Python 编程：从入门到实践

Python Crash Course: A Hands-On, Project-Based Introduction to Programming

出版社	作者	年份
人民邮电出版社	Eric Matthes	2016

Abstract

本书仅作项目部分笔记。

前置知识

Abstract

这里介绍一些创建 Python 项目的基本知识，比如虚拟环境、pip 包管理器等。

命令相关

Python 的命令容易引起困惑，我现在也依旧没有搞懂。如果你安装了 Python 后执行 python3 显示找不到，可以尝试替换为 python 或 py。如果还找不到，请检查 $PATH 环境变量。一般来说，Windows 系统中默认命令为 py，而 Unix 系统中默认命令为 python3。pip 包管理器也会默认安装，如果找不到可以尝试替换为 pip3。

虚拟环境

创建虚拟环境的理由有很多：不同项目的依赖不同、版本不同，或者是为了保持系统的干净整洁。

从 Python 3.3 开始，一般使用 Python 自带的模块 venv 来创建虚拟环境：

python3 -m venv <DIR>
source <DIR>/bin/activate

第一行的命令创建了虚拟环境，第二行命令（限 Unix 系统）将虚拟环境的环境变量载入终端。

创建虚拟环境并加载环境变量后，就能使用 pip 命令来安装依赖包了。

需要注意的是，Windows 和 Linux 下的虚拟环境并不能通用，因为其配置文件使用绝对路径。因此应当为不同的系统配置不同的虚拟环境，最好的方式是使用 requirements.txt 文件来记录依赖包，这样可以保证不同系统下的依赖包一致。

基础知识补全

复习以及补充 SOP4 中没有涉及的知识。

关键字和内置函数

• 定义：def、class 等
• 布尔等表达式运算：False、True、None、and、or、not 等
• 控制结构：while、for、if、else、elif 等
• 其他

字符串

• 修改大小写 .title()、.upper()、.lower()
• 拼接
• 删除空白 .rstrip()、.lstrip()、.strip()

空白

空白指任何非打印字符。

• 将其他数据转换为字符串 str(value)

列表

list = [1, 2, 3]

基础：

• 添加元素：.append(value)、.insert(index, value)
• 删除语句：del list[index]、.pop(index)（尾部删除）、.remove(value)
• 排序：.sort()、.sort(reverse=True)
• 反转：.reverse()
• 长度：len(list)

更多操作：

• 遍历

循环结束后

for 循环结束后，迭代使用的变量仍然存在。

• range(start, end, step)：生成一个整数序列，不包含 end，默认 start=0，step=1。
• 切片 list[start:end:step]：不包含 end，默认 start=0，step=1。
  • 利用切片复制列表 list[:]。

列表解析

这是一种比较高阶但常用的技巧，使用一行代码生成特定的列表：

squares = [value**2 for value in range(1, 11)]

• 首先指定列表名
• 再定义一个表达式 value**2 生成你要存储到列表中的值
• 接下来写一个 for 循环给表达式提供值

请练习生成一个 3 的倍数的列表。

if 语句

• 比较方法：

  • in 检查特定值是否在列表中
  • 使用 .lower() 检查字符串是否为小写（注意个这个函数并不能直接检测，怎么用呢？）

• if-elif-else 结构

• 一些布尔表达式：
  • Python 中支持连续的比较，如 age >= 18 and age <= 65 可以简写为 18 <= age <= 65。

字典

dict = {'key': 'value'}

基础：

• 访问：dict['key']
• 添加：dict['key'] = 'value'
• 创建空字典：dict = {}
• 修改值：dict['key'] = 'new value'
• 删除键值对：del dict['key']

较长字典的缩进方法：

dict = {
    'key1': 'value1',
    'key2': 'value2',
    'key3': 'value3',
    }

• 遍历：
  • for key, value in dict.items():
  • for key in dict.keys():
  • for value in dict.values():
  • 按顺序遍历 for key in sorted(dict.keys()):

更多操作：

• 字典的列表
• 字典中嵌套列表
• 字典嵌套字典

循环

• 使用 break 和 continue
• 设置标志
• 用循环处理列表和字典
  • 删除指定值
  • 移动元素
  • 学习下面这种用法，以列表作为循环条件：

    users = ['user1', 'user2', 'user3']
    while users:
        user = users.pop()
        print(user)
    

函数

def function_name(parameters):
    """docstring"""
    function body

参数

• 关键字实参：function_name(parameter=value)'
• 默认值：def function_name(parameter=value)
  • 在函数定义中，应当将没有默认值的参数放在前面，有默认值的参数放在后面，以便 Python 依然能够正确解读位置实参。
• 禁止函数修改列表：function_name(list_name[:]) （创建副本）
• 任意数量实参：def function_name(*parameters)，* 会创建一个空元组，将所有值都封装到这个元组中。
• 任意数量的关键字实参：def function_name(**parameters)，** 会创建一个空字典，将所有值都封装到这个字典中。

参数的顺序

• 在定义和调用中，都应当按普通形参、带默认值的形参、任意数量形参的顺序排列。

将函数存储在模块中

• 导入整个模块：import module_name
• 导入特定函数：from module_name import function_name
• 函数别名：from module_name import function_name as fn
• 模块别名：import module_name as mn
• 导入所有函数：from module_name import *

函数代码规范

• 形参指定默认值时等号两边不要有空格
• 函数调用时，关键字实参等号两边不要有空格
• 对齐参数列表行

def function_name(
        parameter_0, parameter_1, parameter_2,
        parameter_3, parameter_4, parameter_5):
    function body...

类

编写类的基础

• 与类有关的每个方法都需要 self 参数，且必须位于参数列表的第一个位置。
• 类的每个属性都必须有初始值。

继承

class ChildClass(ParentClass):
    """docstring"""
    def __init__(self, parameters):
        super().__init__(parameters)
        self.attribute = value

• 子类的方法 __init__() 需要父类的方法 __init__() 来初始化父类的属性。
• super() 是一个特殊函数，帮助 Python 将父类和子类关联起来。
• super().__init__(parameters)：调用父类的方法 __init__()。
• 重写父类的方法
• 将实例用作属性（其实就是类的嵌套）：一些类的细节越来越多，应当拆分成多个协同工作的小类。

Python 标准库

• collections 模块：包含很多有用的类
  • OrderedDict 类：记录键值对的添加顺序

文件和异常

• with 语句：在不再需要访问文件后将其关闭。

with open(filename) as file_object:
    contents = file_object.read() # 读取整个文件
    for line in file_object: # 逐行读取
        print(line.rstrip())

• open()：默认以只读模式打开文件。

考考你

以下问题如何解决？

• 读取文件时，空行会出现两次换行
• 将文件内容全部合并成一行
• 从文件中读取数字等其他类型的值

文件对象操作：

• .read()：读取整个文件
• .write()：写入文件。注意不会在末尾添加换行符。

异常：

• try-except-else 代码块
• pass 语句：什么都不做，只是占位符，使代码结构正确。

测试代码

unittest 模块：用于核实函数的行为是否符合预期。

• 导入 unittest 模块和要测试的函数
• 创建一个继承 unittest.TestCase 的类

import unittest
from name_function import get_formatted_name

class NamesTestCase(unittest.TestCase):
    """测试name_function.py"""
    def test_first_last_name(self):
        """能够正确地处理像Janis Joplin这样的姓名吗？ """
        formatted_name = get_formatted_name('janis', 'joplin')
        self.assertEqual(formatted_name, 'Janis Joplin')

unittest.main()

• NamesTestCase 中所有以 test_ 开头的方法都将自动运行。
• 常用的断言方法：
  • assertEqual(a, b)：核实 a == b
  • assertNotEqual(a, b)：核实 a != b
  • assertTrue(x)：核实 x 为 True
  • assertFalse(x)：核实 x 为 False
  • assertIn(item, list)：核实 item 在 list 中
  • assertNotIn(item, list)：核实 item 不在 list 中
• setUp() 方法：只需创建一次对象，然后在每个测试方法中使用它。
• 测试结果：
  • .：测试通过
  • E：测试引发错误
  • F：测试断言失败

最后一点马蜂小建议

• 类名使用驼峰命名法
• 实例名和模块名使用小写字母和下划线
• 每个类定义后都应当包含一个文档字符串
• 每个模块都应包含一个文档字符串

Projects

Project 2 数据可视化

json 模块

在第 10 章我们学习了 json 模块，现在简单回顾复习文件操作和模块使用：

• json.dump(data, file_object)：将 Python 数据结构转换为 JSON 格式并写入文件。
• json.load(file_object)：从文件中读取 JSON 格式的数据并转换为 Python 数据结构。

示例：

remember_me.py

import json
filename = 'username.json'
try:
    with open(filename) as file_object:
        username = json.load(file_object)
except FileNotFoundError:
    username = input("What's your name? ")
    with open(filename, 'w') as file_object:
        json.dump(username, file_object)
        print("We'll remember you when you come back, " + username + "!")
else:
    print("Welcome back, " + username + "!")

matplotlib

查阅手册

需要时请翻阅手册查找用法

以下功能应该如何实现？

• 绘制：折线图、散点图
• 设置样式：
  • 文字：标题、坐标轴标题
  • 刻度（tick_params）：标记、大小、颜色
  • 线条：粗细、颜色
  • 点：大小、颜色
  • 各部分的字体大小

生成数据

完成以下任务：

• 绘制从 1 到 100 的平方图像（列表解析）。
• 用随机漫步方法绘制图像，可以使用散点图和折线图（random.choice()）。
• 为图表使用颜色映射。
• 使用 Pygal 生成矢量图形文件。
• 写一个掷骰子实验，一个和多个骰子。

CSV 文件

• csv 模块：用于读取和写入 CSV 文件。
• csv.reader(file_object)：读取文件并返回一个读取器对象，其中包含以逗号分隔的值。
• next(reader)：返回文件中的下一行。

其他函数：

• enumerate()：返回一个包含索引和值的元组列表。
• datetime 模块：

  - strptime()：将字符串转换为日期对象。