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[开发工具]10天学会Python系列-Day2 基础语法

1. Python概述

Python 是一个高层次的结合了解释性、编译性、互动性和面向对象的脚本语言。

可以干什么？
- 数据分析、WEB开发、爬虫、人工智能、科学计算、桌面软件等…
胶水语言
- 可以调用其他语言库, 适合搭框架，不适合构建核心
解释型语言
- 无需编译，边解释边执行，适合数据分析，不适合开发大型项目，运行效率低
语法简洁，代码量小
动态类型语言，代码量小
内存管理：有垃圾回收。代码量小
开源，好处：库丰富，出现问题有社区帮助解决或者遇到过。坏处：库不一定成熟或者经过生产环境测试，bug多
跨平台

2. Python版Hello World

启动vs code
在工作区目录（用于存储编程学习文档的目录）下右键，选择【通过VsCode打开】启动VsCode。
启动后，在左侧文件栏，右键新建文件，输入文件名note.ipynb，双击打开
在右侧的单元格内输入第一行python代码print("hello world!")，点击左侧的三角按钮或按下【CTRL+ENTER】组合键，就会看到输出hello world。首次运行会有点慢，后续速度就很快了。

3. 变量与常量

变量、常量的区别
- 变量：在程序运行过程中，值会发生变化的量。
- 常量：在程序运行过程中，值不会发生变化的量。

3.1. 变量的定义

3.1.1 变量的构成

变量由变量名、变量值和变量类型构成。
需要注意的是python中定义变量时不需要声明类型。这是根据Python的动态语言特性而来。变量可以直接使用，而不需要提前声明类型。

变量名类似于一个代号，指向具体的变量值。
多个变量名可以绑定一个变量值。

a = 'Jack'
b = a
a = 'Tom'
print(b)
print(a)

在这里插入图片描述
请牢记：Python中的一切都是对象，变量是对象的引用！

3.1.2 变量的命名规范

标识符的命名规范：

数字，字母，下划线，并且不可以数字开头
不能使用关键字
区分大小写

3.1.2.1 举例：数字，字母，下划线，并且不可以数字开头

例子1以数字开头，提示语法错误；
例子2、例子3以小写字母、下划线和数字构成，执行语法正确
例子4以大小写字母、下划线和数字构成，和name_2是不一样的变量，因此打印输出不一样。

3.1.2.2 举例：不能使用关键字

输入下列2行代码，可以查看Python的关键字列表，这些都不可以作为变量名使用。

import keyword
keyword.kwlist

在这里插入图片描述

3.1.2.3 举例：区分大小写

变量大写X和小写x是不同的变量

3.1.3 编码规范

变量，函数名称：小写，如果需要分割用下划线
常量：全大写
类名：大驼峰

扩展阅读：Python 编码规范(Google)

3.2 常量

Python中其实没有专门对常量的定义，对于常值一般采用全部大写的字母来定义，例如

PI = 3.14

4. 输入与输出

4.1 输出print

print("hello python")

在这里插入图片描述

4.2 格式化输出

本文均以python3为基础。

三种方式

name = "Joe"
sex = "man"
# 方法一，使用format格式化函数来实现
print("My name is {}, my sex is {}".format(name, sex) ) 
或
print("My name is {0}, my sex is {1}".format(name, sex) ) 
# 方法二：format的简写形式
print(f"My name is {name}, my sex is {sex}")
# 方法三：逗号分隔，这种方式输出格式会凌乱一些，推荐方法二
print(f"My name is “, {name}, "my sex is ", sex)

在这里插入图片描述

4.3 输入input

input的输入参数是提示字符串，返回值为输入的信息：
在这里插入图片描述

4.4. python对象的三板斧

print
print打印对象的内容
type
type输出对象的类型
dir
dir输出对象支持的方法和属性

在这里插入图片描述

5. 注释规则

注释用于描述代码段的功能及使用说明只用。

Python的注释有2种：

井号注释#
#注释常用来给代码行或代码块进行注释说明，常出现在代码上方或末尾

# 单行注释
print("#注释")

三引号注释
三引号注释常用来给函数或类做注释使用，因为涉及到多行。

三引号注释可分为单引号注释额双引号注释

def data_analyze(dat):
	"""
	函数描述：用于数据分析
	参数描述：
		- dat：输入的参数
	"""
	return

def data-analyze2(dat):
	'''
	函数描述：用于数据分析
	参数描述：
		- dat：输入的参数
	'''
	return

以上2个函数的注释功能上是一样的，单引号或双引号其本质上是一个字符串常量。

#注释和三引号注释总体区分就是单行注释归#，多行注释归三引号注释。

6. 基础数据类型

Python中的基础数据类型包括：

数值类型：整数类型，浮点类型，复数类型，布尔类型、空值
字符串
容器类型：列表，元组，字典，集合

6.1. 数值类型

6.1.1 整数类型

常见的整数

a = 101

6.1.1.1 整数有四种进制类型

二进制：定义需要使用0b或者0B作为前缀，每位取值范围0~1
八进制：定义需要使用0o或者0O作为前缀，每位取值范围0~7
十进制：默认定义的是十进制
十六进制：定义需要使用0x或者0X作为前缀，每位取值范围0~9 a/A-f/F

6.1.1.2 进制转换

bin(x):将x转换成二进制，返回值是str
oct(x):将x转换成八进制，返回值是str
int(x):将x转换成十进制，返回值是int,可以将字符串类型的整数转换成int类型
hex(x):将x转换成十六进制,返回值是str

6.1.2 浮点类型

浮点类型是数学中的小数，浮点数在计算机中只能做到近似存储，这是浮点的不确定性。

在这里插入图片描述从图中示例可知，在计算机中1.2+1.4不一定等于2.6，因为计算机中存储数据底层都是二进制存储，在转换过程中存在转换误差，因此避免使用浮点数做等值或不等值运算，如果必须使用，则使用如下函数形式。

import math

def is_float_equal(a, b, precision):
'''
a - 输入比较的浮点数1
b - 输入比较的浮点数2
precision - 可允许的浮点数误差
'''
    return math.fabs(a - b) < precision

result = is_float_equal(f3, 2.6, 1e-3)
print(result)

float数据类型可表示的数据范围：

import sys
print(sys.float_info.max, sys.float_info.min)

在这里插入图片描述
超出浮点数表示范围上限，数据会表示为inf，低于浮点数表示范围下限，则直接表示为0.0

在这里插入图片描述

6.1.3 复数类型

在这里插入图片描述

6.1.4 布尔类型

布尔类型：True 和 False

常见的逻辑表达式
- and 与
  - 两个为真才为真，一个为假则为假
- or 或
  - 一个为真则为真，两个为假则为假
- not 非
  - 非假为真，非真为假

6.1.5 空值类型

None

6.2. 字符串

6.2.1 创建

字符串有三种创建方式：单引号、双引号、三引号

x1 = 'python'
x2 = "python"
x3 = """python"""
x4 = '''python'''
print(f"x1:{x1}, x2:{x2}, x3:{x3}, x4:{x4}")

在这里插入图片描述

其中三引号还有定义格式的能力，举例
字符串定义时，单引号、双引号出现在内容中的用法：
- 使用转义字符\
- 错位使用：内容包含单引号时，使用双引号定义；内容包含双引号时，使用单引号定义

6.3 容器类型

容器类型将在数据结构中描述。

7. 运算符

7.1 算术运算符

+(加)、 -(减)、 *(乘)、 /(除)、//(除法取整)、%(取模)等。
在这里插入图片描述

7.2 比较运算符

>(大于)、 <(小于)、==(等于)、 <=(小于等于), >=(大于等于), !=(不等于)等
在这里插入图片描述

7.3 赋值运算符

=(赋值)、 +=(加法赋值)、-=(减法赋值)、*=(乘法赋值)、/=(除法赋值)、//=(除法取整赋值)、%=(取模赋值)等
在这里插入图片描述

7.4 位运算符

与（&），按位与运算符：参与运算的两个值，如果两个相应位都为1，则该位的结果为1，否则为0

x1 = 0b0001
x2 = 0b0001
x3 = 0b0010

# 与运算&:对应位均为1，则为1；否则为0
x4 = x1 & x2
print(f"x4:{bin(x4)}")

在这里插入图片描述

或（|），按位或运算符：只要对应的两个二进位有一个为1时，结果位就为1

x1 = 0b0001
x2 = 0b0001
x3 = 0b0010

# 或运算|:对应位均为0，则为0；否则为1
x5 = x2 | x3
print(f"x5:{bin(x5)}")

在这里插入图片描述

异或（^）,按位异或运算符：当两对应的二进位相异时，结果为1

x1 = 0b0001
x2 = 0b0001
x3 = 0b0010

# 异或运算^:对应位不同，则为1；否则为0
x6 = x1 ^ x2            # x6 = 0b1 ^ 0b1 = 0
x7 = x2 ^ x3            # x7 = 0b01 ^ 0b10 = 0b11     
print(f"x6:{bin(x6)}, x7:{bin(x7)}")

在这里插入图片描述

取反（~），按位取反运算符：对数据的每个二进制位取反，即把1变为0，把0变为1

x1 = 0b0001

# 异或运算^:对应位不同，则为1；否则为0
x4 = ~x1            # x4 = ~0b1= 0b1111110(补码表示：最高位为1，为负数，负数取反+1) = -0b10
print(f"x4:{bin(x4)}")

在这里插入图片描述

左位移（<<）,运算数的各二进位全部左移若干位，由<<右边的数字指定了移动的位数，高位溢出舍弃,低位补0

x1 = 0b0001

# 异或运算^:对应位不同，则为1；否则为0
x4 = x1<<1           # x4 = 0b1 << 1 = 0b10
print(f"x4:{bin(x4)}")

在这里插入图片描述

右位移（>>）,把‘>>’左边的运算数的各二进制位全部右移若干位，>>右边的数字指定了移动的位数,低位溢出舍弃,高位补

x1 = 0b1110

# 异或运算^:对应位不同，则为1；否则为0
x4 = x1>>1           # x4 = 0b1110 >> 1 = 0b111
print(f"x4:{bin(x4)}")

在这里插入图片描述

7.5 逻辑运算符

and布尔与、or布尔或、not布尔非

and：表达式：x and y，即布尔的“与”，如果 x 或 y 任意一个值为 False，则返回为False的值，否则返回 y 的值。

x1 = 5
x2 = 6
x3 = 7

# x1 > x2 => 5 > 6为False，所以整个表达式为False
x4 = x1 > x2 and x3 > x2        
print(f"x4:{x4}")

# x2 > x1 and x3 > x2    => 6 > 5 and 7 > 6，
# 第一个表达式的值为True，所以返回第二个表达式的值，第二个表达式的值为True
x5 = x2 > x1 and x3 > x2        
print(f"x5:{x5}")

# x2 > x1 and 2    => 6 > 5 and 2，
# 第一个表达式的值为True，所以返回第二个表达式的值，第二个表达式的值为2
x6 = x2 > x1 and 2
print(f"x6:{x6}")

在这里插入图片描述

or：表达式：x or y，即布尔的“或”，如果 x 或 y 任意一个值为 True，则返回为True的值，否则返回 x 的值。

x1 = 5
x2 = 6
x3 = 7

# x2 > x1 or x2 > x3    => 6 > 5 and 6 > 7
# 第一个表达式的值为True，所以返回True
x5 = x2 > x1 or x2 > x3        
print(f"x5:{x5}")

# x1 > x2 or x2 > x3 => 5 > 6 or 6 > 7, 两个表达式均为False，所以整个表达式为False
x4 = x1 > x2 or x2 > x3        
print(f"x4:{x4}")

# x1 > x2 or 0    => 5 > 6 or 0，
# 第一个表达式的值为False，所以返回第二个表达式的值，第二个表达式的值为0
x6 = x1 > x2 or 0   # 非0均为True
print(f"x6:{x6}")   # 注意不是返回False喔

在这里插入图片描述

not：表达式：not x，即布尔的“非”，如果 x 值为 True，则返回为False，否则返回True。

x1 = 5
x2 = 6

x4 = not (x1 > x2)  # note(x1 > x2) => not (5 > 6) => not False => True
print(f"x4:{x4}")

x5 = not (x2 > x1)  # note(x2 > x1) => not (6 > 5) => not True => False
print(f"x5:{x5}")

在这里插入图片描述

7.6 成员运算符

in：判断指定对象是否在序列中找到，是返回True,否返回False
not in：与in相反，判断指定对象是否不在序列中找到，是返回True,否返回False。

x = [1, 2, 4, 5, 8]
x1 = 5
x2 = 6

x3 = x1 in x            # x1 = 5, 是列表x中的元素，所以为真，True
print(f"x3:{x3}")

x4 = x2 not in x        # x2 = 6, 不是列表x中的元素，为假，not假，所以为真，True
print(f"x4:{x4}")

在这里插入图片描述

7.7 身份运算符

is：判断指定对象是否引用自同一对象，即是否具有相同的id地址，是返回True,否返回False。
is not：与is相反，判断指定对象是否引用自不同的对象，即是否具有不同的id地址，是返回True,否返回False。

备注：其实is或is not 与 == 或 != 类似，区别在于：is或is not判断的是指定对象id地址是否相等，而== 或 !=判断的是指定对象的值是否相等。

8. 控制语句

流程控制有三种结构：顺序结构、分支结构、循环结构。

顺序结构：按部就班执行
分支结构：根据条件不同执行
循环结构：重复执行

8.1 分支语句（条件语句）

两种分支结构：

二分支

if condition1:
	statement1
else:
	statement2

举例：

score = 85

if score >= 60.0:
    print("你的成绩：及格")
else:
    print("你的成绩：不及格")

在这里插入图片描述 简写：三元运算符

 exp1 if condition else exp2

对应

if condition:
	exp1
else:
	exp2

举例：

# 求最大值
x1 = 50
x2 = 30

max_num = x1 if x1>x2 else x2
max_num

在这里插入图片描述

多分支

if condition1:
    statement1
elif condition2:
    statement2
...
else:
    statement3

举例：

score = 85

if score >= 90.0:
    print("你的绩效为：A")
elif score >= 80.0:
    print("你的绩效为：B+")
elif score >= 60.0:
    print("你的绩效为：B")
else:
    print("你的绩效为：C")

在这里插入图片描述 注：python3.10以下版本不支持switch-case语句。

8.2 循环语句

两种循环语句：while和for循环

8.2.1 while循环

适用场景
不清楚循环的具体次数，或者当条件一直为真的时候一般用while

while循环典型结构

while cycle_condition:			
    statement
    condition_change_statement

while表达式以冒号作为行的结束
while循环体代码块缩进4个字节

举例：

# 以神经网络模型的训练迭代次数举例
MAX_EPOCHS_COUNT = 10

epoch = 0
while epoch < MAX_EPOCHS_COUNT:
    print(f"train times {epoch}")
    epoch += 1

print("train finish!")

在这里插入图片描述

while的特殊用法
while…else…语句，在while退出时执行

while cycle_condition:			
    statement
    condition_change_statement
else:
    exit_statement

举例：

# 以神经网络模型的训练迭代次数举例
MAX_EPOCHS_COUNT = 10

epoch = 0
while epoch < MAX_EPOCHS_COUNT:
    print(f"train times {epoch}")
    epoch += 1
else:
    print("train finish!")

在这里插入图片描述

8.2.2 for循环

使用场景：遍历序列中的元素或已知循环次数

典型结构for … in …

for item in sets:
    statement

举例：

x = [-1, 4, 6, 7, 9, -10, -13]

for i in x:
    print(i)

在这里插入图片描述

range可迭代对象
range(start,end,step):返回的是一个可迭代对象
- start：表示开始，包含，默认是0
- end:表示结束，不包含
- step：表示步长，默认是1
可迭代对象的优势是占用内存少，边使用边分配内存，不会一下子全部分配内存，在数据集较大时会特别便于使用。
- enumerate()索引序列
  函数用于将一个可遍历的数据对象(如列表、元组或字符串)组合为一个索引序列，同时列出数据和数据下标，一般用在 for 循环当中。

适用场景：在需要提取数据结构对象索引的时候非常有用。
在这里插入图片描述

8.2.3 break与continue:循环的跳出和继续执行

break
退出循环，使用场合：在某些条件满足后跳出循环

# 以神经网络模型的训练迭代次数举例
MAX_EPOCHS_COUNT = 10

epoch = 0
while True:
    if (epoch >= MAX_EPOCHS_COUNT):
        break							# 执行后，从此处跳出循环

    print(f"train times {epoch}")
    epoch += 1

continue
跳过循环体后面的语句，直接开始下一回循环

# 求列表中大于0的数值的和
x = [-1, 4, 6, 7, 9, -10, -13]
sum = 0

for item in x:
    if item < 0:
        continue		# 执行continue后，本次循环，后面的代码块不再执行
    
    sum += item

print(f"sum: {sum}")