一、python入门

1.1 简介

python是一种通用编程语言，在科学计算和机器学习领域有广泛的应用。

1.2 变量、运算符与数据类型

1.2.1 注释

``#这是一行注释``

''' '''或者""" """表示区间注释，在三引号之间的所有内容都被注释

``````"""

"""``````

1.2.2 运算符

``````print(1 + 1)  # 2
print(2 - 1)  # 1
print(3 * 4)  # 12
print(3 / 4)  # 0.75
print(3 // 4)  # 0
print(3 % 4)  # 3
print(2 ** 3)  # 8``````

比较运算符：

``````print(2 > 1)  # True
print(2 >= 4)  # False
print(1 < 2)  # True
print(5 <= 2)  # False
print(3 == 4)  # False
print(3 != 5)  # True``````

逻辑运算符

``````print((3 > 2) and (3 < 5))  # True
print((1 > 3) or (9 < 2))  # False
print(not (2 > 1))  # False``````

位运算符

``````print(bin(4))  # 0b100
print(bin(5))  # 0b101
print(bin(~4), ~4)  # -0b101 -5
print(bin(4 & 5), 4 & 5)  # 0b100 4
print(bin(4 | 5), 4 | 5)  # 0b101 5
print(bin(4 ^ 5), 4 ^ 5)  # 0b1 1
print(bin(4 << 2), 4 << 2)  # 0b10000 16
print(bin(4 >> 2), 4 >> 2)  # 0b1 1``````

三元运算符

``````# 没有三元运算符这样写
x, y = 4, 5
if x < y:
small = x
else:
small = y
print(small)  # 4``````
``````# 有三元运算符这样写
x, y = 4, 5
small = x if x < y else y
print(small)  # 4``````

其他运算符

``````letters = ['A', 'B', 'C']
if 'A' in letters:
print('A' + ' exists')
if 'h' not in letters:
print('h' + ' not exists')

# A exists
# h not exists``````
``````a = "hello"
b = "hello"
print(a is b, a == b)  # True True
print(a is not b, a != b)  # False False

a = ["hello"]
b = ["hello"]
print(a is b, a == b)  # False True
print(a is not b, a != b)  # True False``````

• is，is not 对比的是两个变量的内存地址；
• ==，！=对比的是两个变量的值；
• 比较两个变量，指向的地址是不可变的类型（str等），那么is，is not和==，！=是完全等价的
• 比较两个变量，指向的地址是可变的类型（list、dict、tuple等），两者是有区别的。

``````print(-3 ** 2)  # -9
print(3 ** -2)  # 0.1111111111111111
print(1 << 3 + 2 & 7)  # 0
print(-3 * 2 + 5 / -2 - 4)  # -12.5
print(3 < 4 and 4 < 5)  # True``````

1.3 变量和赋值

• 在使用变量之前，需要对其进行复制
• 变量名可以包含字母数字下划线、但不能以数字开头
• 区分大小写

1.4 数据类型与转换

``````# 通过print()可以查看a的值和类型
a = 1031
print(a, type(a))
# 1031 <class 'int'>``````
``````# 将一个整数转换为二进制并返回其长度
a = 1031
print(bin(a))
print(a.bit_length())``````

``````print(1, type(1))
# 1 <class 'int'>

print(1., type(1.))
# 1.0 <class 'float'>

a = 0.00000023
b = 2.3e-7
print(a)  # 2.3e-07
print(b)  # 2.3e-07``````

``````import decimal
from decimal import Decimal

a = decimal.getcontext()
print(a)

# Context(prec=28, rounding=ROUND_HALF_EVEN, Emin=-999999, Emax=999999,
# capitals=1, clamp=0, flags=[],
# traps=[InvalidOperation, DivisionByZero, Overflow])

b = Decimal(1) / Decimal(3)
print(b)
# 0.3333333333333333333333333333

#使1/3保留四位，使用getcontext().prec来调整精度
decimal.getcontext().prec = 4
c = Decimal(1) / Decimal(3)
print(c)

# 0.3333``````

``````print(True + True) #2
print(True + False) #1
print(False + False) #0``````

• 基本类型：整型、浮点型、布尔型
• 容器类型：字符串、元组、列表、字典和集合
``````# bool作用于基本变量类型：x只要不是整型0、浮点型0.0，bool(x)就是true，其余都是false
print(type(0), bool(0), bool(1))
# <class 'int'> False True

print(type(10.31), bool(0.00), bool(10.31))
# <class 'float'> False True

print(type(True), bool(False), bool(True))
# <class 'bool'> False True``````
``````# bool作用于容器类型变量：x只要不是空的变量，bool(x)就是true，其余就是false
print(type(''), bool(''), bool('python'))
# <class 'str'> False True

print(type(()), bool(()), bool((10,)))
# <class 'tuple'> False True

print(type([]), bool([]), bool([1, 2]))
# <class 'list'> False True

print(type({}), bool({}), bool({'a': 1, 'b': 2}))
# <class 'dict'> False True

print(type(set()), bool(set()), bool({1, 2}))
# <class 'set'> False True``````

type(object)

``````print(isinstance(1, int))  # True
print(isinstance(5.2, float))  # True
print(isinstance(True, bool))  # True
print(isinstance('5.2', str))  # True``````

• 转换为整型 int(x, base=10)
• 转换为字符型str(object=' ')
• 转换为浮点型float(x)
``````print(int('520'))  # 520
print(int(520.52))  # 520
print(float('520.52'))  # 520.52
print(float(520))  # 520.0
print(str(10 + 10))  # 20
print(str(10.1 + 5.2))  # 15.3``````

1.5 print()函数

``print(*objects, sep=' ', end='\n', file=sys.stdout, flush=False)``
• 将对象以字符串表示的方式格式化输出到流文件file里，其中所有非关键字参数都按照str()方式进行转换为字符串输出；
• 关键字参数sep是实现分隔符，比如多个参数输出时想要输出中间的分割字符；
• 关键字参数end是输出结束时的字符，默认是换行符\n；
• 关键字参数file是定义流输出的文件，可以说标准的系统输出sys.stdout，也可以重定义为别的文件；
• 关键字参数flush是立即把内容输出到流文件，不做缓存。
``````# 没有参数时，每次输出后都会换行。
shoplist = ['apple', 'mango', 'carrot', 'banana']
print("This is printed without 'end' and 'step'.")
for item in shoplist:
print(item)

# This is printed without 'end'and 'sep'.
# apple
# mango
# carrot
# banana``````
``````# 每次输出都用end设置的参数&结尾，并没有默认换行
shoplist = ['apple', 'mango', 'carrot', 'banana']
print("This is printed with 'end='&''.")
for item in shoplist:
print(item, end='&')
print('hello world')

# This is printed with 'end='&''.
# apple&mango&carrot&banana&hello world``````
``````# 将seq设置为&
shoplist = ['apple', 'mango', 'carrot', 'banana']
print("This is printed with 'sep='&''.")
for item in shoplist:
print(item, 'another string', sep='&')

# This is printed with 'sep='&''.
# apple&another string
# mango&another string
# carrot&another string
# banana&another string``````

2. 位运算

2.1 原码、反码和补码

00 00 00 11 -> 3

10 00 00 11 -> -3

00 00 00 11 -> 3

11 11 11 00 -> -3

00 00 00 11 -> 3

11 11 11 01 -> -3

2.2 按位运算

• 按位非操作 ~
• 按位与操作 &
• 按位或操作 |
• 按位异或操作(不同为1) ^
• 按位左移操作<< (num<<i 将num的二进制向左移动i位所得的值)
• 按位右移操作>> (num>>i 将num的二进制向右移动i位所得的值)

2.3 利用位运算实现快速计算

使用^快速交换两个整数。

通过a&(-a)快速获取a的最后一位为1的整数

2.4 利用位运算实现整数集合

集合之间的操作：

注意：整数在内存中是以补码的形式存在的，输出自然也是按照补码输出。

3 条件语句

3.1 if 语句

``````if 2 > 1 and not 2 > 3:
print('Correct Judgement!')

# Correct Judgement!``````

3.2 if - else 语句

``````temp = input("猜一猜小姐姐想的是哪个数字？")
guess = int(temp) # input 函数将接收的任何数据类型都默认为 str。
if guess == 666:
print("你太了解小姐姐的心思了！")
print("哼，猜对也没有奖励！")
else:
print("猜错了，小姐姐现在心里想的是666！")
print("游戏结束，不玩儿啦！")``````
``````# Python 使用缩进而不是大括号来标记代码块边界，因此要特别注意else的悬挂问题。
hi = 6
if hi > 2:
if hi > 7:
print('好棒!好棒!')
else:
print('切~')

# 无输出``````

3.3 if - elif - else

``````temp = input('请输入成绩:')
source = int(temp)
if 100 >= source >= 90:
print('A')
elif 90 > source >= 80:
print('B')
elif 80 > source >= 60:
print('C')
elif 60 > source >= 0:
print('D')
else:
print('输入错误！')``````

3.4 assert 关键词

assert这个关键词我们称之为“断言”，当这个关键词后边的条件为 False 时，程序自动崩溃并抛出AssertionError的异常。

``````my_list = ['lsgogroup']
my_list.pop(0)
assert len(my_list) > 0

# AssertionError``````
``````# 在进行单元测试时，可以用来在程序中置入检查点，只有条件为 True 才能让程序正常工作。
assert 3 > 7

# AssertionError``````

4. 循环语句

4.1 while 循环

``````count = 0
while count < 3:
temp = input("猜一猜小姐姐想的是哪个数字？")
guess = int(temp)
if guess > 8:
print("大了，大了")
else:
if guess == 8:
print("你太了解小姐姐的心思了！")
print("哼，猜对也没有奖励！")
count = 3
else:
print("小了，小了")
count = count + 1
print("游戏结束，不玩儿啦！")``````

4.2 while - else 循环

``````count = 0
while count < 5:
print("%d is  less than 5" % count)
count = count + 1
else:
print("%d is not less than 5" % count)

# 0 is  less than 5
# 1 is  less than 5
# 2 is  less than 5
# 3 is  less than 5
# 4 is  less than 5
# 5 is not less than 5``````

4.3 for 循环

``````for i in 'ILoveLSGO':
print(i, end=' ')  # 不换行输出

# I L o v e L S G O``````
``````member = ['张三', '李四', '刘德华', '刘六', '周润发']
for each in member:
print(each)

# 张三
# 李四
# 刘德华
# 刘六
# 周润发

for i in range(len(member)):
print(member[i])

# 张三
# 李四
# 刘德华
# 刘六
# 周润发``````
``````dic = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}

for key, value in dic.items():
print(key, value, sep=':', end=' ')

# a:1 b:2 c:3 d:4``````
``````dic = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}

for key in dic.keys():
print(key, end=' ')

# a b c d``````
``````dic = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}

for value in dic.values():
print(value, end=' ')

# 1 2 3 4``````

4.4 for - else 循环

``````for num in range(10, 20):  # 迭代 10 到 20 之间的数字
for i in range(2, num):  # 根据因子迭代
if num % i == 0:  # 确定第一个因子
j = num / i  # 计算第二个因子
print('%d 等于 %d * %d' % (num, i, j))
break  # 跳出当前循环
else:  # 循环的 else 部分
print(num, '是一个质数')

# 10 等于 2 * 5
# 11 是一个质数
# 12 等于 2 * 6
# 13 是一个质数
# 14 等于 2 * 7
# 15 等于 3 * 5
# 16 等于 2 * 8
# 17 是一个质数
# 18 等于 2 * 9
# 19 是一个质数``````

4.5 range() 函数

``````for i in range(2, 9):  # 不包含9
print(i)

# 2
# 3
# 4
# 5
# 6
# 7
# 8``````
``````for i in range(1, 10, 2):
print(i)

# 1
# 3
# 5
# 7
# 9``````

4.6 enumerate() 函数

sequence是一个序列，迭代器或其他支持迭代的对象；start是下标的起始位置；返回enumerate(枚举)对象。

``````seasons = ['Spring', 'Summer', 'Fall', 'Winter']
lst = list(enumerate(seasons))
print(lst)
# [(0, 'Spring'), (1, 'Summer'), (2, 'Fall'), (3, 'Winter')]
lst = list(enumerate(seasons, start=1))  # 下标从 1 开始
print(lst)
# [(1, 'Spring'), (2, 'Summer'), (3, 'Fall'), (4, 'Winter')]``````

enumerate()与for循环的结合使用

``````languages = ['Python', 'R', 'Matlab', 'C++']
for language in languages:
print('I love', language)
print('Done!')
# I love Python
# I love R
# I love Matlab
# I love C++
# Done!

for i, language in enumerate(languages, 2):
print(i, 'I love', language)
print('Done!')
# 2 I love Python
# 3 I love R
# 4 I love Matlab
# 5 I love C++
# Done!``````

4.10 推导式

``````x = [-4, -2, 0, 2, 4]
y = [a * 2 for a in x]
print(y)
# [-8, -4, 0, 4, 8]``````
``````x = [i ** 2 for i in range(1, 10)]
print(x)
# [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]``````
``````x = [(i, i ** 2) for i in range(6)]
print(x)

# [(0, 0), (1, 1), (2, 4), (3, 9), (4, 16), (5, 25)]``````
``````x = [i for i in range(100) if (i % 2) != 0 and (i % 3) == 0]
print(x)

# [3, 9, 15, 21, 27, 33, 39, 45, 51, 57, 63, 69, 75, 81, 87, 93, 99]``````
``````a = [(i, j) for i in range(0, 3) for j in range(0, 3)]
print(a)

# [(0, 0), (0, 1), (0, 2), (1, 0), (1, 1), (1, 2), (2, 0), (2, 1), (2, 2)]``````
``````x = [[i, j] for i in range(0, 3) for j in range(0, 3)]
print(x)
# [[0, 0], [0, 1], [0, 2], [1, 0], [1, 1], [1, 2], [2, 0], [2, 1], [2, 2]]

x[0][0] = 10
print(x)
# [[10, 0], [0, 1], [0, 2], [1, 0], [1, 1], [1, 2], [2, 0], [2, 1], [2, 2]]``````
``````a = [(i, j) for i in range(0, 3) if i < 1 for j in range(0, 3) if j > 1]
print(a)

# [(0, 2)]``````

``````a = (x for x in range(10))
print(a)

# <generator object <genexpr> at 0x0000025BE511CC48>

print(tuple(a))

# (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)``````

字典推导式：

``````b = {i: i % 2 == 0 for i in range(10) if i % 3 == 0}
print(b)
# {0: True, 3: False, 6: True, 9: False}``````

集合推导式：

``````c = {i for i in [1, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 4, 3, 2, 1]}
print(c)
# {1, 2, 3, 4, 5, 6}``````

其他：

``````e = (i for i in range(10))
print(e)
# <generator object <genexpr> at 0x0000007A0B8D01B0>

print(next(e))  # 0
print(next(e))  # 1

for each in e:
print(each, end=' ')

# 2 3 4 5 6 7 8 9``````
``````s = sum([i for i in range(101)])
print(s)  # 5050
s = sum((i for i in range(101)))
print(s)  # 5050``````

5.1 python标准异常

• BaseException：所有异常的 基类
• Exception：常规异常的 基类
• StandardError：所有的内建标准异常的基类
• ArithmeticError：所有数值计算异常的基类
• FloatingPointError：浮点计算异常
• OverflowError：数值运算超出最大限制
• ZeroDivisionError：除数为零
• AssertionError：断言语句（assert）失败
• AttributeError：尝试访问未知的对象属性
• EOFError：没有内建输入，到达EOF标记
• EnvironmentError：操作系统异常的基类
• IOError：输入/输出操作失败
• OSError：操作系统产生的异常（例如打开一个不存在的文件）
• WindowsError：系统调用失败
• ImportError：导入模块失败的时候
• KeyboardInterrupt：用户中断执行
• LookupError：无效数据查询的基类
• IndexError：索引超出序列的范围
• KeyError：字典中查找一个不存在的关键字
• MemoryError：内存溢出（可通过删除对象释放内存）
• NameError：尝试访问一个不存在的变量
• UnboundLocalError：访问未初始化的本地变量
• ReferenceError：弱引用试图访问已经垃圾回收了的对象
• RuntimeError：一般的运行时异常
• NotImplementedError：尚未实现的方法
• SyntaxError：语法错误导致的异常
• IndentationError：缩进错误导致的异常
• TabError：Tab和空格混用
• SystemError：一般的解释器系统异常
• TypeError：不同类型间的无效操作
• ValueError：传入无效的参数
• UnicodeError：Unicode相关的异常
• UnicodeDecodeError：Unicode解码时的异常
• UnicodeEncodeError：Unicode编码错误导致的异常
• UnicodeTranslateError：Unicode转换错误导致的异常

5.2 python标准警告

• Warning：警告的基类
• DeprecationWarning：关于被弃用的特征的警告
• FutureWarning：关于构造将来语义会有改变的警告
• UserWarning：用户代码生成的警告
• PendingDeprecationWarning：关于特性将会被废弃的警告
• RuntimeWarning：可疑的运行时行为(runtime behavior)的警告
• SyntaxWarning：可疑语法的警告
• ImportWarning：用于在导入模块过程中触发的警告
• UnicodeWarning：与Unicode相关的警告
• BytesWarning：与字节或字节码相关的警告
• ResourceWarning：与资源使用相关的警告

5.3 try - expect 语句

try语句按照以下方式工作：

• 首先，执行try子句。（在关键字try和关键字except之间的语句）
• 如果没有异常发生，忽略except子句，try子句执行后结束。
• 如果在执行try子句的过程中发生了异常，那么try子句余下的部分将被忽略。如果异常的类型和except之后的名称相符，那么对应的except子句将被执行。最后执行try - except语句之后的代码。
• 如果一个异常没有与任何的except匹配，那么这个异常将会传递给上层的try中。
``````try:
f = open('test.txt')
f.close()
except OSError:
print('打开文件出错')

# 打开文件出错``````
``````try:
f = open('test.txt')
f.close()
except OSError as error:
print('打开文件出错\n原因是：' + str(error))

# 打开文件出错
# 原因是：[Errno 2] No such file or directory: 'test.txt'``````
``````try:
int("abc")
s = 1 + '1'
f = open('test.txt')
f.close()
except OSError as error:
print('打开文件出错\n原因是：' + str(error))
except TypeError as error:
print('类型出错\n原因是：' + str(error))
except ValueError as error:
print('数值出错\n原因是：' + str(error))

# 数值出错
# 原因是：invalid literal for int() with base 10: 'abc'``````
``````dict1 = {'a': 1, 'b': 2, 'v': 22}
try:
x = dict1['y']
except LookupError:
print('查询错误')
except KeyError:
print('键错误')
else:
print(x)

# 查询错误``````
``````# 要注意错误的优先级
dict1 = {'a': 1, 'b': 2, 'v': 22}
try:
x = dict1['y']
except KeyError:
print('键错误')
except LookupError:
print('查询错误')
else:
print(x)

# 键错误``````
``````# 一个 except 子句可以同时处理多个异常，这些异常将被放在一个括号里成为一个元组。
try:
s = 1 + '1'
int("abc")
f = open('test.txt')
f.close()
except (OSError, TypeError, ValueError) as error:
print('出错了！\n原因是：' + str(error))

# 出错了！
# 原因是：unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'``````

5.4 try - expect - finally 语句

try：检测范围；expect expcetion[as reason]：出现异常后的处理代码finally：无论如何都会被执行的代码。不管try语句里面有没有异常，finally子句都会执行。

``````def divide(x, y):
try:
result = x / y
print("result is", result)
except ZeroDivisionError:
print("division by zero!")
finally:
print("executing finally clause")

divide(2, 1)
# result is 2.0
# executing finally clause
divide(2, 0)
# division by zero!
# executing finally clause
divide("2", "1")
# executing finally clause
# TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'str'``````

5.5 try - except - else 语句

try：检测范围；except(exception1[,exception2[,...exceptionN]]])：发生以上多个异常中的一个，执行这块代码；else：如果没有异常执行这块代码。

``````try:
fh = open("testfile.txt", "w")
fh.write("这是一个测试文件，用于测试异常!!")
except IOError:
print("Error: 没有找到文件或读取文件失败")
else:
print("内容写入文件成功")
fh.close()

# 内容写入文件成功``````

5.6 raise 语句

python使用raise语句抛出一个指定的异常。

``````try:
raise NameError('HiThere')
except NameError:
print('An exception flew by!')

# An exception flew by!``````