numbers - 1
       return points
   
   def roll_result(total):
       isBig = 11 <= total <= 18
       isSmall = 3 <= total <= 10
       if(isBig):
           return 'Big'
       elif(isSmall):
           return 'Small'
   
   def start_game():
       print("<<<<< GAME STARTS! >>>>>")
       choice = ['Big', 'Small']
       your_choice = input('Big or Small: ')
       if your_choice in choice:
           points = roll_dice()
           total = sum(points)
           youWin = your_choice == roll_result(total)
           if youWin:
               print('The points are', points, 'You win !')
           else:
               print('The points are', points, 'You lose !')
       else:
           print('Invalid Words')
           start_game()
   
   start_game()

2. 在猜大小基础上增加如下功能：

   (1). 初始金额为1000元；

   (2). 金额为0时游戏结束；

   (3). 默认赔率为1倍，押对了能得到相应金额，押错了会输掉相应金额。

   import random
   
   def roll_dice(numbers = 3, points = None):
       print("<<<<< ROLE THE DICE! >>>>>")
       if points is None:
           points = []
       while numbers > 0:
           point = random.randrange(1, 7)
           points.append(point)
           numbers = numbers - 1
       return points
   
   def roll_result(total):
       isBig = 11 <= total <= 18
       isSmall = 3 <= total <= 10
       if(isBig):
           return 'Big'
       elif(isSmall):
           return 'Small'
   
   def start_game():
   
       money = 1000
       while money > 0:
   
           print("<<<<< GAME STARTS! >>>>>")
           choice = ['Big', 'Small']
           your_choice = input('Big or Small: ')
           rate = int(input('How much you wanna bet ? -'))
   
           if rate > money or rate < 0:
               print('Invalid Money')
           else:
               if your_choice in choice:
                   points = roll_dice()
                   total = sum(points)
                   youWin = your_choice == roll_result(total)
                   if youWin:
                       print('The points are', points, 'You win !')
                       money += rate
                       print('You gained {}, You have {} now'.format(rate, money))
                   else:
                       print('The points are', points, 'You lose !')
                       money -= rate
                       print('You lost {}, you have {} now'.format(rate, money))
               else:
                   print('Invalid Words')
       else:
           print('GAME OVER')
   
   start_game()

3. 设计一个检验号码真实性的函数，检验规则如下：

   (1). 号码长度为11位；

   (2). 是移动、联通、电信号段中的一个电话号码（移动、联通、电信号段如下）；

   CN_mobile = [134,135,136,137,138,139,150,151,152,157,158,159,182,183,184,187,188,188,147,178,1705]
   CN_union = [130,131,132,155,156,185,186,145,176,1709]
   CN_telecom = [133,153,180,181,189,177,1700]

   (3). 输入的号码外的其他字符可以忽略。

   def Phone_check():
   
       while True:
   
           CN_mobile = [134,135,136,137,138,139,150,151,152,157,158,159,182,183,184,187,188,147,178,1705]
           CN_union = [130,131,132,155,156,185,186,145,176,1709]
           CN_telecom = [133,153,180,181,189,177,1700]
   
           number_str = input('Input your number:')
           number = 0
           for i in range(len(number_str)):
               if number_str[i] >= '0' and number_str[i] <= '9':
                   number = number * 10 + int(number_str[i])
   
           first_three = int(str(number)[0:3])
           first_four = int(str(number)[0:4])
           if len(str(number)) == 11:
               if first_three in CN_mobile or first_four in CN_mobile:
                   print('Operater : China Mobile')
                   print('We\'re sending verification code via text to your phone:', number)
                   break
               if first_three in CN_union or first_four in CN_union:
                   print('Operater : China Union')
                   print('We\'re sending verification code via text to your phone:', number)
                   break
               if first_three in CN_telecom or first_four in CN_telecom:
                   print('Operater : China Telecom')
                   print('We\'re sending verification code via text to your phone:', number)
                   break
               else:
                   print('No such a operater')
           else:
               print('Invalid length, your number should be in 11 digits')
   
   Phone_check()

数据结构

列表

1. 特征：

   (1). 表中的每个元素都是可变的；

   (2). 表中的元素都是有序的，都有自己的位置；

   (3). 列表可以容纳Python中的任何对象。

2. 定义

   fruit = ['poneapple', 'pear']

3. 添加元素

   插入的位置是实际指定位置之前的位置，如指定插入的位置在列表中不存在（实际上超出了指定列表长度）则元素会被放到列表的最后位置。

   fruit.insert(1, 'grape')
   fruit[0:0] = ['orange']

4. 删除元素

   可以直接remove

   fruit.remove('pear')

   可以直接替换

   fruit[0] = 'apple'

   使用del关键字来声明

   del fruit[0:2]

5. 查找元素

   输入对应位置就返回对应位置上的值

   periodic_table = ['H','He','Li','Be','B','C','N','O','F','Ne']
   
   print(periodic_table[0])
   print(periodic_table[-2])
   print(periodic_table[0:3])
   print(periodic_table[-10:-7])
   print(periodic_table[-10:])
   print(periodic_table[:9])

字典

1. 特征

   (1). 字典中数据必须是以键值对的形式出现的；

   (2). 逻辑上讲，键(key)是不能重复的，值(value)可以重复；

   (3). 字典中，键是不可变的，而值是可以变的，可以是任何对象。

2. 定义

   Dic = {key:value}

   Dic = {
       'A':'a',
       'B':'b',
       'C':'c'
   }

3. 添加元素

   添加单一元素

   Dic[key] = value

   Dic['D'] = 'd'

   添加多个元素

   Dic.update({key1:value1, key2:value2})

   Dic.update({'E':'e', 'F':'f'})

4. 删除

   使用del方法

   del Dic[key]

   del Dic['A']

5. 索引

   输入对应key就返回对应value

元组

可以理解为一个稳固版的列表，因为元组不可修改。但元组可以被查看索引。

letters = ('a','b','c','d','e','f','g')
print(letters[0])

集合

1. 特性：集合中的元素是无序的、不重复的任意对象，可以通过集合去判断数据从属关系、把数据结构中重复的元素减掉。

2. 集合不能被切片也不能被索引，除了做集合运算外，集合元素还可以被添加和删除。

   (1). 集合运算

   a = set('abracadabra')
   b = set('alacazam')
   print(a)
   print(b)
   print(a - b)    # a中包含但b中不包含的元素
   print(a | b)    # 集合a或b中包含的元素
   print(a & b)    # 集合a和b中都包含的元素
   print(a ^ b)    # 不同时包含于a和b的元素

   (2). 添加和删除

   a_set = {2,1,1,3,4}
   print(a_set)
   a_set.add(5)
   print(a_set)
   a_set.discard(5)
   print(a_set)

数据结构的一些技巧

1. 结合函数使用

   num_list = [6, 2, 7, 4, 1, 3, 5]
   print(sorted(num_list))
   print(sorted(num_list, reverse = True))

2. 推导式（列表的解析式）

   (1). 格式

   list = [item for item in iterable]
   Dic = {key:value for item in iterable}

   a = [i**2 for i in range(1, 10)]
   b = [j + 1 for j in range(1, 10)]
   c = [k for k in range(1, 10) if k % 2 == 0]
   d = [l.lower() for l in 'ABCDEFGHIJKLMN']
   e = {i:i+1 for i in range(4)}
   f = {i:j for i, j in zip(range(1,6), 'abcde')}
   g = {i:j.upper() for i, j in zip(range(1,6), 'abcde')}

   (2). 将10个元素装进列表中的普通写法VS列表解析式的方法

   a = []
   for i in range(1, 11):
       a.append(i)
   print(a)

   b = [i for i in range(1, 11)]
   print(b)

   (3). 循环列表时获取元素的索引 普通写法 VS 用enumerate函数

   letters = ['a','b','c','d','e','f','g']
   
   i = 0
   for elem in letters:
       print(i, letters[i])
       i += 1

   for i, elem in enumerate(letters):
       print(i, elem)

综合项目

做一个词频统计项目

1. 分割单词的方法：

   lyrics = 'The night begin to shine, the night begin to shine'
   words = lyrics.split()
   print(words)

2. 词频统计初步实现（有bug）：

   path = 'D://PythonCode/Walden2.txt'
   with open(path, 'r') as text:
       words = text.read().split()
       print(words)
       for word in words:
           print('{}-{} times'.format(word, words.count(word)))

3. 上面代码的问题：

   (1). 带标点的单词被单独统计了；

   (2). 有些单词次数出现了多次；

   (3). 开头大写的被单独统计了。

4. 解决方法：

   (1). 用strip函数移去单词里的标点符号；

   (2). 用lower将字符统一转换为小写；

   (3). 用set去重，用字典将每个单词出现的次数与单词对应起来。

   (4). 最后加序是为了让单词按照出现频率从大到小的顺序依次输出。

5. 最终代码：

   import string
   
   path = 'D://PythonCode/Walden2.txt'
   with open(path, 'r') as text:
       words = [raw_word.strip(string.punctuation).lower() for raw_word in text.read().split()]
       words_index = set(words)
       counts_dict = {index : words.count(index) for index in words_index}
   
   for word in sorted(counts_dict, key = lambda  x : counts_dict[x], reverse = True):
       print('{} -- {} times'.format(word, counts_dict[word]))

类

定义

类是有一系列有共同特征和行为事物的抽象概念的总和。

在类里赋值的变量就是类的变量，类的变量有一个专有的术语，我们称之为类的属性。

class CocaCola:
    formula = ['affeine', 'suger', 'water', 'soda']

实例化

在左边创建一个变量，右边写上类的名称，这种像赋值的行为，我们称之为类的实例化；被实例化后的对象，我们称之为实例，或者说是类的实例。

cola_for_me = CocaCola()
cola_for_you = CocaCola()

类属性的引用

在类后面输入.，IDE就会自动联想出我们之前在定义类的时候写在里面的属性，而这就是类属性的引用。

由于类的属性会被所有类的实例共享，所以在类的实例后面再加上.，索引用的属性值是完全一样的。

print(CocaCola.formula)
print(cola_for_me.formula)
print(cola_for_you.formula)

实例属性

创建类之后，通过object.new_attr的形式进行一个赋值，于是我们就得到了一个新的实例的变量，实例的变量就是实例变量，而实例变量有一个专有的术语，我们称之为实例属性。

cola_for_China = CocaCola()
cola_for_China.local_logo = '可口可乐'

print(cola_for_China.local_logo)

实例方法

方法就是函数，方法是供实例使用的，因此我们还可以称之为实例方法。

class CocaCola:
    formula = ['affeine', 'suger', 'water', 'soda']
    def drink(self):
        print('Energy!')

cola = CocaCola()
cola.drink()

更多参数

和函数一样，类的方法也能有属于自己的参数。

class CocaCola:
    formula = ['affeine', 'suger', 'water', 'soda']
    def drink(self, how_much):

        if how_much == 'a sip':
            print('Cool~')
        elif how_much == 'whole bottle':
            print('Headache!')

ice_cola = CocaCola()
ice_cola.drink('a sip')

“魔术方法”

__init__()：如果在类中定义了它，在创建实例时它就自动帮你处理很多事情——如增加实例属性。

class CocaCola:
    formula = ['affeine', 'suger', 'water', 'soda']
    def __init__(self):
        self.local_logo = '可口可乐'

    def drink(self):
        print('Energy!')


cola = CocaCola()
print(cola.local_logo)

class CocaCola:
    formula = ['affeine', 'suger', 'water', 'soda']
    def __init__(self):
        for element in self.formula:
            print('Cola has {}!'.format(element))

    def drink(self):
        print('Energy!')

cola = CocaCola()

除了必写的self参数之外，__init__()同样可以有自己的参数，同时不需要obj.__init__()的方式来调用（因为是自动执行），而是在实例化的时候往类后面的括号中放进参数，相应的所有参数都会传递到这个特殊的__init__()方法中，和函数的参数的用法完全相同。

self.local_logo = logo_name中，左边是变量作为类的属性，右边是传入的参数作为变量。

class CocaCola:
    formula = ['affeine', 'suger', 'water', 'soda']
    def __init__(self, logo_name):
        self.local_logo = logo_name

    def drink(self):
        print('Energy!')

cola = CocaCola('可口可乐')
print(cola.local_logo)

类的继承

1. 父类

   class CocaCola:
       calories = 140
       sodium = 45
       total_carb = 39
       caffeine = 34
       ingredients = [
           'High Fructose Corn Syrup',
           'Carbonated Water',
           'Phosphoric Acid',
           'Natural Flavors',
           'Caramel Color',
           'Caffeine'
       ]
   
       def __init__(self, logo_name):
           self.local_logo = logo_name
   
       def drink(self):
           print('You got {} cal energy!'.format(self.calories))

2. 子类：父类中的变量和方法可以完全被子类继承，但如需有特殊的改动也可以进行覆盖。

   class CaffeineFree(CocaCola):
       caffeine = 0
       ingredients = [
   
           'High Fructose Corn Syrup',
           'Carbonated Water',
           'Phosphoric Acid',
           'Natural Flavors',
           'Caramel Color'
       ]
   
   
   cola_a = CaffeineFree('CocaCola-FREE')
   cola_a.drink()

类属性与实例属性

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1. Q1：类属性如果被重新赋值，是否会影响到类属性的引用？

2. Q2：实例属性如果被重新赋值，是否会影响到类属性？

3. Q3：类属性实例属性具有相同的名称，那么.后面引用的将会是什么？

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1. A1：会。

   class TestA:
       attr = 1
   
   obj_a = TestA()
   TestA.attr = 42
   print(obj_a.attr)    #42

2. A2：不会。

   class TestA:
       attr = 1
   
   obj_a = TestA()
   obj_b = TestA()
   obj_a.attr = 42
   print(obj_b.attr)    # 1

3. A3：实例属性。

   class TestA:
       attr = 1
       def __init__(self):
           self.attr = 42
   
   obj_a = TestA()
   print(obj_a.attr)    # 42

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解释：__dict__是一个类的特殊属性，它是一个字典，用于存储类或者实例的属性，即使你不去定义它，它也会存在于每一个类中，是默认隐藏的。

让我们在上面代码中添加新的一行，结合代码理解一下：

class TestA:
    attr = 1
    def __init__(self):
        self.attr = 42

obj_a = TestA()
print(TestA.attr)   # 1
print(obj_a.attr)   # 42

Python中属性的引用机制是自内而外的，放你创建了一个实例之后，准备开始引用属性，这时候编译器会首先搜索该实例是否拥有该属性，如果有，则引用；如果没有，将搜索这个实例所属的类是否有这个属性，如果有，则引用，没有就报错。