认识 Python

人生苦短，我用 Python —— Life is short, you need Python

001_人生苦短我用python

01. Python 的起源

Python 的创始人为吉多·范罗苏姆（Guido van Rossum）

002_吉多-w256

  1. 1989 年的圣诞节期间，吉多·范罗苏姆为了在阿姆斯特丹打发时间，决心开发一个新的解释程序，作为 ABC 语言的一种继承（感觉下什么叫牛人）
  2. ABC 是由吉多参加设计的一种教学语言，就吉多本人看来，ABC 这种语言非常优美和强大，是专门为非专业程序员设计的。但是 ABC 语言并没有成功，究其原因，吉多认为是非开放造成的。吉多决心在 Python 中避免这一错误，并获取了非常好的效果
  3. 之所以选中 Python（蟒蛇） 作为程序的名字，是因为他是 BBC 电视剧——蒙提·派森的飞行马戏团（Monty Python’s Flying Circus）的爱好者
  4. 1991 年，第一个 Python 解释器 诞生，它是用 C 语言实现的，并能够调用 C 语言的库文件

1.1 解释器（科普）

计算机不能直接理解任何除机器语言以外的语言，所以必须要把程序员所写的程序语言翻译成机器语言，计算机才能执行程序。将其他语言翻译成机器语言的工具，被称为编译器

编译器翻译的方式有两种：一个是编译，另外一个是解释。两种方式之间的区别在于翻译时间点的不同。当编译器以解释方式运行的时候，也称之为解释器

001_编译型和解释型语言工作对比-w360

  • 编译型语言：程序在执行之前需要一个专门的编译过程，把程序编译成为机器语言的文件，运行时不需要重新翻译，直接使用编译的结果就行了。程序执行效率高，依赖编译器，跨平台性差些。如 C、C++
  • 解释型语言：解释型语言编写的程序不进行预先编译，以文本方式存储程序代码，会将代码一句一句直接运行。在发布程序时，看起来省了道编译工序，但是在运行程序的时候，必须先解释再运行

编译型语言和解释型语言对比

  • 速度 —— 编译型语言比解释型语言执行速度快
  • 跨平台性 —— 解释型语言比编译型语言跨平台性好

1.2 Python 的设计目标

1999 年，吉多·范罗苏姆向 DARPA 提交了一条名为 “Computer Programming for Everybody” 的资金申请，并在后来说明了他对 Python 的目标：

  • 一门简单直观的语言并与主要竞争者一样强大
  • 开源，以便任何人都可以为它做贡献
  • 代码像纯英语那样容易理解
  • 适用于短期开发的日常任务

这些想法中的基本都已经成为现实，Python 已经成为一门流行的编程语言

1.3 Python 的设计哲学

  1. 优雅
  2. 明确
  3. 简单

在 Python 解释器内运行 import this 可以获得完整的列表

  • Python 开发者的哲学是：用一种方法，最好是只有一种方法来做一件事
  • 如果面临多种选择，Python 开发者一般会拒绝花俏的语法，而选择明确没有或者很少有歧义的语法

在 Python 社区，吉多被称为“仁慈的独裁者”

02. 为什么选择 Python？

  • 代码量少

同一样问题，用不同的语言解决，代码量差距还是很多的，一般情况下 Python 是 Java 的 1/5，所以说 人生苦短，我用 Python

03. Python 特点

  • Python 是完全面向对象的语言
    • 函数、模块、数字、字符串都是对象，在 Python 中一切皆对象
    • 完全支持继承、重载、多重继承
    • 支持重载运算符，也支持泛型设计
  • Python 拥有一个强大的标准库，Python 语言的核心只包含 数字、字符串、列表、字典、文件 等常见类型和函数，而由 Python 标准库提供了 系统管理、网络通信、文本处理、数据库接口、图形系统、XML 处理 等额外的功能
  • Python 社区提供了大量的第三方模块，使用方式与标准库类似。它们的功能覆盖 科学计算、人工智能、机器学习、Web 开发、数据库接口、图形系统 多个领域

面向对象的思维方式

  • 面向对象 是一种 思维方式，也是一门 程序设计技术
  • 要解决一个问题前，首先考虑 由谁 来做，怎么做事情是 谁 的职责，最后把事情做好就行！
    • 对象 就是 谁
  • 要解决复杂的问题，就可以找多个不同的对象，各司其职，共同实现，最终完成需求

04. Python 的优缺点

4.1 优点

  • 简单、易学
  • 免费、开源
  • 面向对象
  • 丰富的库
  • 可扩展性
    • 如果需要一段关键代码运行得更快或者希望某些算法不公开，可以把这部分程序用 C 或 C++ 编写，然后在 Python 程序中使用它们

4.2 缺点

  • 运行速度
  • 国内市场较小
  • 中文资料匮乏

第一个 Python 程序

01. 第一个 HelloPython 程序

1.1 Python 源程序的基本概念

  1. Python 源程序就是一个特殊格式的文本文件，可以使用任意文本编辑软件做 Python 的开发
  2. Python 程序的 文件扩展名 通常都是 .py

1.2 演练步骤

  • 在桌面下，新建 认识Python 目录
  • 在 认识Python 目录下新建 01-HelloPython.py 文件
  • 使用 gedit 编辑 01-HelloPython.py 并且输入以下内容：
1
2
print("hello python")
print("hello world")
  • 在终端中输入以下命令执行 01-HelloPython.py
1
$ python 01-HelloPython.py

print 是 python 中我们学习的第一个 函数

print 函数的作用，可以把 “” 内部的内容，输出到屏幕上

1.3 演练扩展 —— 认识错误（BUG）

关于错误

  • 编写的程序不能正常执行，或者执行的结果不是我们期望的
  • 俗称 BUG，是程序员在开发时非常常见的，初学者常见错误的原因包括：
    1. 手误
    2. 对已经学习过的知识理解还存在不足
    3. 对语言还有需要学习和提升的内容
  • 在学习语言时，不仅要学会语言的语法，而且还要学会如何认识错误和解决错误的方法

每一个程序员都是在不断地修改错误中成长的

第一个演练中的常见错误

  • 1> 手误，例如使用 pirnt("Hello world")
1
2
3
NameError: name 'pirnt' is not defined

名称错误：'pirnt' 名字没有定义
  • 2> 将多条 print 写在一行
1
2
3
SyntaxError: invalid syntax

语法错误：语法无效

每行代码负责完成一个动作

  • 3> 缩进错误
1
2
3
IndentationError: unexpected indent

缩进错误：不期望出现的缩进
  • Python 是一个格式非常严格的程序设计语言
  • 目前而言，大家记住每行代码前面都不要增加空格
  • 4> python 2.x 默认不支持中文

目前市场上有两个 Python 的版本并存着，分别是 Python 2.x 和 Python 3.x

  • Python 2.x 默认不支持中文，具体原因，等到介绍 字符编码 时给大家讲解
  • Python 2.x 的解释器名称是 python
  • Python 3.x 的解释器名称是 python3
1
2
3
4
5
6
SyntaxError: Non-ASCII character '\xe4' in file 01-HelloPython.py on line 3, 
but no encoding declared; 
see http://python.org/dev/peps/pep-0263/ for details

语法错误： 在 01-HelloPython.py 中第 3 行出现了非 ASCII 字符 '\xe4'，但是没有声明文件编码
请访问 http://python.org/dev/peps/pep-0263/ 了解详细信息
  • ASCII 字符只包含 256 个字符，不支持中文
  • 有关字符编码的问题，后续会讲

单词列表

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
* error 错误
* name 名字
* defined 已经定义
* syntax 语法
* invalid 无效
* Indentation 索引
* unexpected 意外的，不期望的
* character 字符
* line 行
* encoding 编码
* declared 声明
* details 细节，详细信息
* ASCII 一种字符编码

02. Python 2.x 与 3​​.x 版本简介

目前市场上有两个 Python 的版本并存着，分别是 Python 2.x 和 Python 3.x

新的 Python 程序建议使用 Python 3.0 版本的语法

  • Python 2.x 是 过去的版本
    • 解释器名称是 python
  • Python 3.x 是 现在和未来 主流的版本
    • 解释器名称是 python3
    • 相对于 Python 的早期版本，这是一个 较大的升级
    • 为了不带入过多的累赘，Python 3.0 在设计的时候 没有考虑向下兼容
      • 许多早期 Python 版本设计的程序都无法在 Python 3.0 上正常执行
    • Python 3.0 发布于 2008 年
    • 到目前为止，Python 3.0 的稳定版本已经有很多年了
      • Python 3.3 发布于 2012
      • Python 3.4 发布于 2014
      • Python 3.5 发布于 2015
      • Python 3.6 发布于 2016
  • 为了照顾现有的程序，官方提供了一个过渡版本 —— Python 2.6
    • 基本使用了 Python 2.x 的语法和库
    • 同时考虑了向 Python 3.0 的迁移，允许使用部分 Python 3.0 的语法与函数
    • 2010 年中推出的 Python 2.7 被确定为 最后一个Python 2.x 版本

提示：如果开发时，无法立即使用 Python 3.0（还有极少的第三方库不支持 3.0 的语法），建议

  • 先使用 Python 3.0 版本进行开发
  • 然后使用 Python 2.6、Python 2.7 来执行，并且做一些兼容性的处理

03. 执行 Python 程序的三种方式

3.1. 解释器 python / python3

Python 的解释器

1
2
3
4
5
# 使用 python 2.x 解释器
$ python xxx.py

# 使用 python 3.x 解释器
$ python3 xxx.py
其他解释器（知道）

Python 的解释器 如今有多个语言的实现，包括：

  • CPython —— 官方版本的 C 语言实现
  • Jython —— 可以运行在 Java 平台
  • IronPython —— 可以运行在 .NET 和 Mono 平台
  • PyPy —— Python 实现的，支持 JIT 即时编译

3.2. 交互式运行 Python 程序

  • 直接在终端中运行解释器，而不输入要执行的文件名
  • 在 Python 的 Shell 中直接输入 Python 的代码，会立即看到程序执行结果

1) 交互式运行 Python 的优缺点

优点
  • 适合于学习/验证 Python 语法或者局部代码
缺点
  • 代码不能保存
  • 不适合运行太大的程序

2) 退出 官方的解释器

1> 直接输入 exit()
1
>>> exit()
2> 使用热键退出

在 python 解释器中，按热键 ctrl + d 可以退出解释器

3) IPython

  • IPython 中 的 “I” 代表 交互 interactive
特点
  • IPython 是一个 python 的 交互式 shell，比默认的 python shell 好用得多
    • 支持自动补全
    • 自动缩进
    • 支持 bash shell 命令
    • 内置了许多很有用的功能和函数
  • IPython 是基于 BSD 开源的
版本

  • Python 2.x 使用的解释器是 ipython

  • Python 3.x 使用的解释器是 ipython3

  • 要退出解释器可以有以下两种方式：

1> 直接输入 exit
1
In [1]: exit
2> 使用热键退出

在 IPython 解释器中，按热键 ctrl + d，IPython 会询问是否退出解释器

IPython 的安装

1
$ sudo apt install ipython

3.3. Python 的 IDE —— PyCharm

1） 集成开发环境（IDE）

集成开发环境（IDE，Integrated Development Environment）—— 集成了开发软件需要的所有工具，一般包括以下工具：

  • 图形用户界面
  • 代码编辑器（支持 代码补全／自动缩进）
  • 编译器／解释器
  • 调试器（断点／单步执行）
  • ……

2）PyCharm 介绍

  • PyCharm 是 Python 的一款非常优秀的集成开发环境
  • PyCharm 除了具有一般 IDE 所必备功能外，还可以在 Windows、Linux、macOS 下使用
  • PyCharm 适合开发大型项目
    • 一个项目通常会包含 很多源文件
    • 每个 源文件 的代码行数是有限的，通常在几百行之内
    • 每个 源文件 各司其职，共同完成复杂的业务功能

3）PyCharm 快速体验

001_PyCharm的界面结构

  • 文件导航区域 能够 浏览／定位／打开 项目文件
  • 文件编辑区域 能够 编辑 当前打开的文件
  • 控制台区域 能够：
    • 输出程序执行内容
    • 跟踪调试代码的执行
  • 右上角的 工具栏 能够 执行(SHIFT + F10) / 调试(SHIFT + F9) 代码

002_PyCharm运行工具栏

  • 通过控制台上方的**单步执行按钮(F8)**，可以单步执行代码

003_PyCharm调试器.png

PyCharm 的初始设置（知道）

PyCharm 的官方网站地址是：https://www.jetbrains.com/pycharm/

01. 恢复 PyCharm 的初始设置

PyCharm 的 配置信息 是保存在 用户家目录下 的 .PyCharmxxxx.x 目录下的，xxxx.x 表示当前使用的 PyCharm 的版本号

如果要恢复 PyCharm 的初始设置，可以按照以下步骤进行：

    1. 关闭正在运行的 PyCharm
    1. 在终端中执行以下终端命令，删除 PyCharm 的配置信息目录：
1
$ rm -r ~/.PyCharm2016.3
    1. 重新启动 PyCharm

02. 第一次启动 PyCharm

  1. 导入配置信息
  2. 选择许可协议
  3. 配置初始界面

2.1 导入配置信息

  • 在第一次启动 PyCharm 时，会首先提示用户是否导入 之前的配置信息
  • 如果是第一次使用，直接点击 OK 按钮

001_PyCharm导入配置信息-w603

2.2 选择许可协议

002_激活许可证-w495

2.3 PyCharm 的配置初始界面

  • 在初始配置界面，可以通过 Editor colors and fonts 选择 编辑器的配色方案

003_PyCharm初始配置界面-w491

2.4 欢迎界面

  • 所有基础配置工作结束之后，就可以看到 PyCharm 的 欢迎界面了，通过 欢迎界面 就可以开始开发 Python 项目了

004_PyCharm欢迎页面-w664

03. 新建/打开一个 Python 项目

3.1 项目简介

  • 开发 项目 就是开发一个 专门解决一个复杂业务功能的软件
  • 通常每 一个项目 就具有一个 独立专属的目录，用于保存 所有和项目相关的文件
    • 一个项目通常会包含 很多源文件

3.2 打开 Python 项目

  • 直接点击 Open 按钮，然后浏览到之前保存 Python 文件的目录，既可以打开项目
  • 打开之后，会在目录下新建一个 .idea 的目录，用于保存 项目相关的信息，例如：解释器版本、项目包含的文件等等
  • 第一次打开项目，需要耐心等待 PyCharm 对项目进行初始设置

005_打开已有Python项目-w423

设置项目使用的解释器版本

  • 打开的目录如果不是由 PyCharm 建立的项目目录，有的时候 使用的解释器版本是 Python 2.x 的，需要单独设置解释器的版本
  • 通过 File / Settings… 可以打开设置窗口，如下图所示：

006_选择项目的解释器版本-w975

3.3 新建项目

1) 命名规则

  • 以后 项目名 前面都以 数字编号，随着知识点递增，编号递增

    • 例如：01_Python 基础、02_分支、03_循环…

  • 每个项目下的 文件名 都以 hm_xx_知识点 方式来命名

    • 其中 xx 是演练文件的序号

  • 注意

      1. 命名文件名时建议只使用 小写字母、数字 和 下划线
      1. 文件名不能以数字开始

  • 通过 欢迎界面 或者菜单 File / New Project 可以新建项目

2) 演练步骤

  • 新建 01_Python基础 项目，使用 Python 3.x 解释器
  • 在项目下新建 hm_01_hello.py Python 文件
  • 编写 print("Hello Python") 代码

04. 设置 PyCharm 的字体显示

007_PyCharm设置编辑器字体-w500

008_PyCharm设置控制台字体-w500

05. PyCharm 的升级以及其他

PyCharm 提供了对 学生和教师免费使用的版本

5.1 安装和启动步骤

    1. 执行以下终端命令，解压缩下载后的安装包
1
$ tar -zxvf pycharm-professional-2017.1.3.tar.gz
    1. 将解压缩后的目录移动到 /opt 目录下，可以方便其他用户使用

/opt 目录用户存放给主机额外安装的软件

1
$ sudo mv pycharm-2017.1.3/ /opt/
    1. 切换工作目录
1
$ cd /opt/pycharm-2017.1.3/bin
    1. 启动 PyCharm
1
$ ./pycharm.sh

5.2 设置专业版启动图标

  • 在专业版中，选择菜单 Tools / Create Desktop Entry… 可以设置任务栏启动图标
    • 注意：设置图标时，需要勾选 Create the entry for all users

009_创建桌面图标.png

5.3 卸载之前版本的 PyCharm

1) 程序安装

    1. 程序文件目录
    • 将安装包解压缩，并且移动到 /opt 目录下
    • 所有的相关文件都保存在解压缩的目录中
    1. 配置文件目录
    • 启动 PyCharm 后，会在用户家目录下建立一个 .PyCharmxxx 的隐藏目录
    • 保存 PyCharm 相关的配置信息
    1. 快捷方式文件
    • /usr/share/applications/jetbrains-pycharm.desktop

在 ubuntu 中，应用程序启动的快捷方式通常都保存在 /usr/share/applications 目录下

2) 程序卸载

  • 要卸载 PyCharm 只需要做以下两步工作：

    1. 删除解压缩目录
1
$ sudo rm -r /opt/pycharm-2016.3.1/
    1. 删除家目录下用于保存配置信息的隐藏目录
1
$ rm -r ~/.PyCharm2016.3/

如果不再使用 PyCharm 还需要将 /usr/share/applications/ 下的 jetbrains-pycharm.desktop 删掉

5.4 教育版安装演练

1
2
3
4
5
6
7
8
# 1. 解压缩下载后的安装包
$ tar -zxvf pycharm-edu-3.5.1.tar.gz

# 2. 将解压缩后的目录移动到 `/opt` 目录下，可以方便其他用户使用
$ sudo mv pycharm-edu-3.5.1/ /opt/

# 3. 启动 `PyCharm`
/opt/pycharm-edu-3.5.1/bin/pycharm.sh

设置启动图标

    1. 编辑快捷方式文件
1
$ sudo gedit /usr/share/applications/jetbrains-pycharm.desktop
    1. 按照以下内容修改文件内容，需要注意指定正确的 pycharm 目录
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
[Desktop Entry]
Version=1.0
Type=Application
Name=PyCharm
Icon=/opt/pycharm-edu-3.5.1/bin/pycharm.png
Exec="/opt/pycharm-edu-3.5.1/bin/pycharm.sh" %f
Comment=The Drive to Develop
Categories=Development;IDE;
Terminal=false
StartupWMClass=jetbrains-pycharm

注释

01. 注释的作用

使用用自己熟悉的语言，在程序中对某些代码进行标注说明，增强程序的可读性

001_未使用注释的python程序

02. 单行注释(行注释)

  • 以 # 开头，# 右边的所有东西都被当做说明文字，而不是真正要执行的程序，只起到辅助说明作用

  • 示例代码如下：

1
2
# 这是第一个单行注释
print("hello python")

为了保证代码的可读性，# 后面建议先添加一个空格，然后再编写相应的说明文字

在代码后面增加的单行注释

  • 在程序开发时，同样可以使用 # 在代码的后面（旁边）增加说明性的文字

  • 但是，需要注意的是，为了保证代码的可读性，注释和代码之间 至少要有 两个空格

  • 示例代码如下：

1
print("hello python")  # 输出 `hello python`

03. 多行注释（块注释）

  • 如果希望编写的 注释信息很多，一行无法显示，就可以使用多行注释

  • 要在 Python 程序中使用多行注释，可以用 一对 连续的 三个 引号(单引号和双引号都可以)

  • 示例代码如下：

1
2
3
4
5
6
"""
这是一个多行注释

在多行注释之间，可以写很多很多的内容……
""" 
print("hello python")

什么时候需要使用注释？

  1. 注释不是越多越好，对于一目了然的代码，不需要添加注释
  2. 对于 复杂的操作，应该在操作开始前写上若干行注释
  3. 对于 不是一目了然的代码，应在其行尾添加注释（为了提高可读性，注释应该至少离开代码 2 个空格）
  4. 绝不要描述代码，假设阅读代码的人比你更懂 Python，他只是不知道你的代码要做什么

在一些正规的开发团队，通常会有 代码审核 的惯例，就是一个团队中彼此阅读对方的代码

关于代码规范

任何语言的程序员，编写出符合规范的代码，是开始程序生涯的第一步

算数运算符

计算机，顾名思义就是负责进行 数学计算 并且 存储计算结果 的电子设备

01. 算数运算符

  • 算数运算符是 运算符的一种
  • 是完成基本的算术运算使用的符号，用来处理四则运算
运算符 描述 实例
+ 加 10 + 20 = 30
- 减 10 - 20 = -10
* 乘 10 * 20 = 200
/ 除 10 / 20 = 0.5
// 取整除 返回除法的整数部分（商） 9 // 2 输出结果 4
% 取余数 返回除法的余数 9 % 2 = 1
** 幂 又称次方、乘方，2 ** 3 = 8
  • 在 Python 中 * 运算符还可以用于字符串，计算结果就是字符串重复指定次数的结果
1
2
In [1]: "-" * 50
Out[1]: '----------------------------------------'

02. 算数运算符的优先级

  • 和数学中的运算符的优先级一致，在 Python 中进行数学计算时，同样也是：

    • 先乘除后加减
    • 同级运算符是 从左至右 计算
    • 可以使用 () 调整计算的优先级

  • 以下表格的算数优先级由高到最低顺序排列

运算符 描述
** 幂 (最高优先级)
* / % // 乘、除、取余数、取整除
+ - 加法、减法
  • 例如：
    • 2 + 3 * 5 = 17
    • (2 + 3) * 5 = 25
    • 2 * 3 + 5 = 11
    • 2 * (3 + 5) = 16

变量的基本使用

程序就是用来处理数据的，而变量就是用来存储数据的

01. 变量定义

  • 在 Python 中，每个变量 在使用前都必须赋值，变量 赋值以后 该变量 才会被创建
  • 等号（=）用来给变量赋值
    • = 左边是一个变量名
    • = 右边是存储在变量中的值
1
变量名 = 值

变量定义之后，后续就可以直接使用了

1) 变量演练1 —— iPython

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
# 定义 qq_number 的变量用来保存 qq 号码
In [1]: qq_number = "1234567"

# 输出 qq_number 中保存的内容
In [2]: qq_number
Out[2]: '1234567'

# 定义 qq_password 的变量用来保存 qq 密码
In [3]: qq_password = "123"

# 输出 qq_password 中保存的内容
In [4]: qq_password
Out[4]: '123'

使用交互式方式，如果要查看变量内容，直接输入变量名即可，不需要使用 print 函数

2) 变量演练 2 —— PyCharm

1
2
3
4
5
6
7
8
9
# 定义 qq 号码变量
qq_number = "1234567"

# 定义 qq 密码变量
qq_password = "123"

# 在程序中，如果要输出变量的内容，需要使用 print 函数
print(qq_number)
print(qq_password)

使用解释器执行，如果要输出变量的内容，必须要要使用 print 函数

3) 变量演练 3 —— 超市买苹果

  • 可以用 其他变量的计算结果 来定义变量
  • 变量定义之后，后续就可以直接使用了

需求

  • 苹果的价格是 8.5 元/斤
  • 买了 7.5 斤 苹果
  • 计算付款金额
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
# 定义苹果价格变量
price = 8.5

# 定义购买重量
weight = 7.5

# 计算金额
money = price * weight

print(money)

思考题

  • 如果 只要买苹果，就返 5 块钱
  • 请重新计算购买金额
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
# 定义苹果价格变量
price = 8.5

# 定义购买重量
weight = 7.5

# 计算金额
money = price * weight

# 只要买苹果就返 5 元
money = money - 5
print(money)

提问

  • 上述代码中，一共定义有几个变量？
    • 三个：price／weight／money
  • money = money - 5 是在定义新的变量还是在使用变量？
    • 直接使用之前已经定义的变量
    • 变量名 只有在 第一次出现 才是 定义变量
    • 变量名 再次出现，不是定义变量，而是直接使用之前定义过的变量
  • 在程序开发中，可以修改之前定义变量中保存的值吗？
    • 可以
    • 变量中存储的值，就是可以 变 的

02. 变量的类型

  • 在内存中创建一个变量，会包括：
    1. 变量的名称
    2. 变量保存的数据
    3. 变量存储数据的类型
    4. 变量的地址（标示）

2.1 变量类型的演练 —— 个人信息

需求

  • 定义变量保存小明的个人信息
  • 姓名：小明
  • 年龄：18 岁
  • 性别：是男生
  • 身高：1.75 米
  • 体重：75.0 公斤

利用 单步调试 确认变量中保存数据的类型

提问

  1. 在演练中，一共有几种数据类型？
    • 4 种
    • str —— 字符串
    • bool —— 布尔（真假）
    • int —— 整数
    • float —— 浮点数（小数）
  2. 在 Python 中定义变量时需要指定类型吗？
    • 不需要
    • Python 可以根据 = 等号右侧的值，自动推导出变量中存储数据的类型

2.2 变量的类型

  • 在 Python 中定义变量是 不需要指定类型（在其他很多高级语言中都需要）
  • 数据类型可以分为 数字型 和 非数字型
  • 数字型
    • 整型 (int)
    • 浮点型（float）
    • 布尔型（bool）
      • 真 True 非 0 数 —— 非零即真
      • 假 False 0
    • 复数型 (complex)
      • 主要用于科学计算，例如：平面场问题、波动问题、电感电容等问题
  • 非数字型
    • 字符串
    • 列表
    • 元组
    • 字典

提示：在 Python 2.x 中，整数 根据保存数值的长度还分为：

  • int（整数）
  • long（长整数）
  • 使用 type 函数可以查看一个变量的类型
1
In [1]: type(name)

2.3 不同类型变量之间的计算

1) 数字型变量 之间可以直接计算

  • 在 Python 中，两个数字型变量是可以直接进行 算数运算的
  • 如果变量是 bool 型，在计算时
    • True 对应的数字是 1
    • False 对应的数字是 0

演练步骤

  1. 定义整数 i = 10
  2. 定义浮点数 f = 10.5
  3. 定义布尔型 b = True
  • 在 iPython 中，使用上述三个变量相互进行算术运算

2) 字符串变量 之间使用 + 拼接字符串

  • 在 Python 中，字符串之间可以使用 + 拼接生成新的字符串
1
2
3
4
5
6
In [1]: first_name = "三"

In [2]: last_name = "张"

In [3]: first_name + last_name
Out[3]: '三张'

3) 字符串变量 可以和 整数 使用 * 重复拼接相同的字符串

1
2
In [1]: "-" * 50
Out[1]: '--------------------------------------------------'

4) 数字型变量 和 字符串 之间 不能进行其他计算

1
2
3
4
5
6
7
8
In [1]: first_name = "zhang"

In [2]: x = 10

In [3]: x + first_name
---------------------------------------------------------------------------
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'
类型错误：`+` 不支持的操作类型：`int` 和 `str`

2.4 变量的输入

  • 所谓 输入，就是 用代码 获取 用户通过 键盘 输入的信息
  • 例如：去银行取钱，在 ATM 上输入密码
  • 在 Python 中，如果要获取用户在 键盘 上的输入信息，需要使用到 input 函数

1) 关于函数

  • 一个 提前准备好的功能(别人或者自己写的代码)，可以直接使用，而 不用关心内部的细节
  • 目前已经学习过的函数
函数 说明
print(x) 将 x 输出到控制台
type(x) 查看 x 的变量类型

2) input 函数实现键盘输入

  • 在 Python 中可以使用 input 函数从键盘等待用户的输入
  • 用户输入的 任何内容 Python 都认为是一个 字符串
  • 语法如下：
1
字符串变量 = input("提示信息：")

3) 类型转换函数

函数 说明
int(x) 将 x 转换为一个整数
float(x) 将 x 转换到一个浮点数

4) 变量输入演练 —— 超市买苹果增强版

需求

  • 收银员输入 苹果的价格，单位：元／斤
  • 收银员输入 用户购买苹果的重量，单位：斤
  • 计算并且 输出 付款金额
演练方式 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
# 1. 输入苹果单价
price_str = input("请输入苹果价格：")

# 2. 要求苹果重量
weight_str = input("请输入苹果重量：")

# 3. 计算金额
# 1> 将苹果单价转换成小数
price = float(price_str)

# 2> 将苹果重量转换成小数
weight = float(weight_str)

# 3> 计算付款金额
money = price * weight

print(money)

提问

  1. 演练中，针对 价格 定义了几个变量？
    • 两个
    • price_str 记录用户输入的价格字符串
    • price 记录转换后的价格数值
  2. 思考 —— 如果开发中，需要用户通过控制台 输入 很多个 数字，针对每一个数字都要定义两个变量，方便吗？
演练方式 2 —— 买苹果改进版
  1. 定义 一个 浮点变量 接收用户输入的同时，就使用 float 函数进行转换
1
price = float(input("请输入价格:"))
  • 改进后的好处：
  1. 节约空间，只需要为一个变量分配空间
  2. 起名字方便，不需要为中间变量起名字
  • 改进后的“缺点”：
  1. 初学者需要知道，两个函数能够嵌套使用，稍微有一些难度

提示

  • 如果输入的不是一个数字，程序执行时会出错，有关数据转换的高级话题，后续会讲！

2.5 变量的格式化输出

苹果单价 9.00 元／斤，购买了 5.00 斤，需要支付 45.00 元

  • 在 Python 中可以使用 print 函数将信息输出到控制台
  • 如果希望输出文字信息的同时，一起输出 数据，就需要使用到 格式化操作符
  • % 被称为 格式化操作符，专门用于处理字符串中的格式
    • 包含 % 的字符串，被称为 格式化字符串
    • % 和不同的 字符 连用，不同类型的数据 需要使用 不同的格式化字符
格式化字符 含义
%s 字符串
%d 有符号十进制整数，%06d 表示输出的整数显示位数，不足的地方使用 0 补全
%f 浮点数，%.2f 表示小数点后只显示两位
%% 输出 %
  • 语法格式如下：
1
2
3
print("格式化字符串" % 变量1)

print("格式化字符串" % (变量1, 变量2...))

格式化输出演练 —— 基本练习

需求

  1. 定义字符串变量 name，输出 我的名字叫 小明，请多多关照！
  2. 定义整数变量 student_no，输出 我的学号是 000001
  3. 定义小数 price、weight、money，输出 苹果单价 9.00 元／斤，购买了 5.00 斤，需要支付 45.00 元
  4. 定义一个小数 scale，输出 数据比例是 10.00%
1
2
3
4
print("我的名字叫 %s，请多多关照！" % name)
print("我的学号是 %06d" % student_no)
print("苹果单价 %.02f 元／斤，购买 %.02f 斤，需要支付 %.02f 元" % (price, weight, money))
print("数据比例是 %.02f%%" % (scale * 100))

课后练习 —— 个人名片

需求

  • 在控制台依次提示用户输入：姓名、公司、职位、电话、邮箱
  • 按照以下格式输出：
1
2
3
4
5
6
7
8
**************************************************
公司名称

姓名 (职位)

电话：电话
邮箱：邮箱
**************************************************

实现代码如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
"""
在控制台依次提示用户输入：姓名、公司、职位、电话、电子邮箱
"""
name = input("请输入姓名：")
company = input("请输入公司：")
title = input("请输入职位：")
phone = input("请输入电话：")
email = input("请输入邮箱：")

print("*" * 50)
print(company)
print()
print("%s (%s)" % (name, title))
print()
print("电话：%s" % phone)
print("邮箱：%s" % email)
print("*" * 50)

变量的命名

0.1 标识符和关键字

1.1 标识符

标示符就是程序员定义的 变量名、函数名

名字 需要有 见名知义 的效果，见下图：

  • 标示符可以由 字母、下划线 和 数字 组成
  • 不能以数字开头
  • 不能与关键字重名

思考：下面的标示符哪些是正确的，哪些不正确为什么？

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
fromNo12
from#12
my_Boolean
my-Boolean
Obj2
2ndObj
myInt
My_tExt
_test
test!32
haha(da)tt
jack_rose
jack&rose
GUI
G.U.I

1.2 关键字

  • 关键字 就是在 Python 内部已经使用的标识符
  • 关键字 具有特殊的功能和含义
  • 开发者 不允许定义和关键字相同的名字的标示符

通过以下命令可以查看 Python 中的关键字

1
2
In [1]: import keyword
In [2]: print(keyword.kwlist)

提示：关键字的学习及使用，会在后面的课程中不断介绍

  • import 关键字 可以导入一个 “工具包”

  • 在 Python 中不同的工具包，提供有不同的工具

02. 变量的命名规则

命名规则 可以被视为一种 惯例，并无绝对与强制
目的是为了 增加代码的识别和可读性

注意 Python 中的 标识符 是 区分大小写的

002_标识符区分大小写

  1. 在定义变量时，为了保证代码格式，= 的左右应该各保留一个空格

  2. 在 Python 中，如果 变量名 需要由 二个 或 多个单词 组成时，可以按照以下方式命名

    1. 每个单词都使用小写字母
    2. 单词与单词之间使用 _下划线 连接
    • 例如：first_name、last_name、qq_number、qq_password

驼峰命名法

  • 当 变量名 是由二个或多个单词组成时，还可以利用驼峰命名法来命名
  • 小驼峰式命名法
    • 第一个单词以小写字母开始，后续单词的首字母大写
    • 例如：firstName、lastName
  • 大驼峰式命名法
    • 每一个单词的首字母都采用大写字母
    • 例如：FirstName、LastName、CamelCase

判断（if）语句

01. 开发中的应用场景

判断的定义

  • 如果 条件满足，才能做某件事情，
  • 如果 条件不满足，就做另外一件事情，或者什么也不做

正是因为有了判断，才使得程序世界丰富多彩，充满变化！

判断语句 又被称为 “分支语句”，正是因为有了判断，才让程序有了很多的分支

02. if 语句体验

2.1 if 判断语句基本语法

在 Python 中，if 语句 就是用来进行判断的，格式如下：

1
2
3
if 要判断的条件:
    条件成立时，要做的事情
    ……

注意：代码的缩进为一个 tab 键，或者 4 个空格 —— 建议使用空格

  • 在 Python 开发中，Tab 和空格不要混用！

我们可以把整个 if 语句看成一个完整的代码块

004_if语句是一个完整的代码块1-w400

注意：

  • if 语句以及缩进部分是一个 完整的代码块

2.3 else 处理条件不满足的情况

else：格式如下：

1
2
3
4
5
6
if 要判断的条件:
    条件成立时，要做的事情
    ……
else:
    条件不成立时，要做的事情
    ……

注意：

  • if 和 else 语句以及各自的缩进部分共同是一个 完整的代码块

03. 逻辑运算

  • 在程序开发中，通常 在判断条件时，会需要同时判断多个条件
  • 只有多个条件都满足，才能够执行后续代码，这个时候需要使用到 逻辑运算符
  • 逻辑运算符 可以把 多个条件 按照 逻辑 进行 连接，变成 更复杂的条件
  • Python 中的 逻辑运算符 包括：与 and／或 or／非 not 三种

3.1 and

1
条件1 and 条件2
  • 与／并且
  • 两个条件同时满足，返回 True
  • 只要有一个不满足，就返回 False
条件 1 条件 2 结果
成立 成立 成立
成立 不成立 不成立
不成立 成立 不成立
不成立 不成立 不成立

3.2 or

1
条件1 or 条件2
  • 或／或者
  • 两个条件只要有一个满足，返回 True
  • 两个条件都不满足，返回 False
条件 1 条件 2 结果
成立 成立 成立
成立 不成立 成立
不成立 成立 成立
不成立 不成立 不成立

3.3 not

1
not 条件
  • 非／不是
条件 结果
成立 不成立
不成立 成立

04. if 语句进阶

4.1 elif

  • 在开发中，使用 if 可以 判断条件
  • 使用 else 可以处理 条件不成立 的情况
  • 但是，如果希望 再增加一些条件，条件不同，需要执行的代码也不同 时，就可以使用 elif
  • 语法格式如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
if 条件1:
    条件1满足执行的代码
    ……
elif 条件2:
    条件2满足时，执行的代码
    ……
elif 条件3:
    条件3满足时，执行的代码
    ……
else:
    以上条件都不满足时，执行的代码
    ……
  • 对比逻辑运算符的代码
1
2
3
if 条件1 and 条件2:
    条件1满足 并且 条件2满足 执行的代码
    ……

注意

  1. elif 和 else 都必须和 if 联合使用，而不能单独使用
  2. 可以将 if、elif 和 else 以及各自缩进的代码，看成一个 完整的代码块

4.2 if 的嵌套

elif 的应用场景是：同时 判断 多个条件，所有的条件是 平级 的

  • 在开发中，使用 if 进行条件判断，如果希望 在条件成立的执行语句中 再 增加条件判断，就可以使用 if 的嵌套
  • if 的嵌套 的应用场景就是：在之前条件满足的前提下，再增加额外的判断
  • if 的嵌套 的语法格式，除了缩进之外 和之前的没有区别
  • 语法格式如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
if 条件 1:
    条件 1 满足执行的代码
    ……
    
    if 条件 1 基础上的条件 2:
        条件 2 满足时，执行的代码
        ……    
        
    # 条件 2 不满足的处理
    else:
        条件 2 不满足时，执行的代码
        
# 条件 1 不满足的处理
else:
    条件1 不满足时，执行的代码
    ……

5.2 随机数的处理

  • 在 Python 中，要使用随机数，首先需要导入 随机数 的 模块 —— “工具包”
1
import random

  • 导入模块后，可以直接在 模块名称 后面敲一个 . 然后按 Tab 键，会提示该模块中包含的所有函数

  • random.randint(a, b) ，返回 [a, b] 之间的整数，包含 a 和 b

  • 例如：

1
2
3
random.randint(12, 20)  # 生成的随机数n: 12 <= n <= 20   
random.randint(20, 20)  # 结果永远是 20   
random.randint(20, 10)  # 该语句是错误的，下限必须小于上限

运算符

数学符号表链接：https://zh.wikipedia.org/wiki/数学符号表

01. 算数运算符

  • 是完成基本的算术运算使用的符号，用来处理四则运算
运算符 描述 实例
+ 加 10 + 20 = 30
- 减 10 - 20 = -10
* 乘 10 * 20 = 200
/ 除 10 / 20 = 0.5
// 取整除 返回除法的整数部分（商） 9 // 2 输出结果 4
% 取余数 返回除法的余数 9 % 2 = 1
** 幂 又称次方、乘方，2 ** 3 = 8
  • 在 Python 中 * 运算符还可以用于字符串，计算结果就是字符串重复指定次数的结果
1
2
In [1]: "-" * 50
Out[1]: '----------------------------------------'

02. 比较（关系）运算符

运算符 描述
== 检查两个操作数的值是否 相等，如果是，则条件成立，返回 True
!= 检查两个操作数的值是否 不相等，如果是，则条件成立，返回 True
> 检查左操作数的值是否 大于 右操作数的值，如果是，则条件成立，返回 True
< 检查左操作数的值是否 小于 右操作数的值，如果是，则条件成立，返回 True
>= 检查左操作数的值是否 大于或等于 右操作数的值，如果是，则条件成立，返回 True
<= 检查左操作数的值是否 小于或等于 右操作数的值，如果是，则条件成立，返回 True

Python 2.x 中判断 不等于 还可以使用 <> 运算符

!= 在 Python 2.x 中同样可以用来判断 不等于

03. 逻辑运算符

运算符 逻辑表达式 描述
and x and y 只有 x 和 y 的值都为 True，才会返回 True
否则只要 x 或者 y 有一个值为 False，就返回 False
or x or y 只要 x 或者 y 有一个值为 True，就返回 True
只有 x 和 y 的值都为 False，才会返回 False
not not x 如果 x 为 True，返回 False
如果 x 为 False，返回 True

04. 赋值运算符

  • 在 Python 中，使用 = 可以给变量赋值
  • 在算术运算时，为了简化代码的编写，Python 还提供了一系列的 与 算术运算符 对应的 赋值运算符
  • 注意：赋值运算符中间不能使用空格
运算符 描述 实例
= 简单的赋值运算符 c = a + b 将 a + b 的运算结果赋值为 c
+= 加法赋值运算符 c += a 等效于 c = c + a
-= 减法赋值运算符 c -= a 等效于 c = c - a
*= 乘法赋值运算符 c *= a 等效于 c = c * a
/= 除法赋值运算符 c /= a 等效于 c = c / a
//= 取整除赋值运算符 c //= a 等效于 c = c // a
%= 取 模 (余数)赋值运算符 c %= a 等效于 c = c % a
**= 幂赋值运算符 c **= a 等效于 c = c ** a

05. 运算符的优先级

  • 以下表格的算数优先级由高到最低顺序排列
运算符 描述
** 幂 (最高优先级)
* / % // 乘、除、取余数、取整除
+ - 加法、减法
<= < > >= 比较运算符
== != 等于运算符
= %= /= //= -= += *= **= 赋值运算符
not or and 逻辑运算符

循环

01. 程序的三大流程

  • 在程序开发中，一共有三种流程方式：

    • 顺序 —— 从上向下，顺序执行代码
    • 分支 —— 根据条件判断，决定执行代码的 分支
    • 循环 —— 让 特定代码 重复 执行

02. while 循环基本使用

  • 循环的作用就是让 指定的代码 重复的执行

  • while 循环最常用的应用场景就是 让执行的代码 按照 指定的次数 重复 执行

  • 需求 —— 打印 5 遍 Hello Python

  • 思考 —— 如果要求打印 100 遍怎么办？

2.1 while 语句基本语法

1
2
3
4
5
6
7
8
9
初始条件设置 —— 通常是重复执行的 计数器

while 条件(判断 计数器 是否达到 目标次数):
    条件满足时，做的事情1
    条件满足时，做的事情2
    条件满足时，做的事情3
    ...(省略)...
    
    处理条件(计数器 + 1)

注意：

  • while 语句以及缩进部分是一个 完整的代码块

第一个 while 循环

需求

  • 打印 5 遍 Hello Python
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
# 1. 定义重复次数计数器
i = 1

# 2. 使用 while 判断条件
while i <= 5:
    # 要重复执行的代码
    print("Hello Python")

    # 处理计数器 i
    i = i + 1

print("循环结束后的 i = %d" % i)

注意：循环结束后，之前定义的计数器条件的数值是依旧存在的

死循环

由于程序员的原因，忘记 在循环内部 修改循环的判断条件，导致循环持续执行，程序无法终止！

2.2 赋值运算符

  • 在 Python 中，使用 = 可以给变量赋值
  • 在算术运算时，为了简化代码的编写，Python 还提供了一系列的 与 算术运算符 对应的 赋值运算符
  • 注意：赋值运算符中间不能使用空格
运算符 描述 实例
= 简单的赋值运算符 c = a + b 将 a + b 的运算结果赋值为 c
+= 加法赋值运算符 c += a 等效于 c = c + a
-= 减法赋值运算符 c -= a 等效于 c = c - a
*= 乘法赋值运算符 c *= a 等效于 c = c * a
/= 除法赋值运算符 c /= a 等效于 c = c / a
//= 取整除赋值运算符 c //= a 等效于 c = c // a
%= 取 模 (余数)赋值运算符 c %= a 等效于 c = c % a
**= 幂赋值运算符 c **= a 等效于 c = c ** a

2.3 Python 中的计数方法

常见的计数方法有两种，可以分别称为：

  • 自然计数法（从 1 开始）—— 更符合人类的习惯
  • 程序计数法（从 0 开始）—— 几乎所有的程序语言都选择从 0 开始计数

因此，大家在编写程序时，应该尽量养成习惯：除非需求的特殊要求，否则 循环 的计数都从 0 开始

2.4 循环计算

在程序开发中，通常会遇到 利用循环 重复计算 的需求

遇到这种需求，可以：

  1. 在 while 上方定义一个变量，用于 存放最终计算结果
  2. 在循环体内部，每次循环都用 最新的计算结果，更新 之前定义的变量

需求

  • 计算 0 ~ 100 之间所有数字的累计求和结果
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
# 计算 0 ~ 100 之间所有数字的累计求和结果
# 0. 定义最终结果的变量
result = 0

# 1. 定义一个整数的变量记录循环的次数
i = 0

# 2. 开始循环
while i <= 100:
    print(i)

    # 每一次循环，都让 result 这个变量和 i 这个计数器相加
    result += i

    # 处理计数器
    i += 1

print("0~100之间的数字求和结果 = %d" % result)

需求进阶

  • 计算 0 ~ 100 之间 所有 偶数 的累计求和结果

开发步骤

  1. 编写循环 确认 要计算的数字
  2. 添加 结果 变量，在循环内部 处理计算结果
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
# 0. 最终结果
result = 0

# 1. 计数器
i = 0

# 2. 开始循环
while i <= 100:

    # 判断偶数
    if i % 2 == 0:
        print(i)
        result += i

    # 处理计数器
    i += 1

print("0~100之间偶数求和结果 = %d" % result)

03. break 和 continue

break 和 continue 是专门在循环中使用的关键字

  • break 某一条件满足时，退出循环，不再执行后续重复的代码
  • continue 某一条件满足时，不执行后续重复的代码

break 和 continue 只针对 当前所在循环 有效

002_循环流程图.png

3.1 break

  • 在循环过程中，如果 某一个条件满足后，不 再希望 循环继续执行，可以使用 break 退出循环
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
i = 0

while i < 10:

    # break 某一条件满足时，退出循环，不再执行后续重复的代码
    # i == 3
    if i == 3:
        break

    print(i)

    i += 1

print("over")

break 只针对当前所在循环有效

3.2 continue

  • 在循环过程中，如果 某一个条件满足后，不 希望 执行循环代码，但是又不希望退出循环，可以使用 continue
  • 也就是：在整个循环中，只有某些条件，不需要执行循环代码，而其他条件都需要执行
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
i = 0

while i < 10:

    # 当 i == 7 时，不希望执行需要重复执行的代码
    if i == 7:
        # 在使用 continue 之前，同样应该修改计数器
        # 否则会出现死循环
        i += 1

        continue

    # 重复执行的代码
    print(i)

    i += 1

  • 需要注意：使用 continue 时，条件处理部分的代码，需要特别注意，不小心会出现 死循环

continue 只针对当前所在循环有效

04. while 循环嵌套

4.1 循环嵌套

  • while 嵌套就是：while 里面还有 while
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
while 条件 1:
    条件满足时，做的事情1
    条件满足时，做的事情2
    条件满足时，做的事情3
    ...(省略)...
    
    while 条件 2:
        条件满足时，做的事情1
        条件满足时，做的事情2
        条件满足时，做的事情3
        ...(省略)...
    
        处理条件 2
    
    处理条件 1

4.2 循环嵌套演练 —— 九九乘法表

第 1 步：用嵌套打印小星星

需求

  • 在控制台连续输出五行 *，每一行星号的数量依次递增
1
2
3
4
5
*
**
***
****
*****
  • 使用字符串 * 打印
1
2
3
4
5
6
7
8
9
# 1. 定义一个计数器变量，从数字1开始，循环会比较方便
row = 1

while row <= 5:

    print("*" * row)

    row += 1

第 2 步：使用循环嵌套打印小星星

知识点 对 print 函数的使用做一个增强

  • 在默认情况下，print 函数输出内容之后，会自动在内容末尾增加换行

  • 如果不希望末尾增加换行，可以在 print 函数输出内容的后面增加 , end=""

  • 其中 "" 中间可以指定 print 函数输出内容之后，继续希望显示的内容

  • 语法格式如下：

1
2
3
4
5
# 向控制台输出内容结束之后，不会换行
print("*", end="")

# 单纯的换行
print("")

end="" 表示向控制台输出内容结束之后，不会换行

假设 Python 没有提供 字符串的 * 操作 拼接字符串

需求

  • 在控制台连续输出五行 *，每一行星号的数量依次递增
1
2
3
4
5
*
**
***
****
*****

开发步骤

  • 1> 完成 5 行内容的简单输出
  • 2> 分析每行内部的 * 应该如何处理？
    • 每行显示的星星和当前所在的行数是一致的
    • 嵌套一个小的循环，专门处理每一行中 列 的星星显示
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
row = 1

while row <= 5:

    # 假设 python 没有提供字符串 * 操作
    # 在循环内部，再增加一个循环，实现每一行的 星星 打印
    col = 1

    while col <= row:
        print("*", end="")

        col += 1

    # 每一行星号输出完成后，再增加一个换行
    print("")

    row += 1

第 3 步： 九九乘法表

需求 输出 九九乘法表，格式如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 * 1 = 1	
1 * 2 = 2	2 * 2 = 4	
1 * 3 = 3	2 * 3 = 6	3 * 3 = 9	
1 * 4 = 4	2 * 4 = 8	3 * 4 = 12	4 * 4 = 16	
1 * 5 = 5	2 * 5 = 10	3 * 5 = 15	4 * 5 = 20	5 * 5 = 25	
1 * 6 = 6	2 * 6 = 12	3 * 6 = 18	4 * 6 = 24	5 * 6 = 30	6 * 6 = 36	
1 * 7 = 7	2 * 7 = 14	3 * 7 = 21	4 * 7 = 28	5 * 7 = 35	6 * 7 = 42	7 * 7 = 49	
1 * 8 = 8	2 * 8 = 16	3 * 8 = 24	4 * 8 = 32	5 * 8 = 40	6 * 8 = 48	7 * 8 = 56	8 * 8 = 64	
1 * 9 = 9	2 * 9 = 18	3 * 9 = 27	4 * 9 = 36	5 * 9 = 45	6 * 9 = 54	7 * 9 = 63	8 * 9 = 72	9 * 9 = 81

开发步骤

    1. 打印 9 行小星星
1
2
3
4
5
6
7
8
9
*
**
***
****
*****
******
*******
********
*********
    1. 将每一个 * 替换成对应的行与列相乘
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
# 定义起始行
row = 1

# 最大打印 9 行
while row <= 9:
    # 定义起始列
    col = 1

    # 最大打印 row 列
    while col <= row:

        # end = ""，表示输出结束后，不换行
        # "\t" 可以在控制台输出一个制表符，协助在输出文本时对齐
        print("%d * %d = %d" % (col, row, row * col), end="\t")

        # 列数 + 1
        col += 1

    # 一行打印完成的换行
    print("")

    # 行数 + 1
    row += 1

字符串中的转义字符

  • \t 在控制台输出一个 制表符，协助在输出文本时 垂直方向 保持对齐
  • \n 在控制台输出一个 换行符

制表符 的功能是在不使用表格的情况下在 垂直方向 按列对齐文本

转义字符 描述
\\ 反斜杠符号
\‘ 单引号
\“ 双引号
\n 换行
\t 横向制表符
\r 回车

函数基础

01. 函数的快速体验

1.1 快速体验

  • 所谓函数，就是把 具有独立功能的代码块 组织为一个小模块，在需要的时候 调用
  • 函数的使用包含两个步骤：
    1. 定义函数 —— 封装 独立的功能
    2. 调用函数 —— 享受 封装 的成果
  • 函数的作用，在开发程序时，使用函数可以提高编写的效率以及代码的 重用

02. 函数基本使用

2.1 函数的定义

定义函数的格式如下：

1
2
3
4
def 函数名():

    函数封装的代码
    ……
  1. def 是英文 define 的缩写
  2. 函数名称 应该能够表达 函数封装代码 的功能，方便后续的调用
  3. 函数名称 的命名应该 符合 标识符的命名规则
    • 可以由 字母、下划线 和 数字 组成
    • 不能以数字开头
    • 不能与关键字重名

2.2 函数调用

调用函数很简单的，通过 函数名() 即可完成对函数的调用

  • 定义好函数之后，只表示这个函数封装了一段代码而已
  • 如果不主动调用函数，函数是不会主动执行的

思考

  • 能否将 函数调用 放在 函数定义 的上方？

    • 不能！
    • 因为在 使用函数名 调用函数之前，必须要保证 Python 已经知道函数的存在
    • 否则控制台会提示 NameError: name 'say_hello' is not defined (名称错误：say_hello 这个名字没有被定义)

2.4 PyCharm 的调试工具

  • F8 Step Over 可以单步执行代码，会把函数调用看作是一行代码直接执行
  • F7 Step Into 可以单步执行代码，如果是函数，会进入函数内部

2.5 函数的文档注释

  • 在开发中，如果希望给函数添加注释，应该在 定义函数 的下方，使用 连续的三对引号
  • 在 连续的三对引号 之间编写对函数的说明文字
  • 在 函数调用 位置，使用快捷键 CTRL + Q 可以查看函数的说明信息

注意：因为 函数体相对比较独立，函数定义的上方，应该和其他代码（包括注释）保留 两个空行

03. 函数的参数

3.1 函数参数的使用

  • 在函数名的后面的小括号内部填写 参数
  • 多个参数之间使用 , 分隔
1
2
3
4
5
6
7
8
def sum_2_num(num1, num2):

    result = num1 + num2
    
    print("%d + %d = %d" % (num1, num2, result))

sum_2_num(50, 20)

3.2 参数的作用

  • 函数，把 具有独立功能的代码块 组织为一个小模块，在需要的时候 调用
  • 函数的参数，增加函数的 通用性，针对 相同的数据处理逻辑，能够 适应更多的数据
    1. 在函数 内部，把参数当做 变量 使用，进行需要的数据处理
    2. 函数调用时，按照函数定义的参数顺序，把 希望在函数内部处理的数据，通过参数 传递

3.3 形参和实参

  • 形参：定义 函数时，小括号中的参数，是用来接收参数用的，在函数内部 作为变量使用
  • 实参：调用 函数时，小括号中的参数，是用来把数据传递到 函数内部 用的

04. 函数的返回值

  • 在程序开发中，有时候，会希望 一个函数执行结束后，告诉调用者一个结果，以便调用者针对具体的结果做后续的处理
  • 返回值 是函数 完成工作后，最后 给调用者的 一个结果
  • 在函数中使用 return 关键字可以返回结果
  • 调用函数一方，可以 使用变量 来 接收 函数的返回结果

注意：return 表示返回，后续的代码都不会被执行

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
def sum_2_num(num1, num2):
    """对两个数字的求和"""

    return num1 + num2

# 调用函数，并使用 result 变量接收计算结果
result = sum_2_num(10, 20)

print("计算结果是 %d" % result)

05. 函数的嵌套调用

  • 一个函数里面 又调用 了 另外一个函数，这就是 函数嵌套调用
  • 如果函数 test2 中，调用了另外一个函数 test1
    • 那么执行到调用 test1 函数时，会先把函数 test1 中的任务都执行完
    • 才会回到 test2 中调用函数 test1 的位置，继续执行后续的代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
def test1():

    print("*" * 50)
    print("test 1")
    print("*" * 50)


def test2():

    print("-" * 50)
    print("test 2")
    
    test1()
    
    print("-" * 50)

test2()

函数嵌套的演练 —— 打印分隔线

体会一下工作中 需求是多变 的

需求 1

  • 定义一个 print_line 函数能够打印 * 组成的 一条分隔线
1
2
3
4
def print_line(char):

    print("*" * 50)

需求 2

  • 定义一个函数能够打印 由任意字符组成 的分隔线
1
2
3
4
def print_line(char):

    print(char * 50)

需求 3

  • 定义一个函数能够打印 任意重复次数 的分隔线
1
2
3
4
def print_line(char, times):

    print(char * times)

需求 4

  • 定义一个函数能够打印 5 行 的分隔线，分隔线要求符合需求 3

提示：工作中针对需求的变化，应该冷静思考，不要轻易修改之前已经完成的，能够正常执行的函数！

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
def print_line(char, times):

    print(char * times)


def print_lines(char, times):

    row = 0
    
    while row < 5:
        print_line(char, times)

        row += 1

06. 使用模块中的函数

模块是 Python 程序架构的一个核心概念

  • 模块 就好比是 工具包，要想使用这个工具包中的工具，就需要 导入 import 这个模块
  • 每一个以扩展名 py 结尾的 Python 源代码文件都是一个 模块
  • 在模块中定义的 全局变量 、 函数 都是模块能够提供给外界直接使用的工具
  • 可以 在一个 Python 文件 中 定义 变量 或者 函数
  • 然后在 另外一个文件中 使用 import 导入这个模块
  • 导入之后，就可以使用 模块名.变量 / 模块名.函数 的方式，使用这个模块中定义的变量或者函数

模块可以让 曾经编写过的代码 方便的被 复用！

6.1 模块名也是一个标识符

  • 标示符可以由 字母、下划线 和 数字 组成
  • 不能以数字开头
  • 不能与关键字重名

注意：如果在给 Python 文件起名时，以数字开头 是无法在 PyCharm 中通过导入这个模块的

6.2 Pyc 文件（了解）

C 是 compiled 编译过 的意思

  1. 浏览程序目录会发现一个 __pycache__ 的目录
  2. 目录下会有一个 .pyc 文件，cpython-35 表示 Python 解释器的版本
  3. 这个 pyc 文件是由 Python 解释器将 模块的源码 转换为 字节码
    • Python 这样保存 字节码 是作为一种启动 速度的优化

字节码

  • Python 在解释源程序时是分成两个步骤的

    1. 首先处理源代码，编译 生成一个二进制 字节码
    2. 再对 字节码 进行处理，才会生成 CPU 能够识别的 机器码

  • 有了模块的字节码文件之后，下一次运行程序时，如果在 上次保存字节码之后 没有修改过源代码，Python 将会加载 .pyc 文件并跳过编译这个步骤

  • 当 Python 重编译时，它会自动检查源文件和字节码文件的时间戳

  • 如果你又修改了源代码，下次程序运行时，字节码将自动重新创建

提示：有关模块以及模块的其他导入方式，后续课程还会逐渐展开！

模块是 Python 程序架构的一个核心概念

高级变量类型

知识点回顾

  • Python 中数据类型可以分为 数字型 和 非数字型

  • 数字型

    • 整型 (int)
    • 浮点型（float）
    • 布尔型（bool）
      • 真 True 非 0 数 —— 非零即真
      • 假 False 0
    • 复数型 (complex)
      • 主要用于科学计算，例如：平面场问题、波动问题、电感电容等问题

  • 非数字型

    • 字符串
    • 列表
    • 元组
    • 字典

  • 在 Python 中，所有 非数字型变量 都支持以下特点：

    1. 都是一个 序列 sequence，也可以理解为 容器
    2. 取值 []
    3. 遍历 for in
    4. 计算长度、最大/最小值、比较、删除
    5. 链接 + 和 重复 *
    6. 切片

01. 列表

1.1 列表的定义

  • List（列表） 是 Python 中使用 最频繁 的数据类型，在其他语言中通常叫做 数组
  • 专门用于存储 一串 信息
  • 列表用 [] 定义，数据 之间使用 , 分隔
  • 列表的 索引 从 0 开始
    • 索引 就是数据在 列表 中的位置编号，索引 又可以被称为 下标

注意：从列表中取值时，如果 超出索引范围，程序会报错

1
name_list = ["zhangsan", "lisi", "wangwu"]

001_列表示意图

1.2 列表常用操作

  • 在 ipython3 中定义一个 列表，例如：name_list = []
  • 输入 name_list. 按下 TAB 键，ipython 会提示 列表 能够使用的 方法 如下：
1
2
3
4
In [1]: name_list.
name_list.append   name_list.count    name_list.insert   name_list.reverse
name_list.clear    name_list.extend   name_list.pop      name_list.sort
name_list.copy     name_list.index    name_list.remove
序号 分类 关键字 / 函数 / 方法 说明
1 增加 列表.insert(索引, 数据) 在指定位置插入数据
列表.append(数据) 在末尾追加数据
列表.extend(列表2) 将列表2 的数据追加到列表
2 修改 列表[索引] = 数据 修改指定索引的数据
3 删除 del 列表[索引] 删除指定索引的数据
列表.remove[数据] 删除第一个出现的指定数据
列表.pop 删除末尾数据
列表.pop(索引) 删除指定索引数据
列表.clear 清空列表
4 统计 len(列表) 列表长度
列表.count(数据) 数据在列表中出现的次数
5 排序 列表.sort() 升序排序
列表.sort(reverse=True) 降序排序
列表.reverse() 逆序、反转

del 关键字（科普）

  • 使用 del 关键字(delete) 同样可以删除列表中元素
  • del 关键字本质上是用来 将一个变量从内存中删除的
  • 如果使用 del 关键字将变量从内存中删除，后续的代码就不能再使用这个变量了
1
del name_list[1]

在日常开发中，要从列表删除数据，建议 使用列表提供的方法

关键字、函数和方法（科普）

  • 关键字 是 Python 内置的、具有特殊意义的标识符
1
2
3
In [1]: import keyword
In [2]: print(keyword.kwlist)
In [3]: print(len(keyword.kwlist))

关键字后面不需要使用括号

  • 函数 封装了独立功能，可以直接调用
1
函数名(参数)
  • 方法 和函数类似，同样是封装了独立的功能
  • 方法 需要通过 对象 来调用，表示针对这个 对象 要做的操作
1
对象.方法名(参数)

在变量后面输入 .，然后选择针对这个变量要执行的操作，记忆起来比函数要简单很多

1.3 循环遍历

  • 遍历 就是 从头到尾 依次 从 列表 中获取数据

    • 在 循环体内部 针对 每一个元素，执行相同的操作

  • 在 Python 中为了提高列表的遍历效率，专门提供的 迭代 iteration 遍历

  • 使用 for 就能够实现迭代遍历

1
2
3
4
5
6
# for 循环内部使用的变量 in 列表
for name in name_list:

    循环内部针对列表元素进行操作
    print(name)

002_forin循环流程图-w420

1.4 应用场景

  • 尽管 Python 的 列表 中可以 存储不同类型的数据
  • 但是在开发中，更多的应用场景是
    1. 列表 存储相同类型的数据
    2. 通过 迭代遍历，在循环体内部，针对列表中的每一项元素，执行相同的操作

02. 元组

2.1 元组的定义

  • Tuple（元组）与列表类似，不同之处在于元组的 元素不能修改
    • 元组 表示多个元素组成的序列
    • 元组 在 Python 开发中，有特定的应用场景
  • 用于存储 一串 信息，数据 之间使用 , 分隔
  • 元组用 () 定义
  • 元组的 索引 从 0 开始
    • 索引 就是数据在 元组 中的位置编号
1
info_tuple = ("zhangsan", 18, 1.75)

创建空元组

1
info_tuple = ()

元组中 只包含一个元素 时，需要 在元素后面添加逗号

1
info_tuple = (50, )

003_元组示意图-w500

2.2 元组常用操作

  • 在 ipython3 中定义一个 元组，例如：info = ()
  • 输入 info. 按下 TAB 键，ipython 会提示 元组 能够使用的函数如下：
1
info.count  info.index

有关 元组 的 常用操作 可以参照上图练习

2.3 循环遍历

  • 取值 就是从 元组 中获取存储在指定位置的数据
  • 遍历 就是 从头到尾 依次 从 元组 中获取数据
1
2
3
4
5
6
# for 循环内部使用的变量 in 元组
for item in info:

    循环内部针对元组元素进行操作
    print(item)

  • 在 Python 中，可以使用 for 循环遍历所有非数字型类型的变量：列表、元组、字典 以及 字符串
  • 提示：在实际开发中，除非 能够确认元组中的数据类型，否则针对元组的循环遍历需求并不是很多

2.4 应用场景

  • 尽管可以使用 for in 遍历 元组
  • 但是在开发中，更多的应用场景是：
    • 函数的 参数 和 返回值，一个函数可以接收 任意多个参数，或者 一次返回多个数据
      • 有关 函数的参数 和 返回值，在后续 函数高级 给大家介绍
    • 格式字符串，格式化字符串后面的 () 本质上就是一个元组
    • 让列表不可以被修改，以保护数据安全
1
2
3
4
info = ("zhangsan", 18)

print("%s 的年龄是 %d" % info)

元组和列表之间的转换

  • 使用 list 函数可以把元组转换成列表
1
list(元组)
  • 使用 tuple 函数可以把列表转换成元组
1
tuple(列表)

03. 字典

3.1 字典的定义

  • dictionary（字典） 是 除列表以外 Python 之中 最灵活 的数据类型
  • 字典同样可以用来 存储多个数据
    • 通常用于存储 描述一个 物体 的相关信息
  • 和列表的区别
    • 列表 是 有序 的对象集合
    • 字典 是 无序 的对象集合
  • 字典用 {} 定义
  • 字典使用 键值对 存储数据，键值对之间使用 , 分隔
    • 键 key 是索引
    • 值 value 是数据
    • 键 和 值 之间使用 : 分隔
    • 键必须是唯一的
    • 值 可以取任何数据类型，但 键 只能使用 字符串、数字或 元组
1
2
3
4
xiaoming = {"name": "小明",
            "age": 18,
            "gender": True,
            "height": 1.75}

002_字典示意图

3.2 字典常用操作

  • 在 ipython3 中定义一个 字典，例如：xiaoming = {}
  • 输入 xiaoming. 按下 TAB 键，ipython 会提示 字典 能够使用的函数如下：
1
2
3
4
5
In [1]: xiaoming.
xiaoming.clear       xiaoming.items       xiaoming.setdefault
xiaoming.copy        xiaoming.keys        xiaoming.update
xiaoming.fromkeys    xiaoming.pop         xiaoming.values
xiaoming.get         xiaoming.popitem

有关 字典 的 常用操作 可以参照上图练习

3.3 循环遍历

  • 遍历 就是 依次 从 字典 中获取所有键值对
1
2
3
4
# for 循环内部使用的 `key 的变量` in 字典
for k in xiaoming:

    print("%s: %s" % (k, xiaoming[k]))

提示：在实际开发中，由于字典中每一个键值对保存数据的类型是不同的，所以针对字典的循环遍历需求并不是很多

3.4 应用场景

  • 尽管可以使用 for in 遍历 字典
  • 但是在开发中，更多的应用场景是：
    • 使用 多个键值对，存储 描述一个 物体 的相关信息 —— 描述更复杂的数据信息
    • 将 多个字典 放在 一个列表 中，再进行遍历，在循环体内部针对每一个字典进行 相同的处理
1
2
3
4
5
6
7
8
card_list = [{"name": "张三",
              "qq": "12345",
              "phone": "110"},
             {"name": "李四",
              "qq": "54321",
              "phone": "10086"}
             ]

04. 字符串

4.1 字符串的定义

  • 字符串 就是 一串字符，是编程语言中表示文本的数据类型
  • 在 Python 中可以使用 一对双引号 " 或者 一对单引号 ' 定义一个字符串
    • 虽然可以使用 \" 或者 \' 做字符串的转义，但是在实际开发中：
      • 如果字符串内部需要使用 "，可以使用 ' 定义字符串
      • 如果字符串内部需要使用 '，可以使用 " 定义字符串
  • 可以使用 索引 获取一个字符串中 指定位置的字符，索引计数从 0 开始
  • 也可以使用 for 循环遍历 字符串中每一个字符

大多数编程语言都是用 " 来定义字符串

1
2
3
4
5
string = "Hello Python"

for c in string:
    print(c)

005_字符串示意图-w500

4.2 字符串的常用操作

  • 在 ipython3 中定义一个 字符串，例如：hello_str = ""
  • 输入 hello_str. 按下 TAB 键，ipython 会提示 字符串 能够使用的 方法 如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
In [1]: hello_str.
hello_str.capitalize    hello_str.isidentifier  hello_str.rindex
hello_str.casefold      hello_str.islower       hello_str.rjust
hello_str.center        hello_str.isnumeric     hello_str.rpartition
hello_str.count         hello_str.isprintable   hello_str.rsplit
hello_str.encode        hello_str.isspace       hello_str.rstrip
hello_str.endswith      hello_str.istitle       hello_str.split
hello_str.expandtabs    hello_str.isupper       hello_str.splitlines
hello_str.find          hello_str.join          hello_str.startswith
hello_str.format        hello_str.ljust         hello_str.strip
hello_str.format_map    hello_str.lower         hello_str.swapcase
hello_str.index         hello_str.lstrip        hello_str.title
hello_str.isalnum       hello_str.maketrans     hello_str.translate
hello_str.isalpha       hello_str.partition     hello_str.upper
hello_str.isdecimal     hello_str.replace       hello_str.zfill
hello_str.isdigit       hello_str.rfind

提示：正是因为 python 内置提供的方法足够多，才使得在开发时，能够针对字符串进行更加灵活的操作！应对更多的开发需求！

1) 判断类型 - 9

方法 说明
string.isspace() 如果 string 中只包含空格，则返回 True
string.isalnum() 如果 string 至少有一个字符并且所有字符都是字母或数字则返回 True
string.isalpha() 如果 string 至少有一个字符并且所有字符都是字母则返回 True
string.isdecimal() 如果 string 只包含数字则返回 True，全角数字
string.isdigit() 如果 string 只包含数字则返回 True，全角数字、⑴、\u00b2
string.isnumeric() 如果 string 只包含数字则返回 True，全角数字，汉字数字
string.istitle() 如果 string 是标题化的(每个单词的首字母大写)则返回 True
string.islower() 如果 string 中包含至少一个区分大小写的字符，并且所有这些(区分大小写的)字符都是小写，则返回 True
string.isupper() 如果 string 中包含至少一个区分大小写的字符，并且所有这些(区分大小写的)字符都是大写，则返回 True

2) 查找和替换 - 7

方法 说明
string.startswith(str) 检查字符串是否是以 str 开头，是则返回 True
string.endswith(str) 检查字符串是否是以 str 结束，是则返回 True
string.find(str, start=0, end=len(string)) 检测 str 是否包含在 string 中，如果 start 和 end 指定范围，则检查是否包含在指定范围内，如果是返回开始的索引值，否则返回 -1
string.rfind(str, start=0, end=len(string)) 类似于 find()，不过是从右边开始查找
string.index(str, start=0, end=len(string)) 跟 find() 方法类似，不过如果 str 不在 string 会报错
string.rindex(str, start=0, end=len(string)) 类似于 index()，不过是从右边开始
string.replace(old_str, new_str, num=string.count(old)) 把 string 中的 old_str 替换成 new_str，如果 num 指定，则替换不超过 num 次

3) 大小写转换 - 5

方法 说明
string.capitalize() 把字符串的第一个字符大写
string.title() 把字符串的每个单词首字母大写
string.lower() 转换 string 中所有大写字符为小写
string.upper() 转换 string 中的小写字母为大写
string.swapcase() 翻转 string 中的大小写

4) 文本对齐 - 3

方法 说明
string.ljust(width) 返回一个原字符串左对齐，并使用空格填充至长度 width 的新字符串
string.rjust(width) 返回一个原字符串右对齐，并使用空格填充至长度 width 的新字符串
string.center(width) 返回一个原字符串居中，并使用空格填充至长度 width 的新字符串

5) 去除空白字符 - 3

方法 说明
string.lstrip() 截掉 string 左边（开始）的空白字符
string.rstrip() 截掉 string 右边（末尾）的空白字符
string.strip() 截掉 string 左右两边的空白字符

6) 拆分和连接 - 5

方法 说明
string.partition(str) 把字符串 string 分成一个 3 元素的元组 (str前面, str, str后面)
string.rpartition(str) 类似于 partition() 方法，不过是从右边开始查找
string.split(str=””, num) 以 str 为分隔符拆分 string，如果 num 有指定值，则仅分隔 num + 1 个子字符串，str 默认包含 ‘\r’, ‘\t’, ‘\n’ 和空格
string.splitlines() 按照行(‘\r’, ‘\n’, ‘\r\n’)分隔，返回一个包含各行作为元素的列表
string.join(seq) 以 string 作为分隔符，将 seq 中所有的元素（的字符串表示）合并为一个新的字符串

4.3 字符串的切片

  • 切片 方法适用于 字符串、列表、元组
    • 切片 使用 索引值 来限定范围，从一个大的 字符串 中 切出 小的 字符串
    • 列表 和 元组 都是 有序 的集合，都能够 通过索引值 获取到对应的数据
    • 字典 是一个 无序 的集合，是使用 键值对 保存数据

006_字符串索引示意图.png

1
字符串[开始索引:结束索引:步长]

注意：

  1. 指定的区间属于 左闭右开 型 [开始索引, 结束索引) => 开始索引 >= 范围 < 结束索引
    • 从 起始 位开始，到 结束位的前一位 结束（不包含结束位本身)
  2. 从头开始，开始索引 数字可以省略，冒号不能省略
  3. 到末尾结束，结束索引 数字可以省略，冒号不能省略
  4. 步长默认为 1，如果连续切片，数字和冒号都可以省略

索引的顺序和倒序

  • 在 Python 中不仅支持 顺序索引，同时还支持 倒序索引
  • 所谓倒序索引就是 从右向左 计算索引
    • 最右边的索引值是 -1，依次递减

演练需求

    1. 截取从 2 ~ 5 位置 的字符串
    1. 截取从 2 ~ 末尾 的字符串
    1. 截取从 开始 ~ 5 位置 的字符串
    1. 截取完整的字符串
    1. 从开始位置，每隔一个字符截取字符串
    1. 从索引 1 开始，每隔一个取一个
    1. 截取从 2 ~ 末尾 - 1 的字符串
    1. 截取字符串末尾两个字符
    1. 字符串的逆序（面试题）

答案

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
num_str = "0123456789"

# 1. 截取从 2 ~ 5 位置 的字符串
print(num_str[2:6])

# 2. 截取从 2 ~ `末尾` 的字符串
print(num_str[2:])

# 3. 截取从 `开始` ~ 5 位置 的字符串
print(num_str[:6])

# 4. 截取完整的字符串
print(num_str[:])

# 5. 从开始位置，每隔一个字符截取字符串
print(num_str[::2])

# 6. 从索引 1 开始，每隔一个取一个
print(num_str[1::2])

# 倒序切片
# -1 表示倒数第一个字符
print(num_str[-1])

# 7. 截取从 2 ~ `末尾 - 1` 的字符串
print(num_str[2:-1])

# 8. 截取字符串末尾两个字符
print(num_str[-2:])

# 9. 字符串的逆序（面试题）
print(num_str[::-1])

05. 公共方法

5.1 Python 内置函数

Python 包含了以下内置函数：

函数 描述 备注
len(item) 计算容器中元素个数
del(item) 删除变量 del 有两种方式
max(item) 返回容器中元素最大值 如果是字典，只针对 key 比较
min(item) 返回容器中元素最小值 如果是字典，只针对 key 比较
cmp(item1, item2) 比较两个值，-1 小于/0 相等/1 大于 Python 3.x 取消了 cmp 函数

注意

  • 字符串 比较符合以下规则： “0” < “A” < “a”

5.2 切片

描述 Python 表达式 结果 支持的数据类型
切片 “0123456789”[::-2] “97531” 字符串、列表、元组
  • 切片 使用 索引值 来限定范围，从一个大的 字符串 中 切出 小的 字符串
  • 列表 和 元组 都是 有序 的集合，都能够 通过索引值 获取到对应的数据
  • 字典 是一个 无序 的集合，是使用 键值对 保存数据

5.3 运算符

运算符 Python 表达式 结果 描述 支持的数据类型
+ [1, 2] + [3, 4] [1, 2, 3, 4] 合并 字符串、列表、元组
* [“Hi!”] * 4 [‘Hi!’, ‘Hi!’, ‘Hi!’, ‘Hi!’] 重复 字符串、列表、元组
in 3 in (1, 2, 3) True 元素是否存在 字符串、列表、元组、字典
not in 4 not in (1, 2, 3) True 元素是否不存在 字符串、列表、元组、字典
> >= == < <= (1, 2, 3) < (2, 2, 3) True 元素比较 字符串、列表、元组

注意

  • in 在对 字典 操作时，判断的是 字典的键
  • in 和 not in 被称为 成员运算符

成员运算符

成员运算符用于 测试 序列中是否包含指定的 成员

运算符 描述 实例
in 如果在指定的序列中找到值返回 True，否则返回 False 3 in (1, 2, 3) 返回 True
not in 如果在指定的序列中没有找到值返回 True，否则返回 False 3 not in (1, 2, 3) 返回 False

注意：在对 字典 操作时，判断的是 字典的键

5.4 完整的 for 循环语法

  • 在 Python 中完整的 for 循环 的语法如下：
1
2
3
4
5
for 变量 in 集合:
    
    循环体代码
else:
    没有通过 break 退出循环，循环结束后，会执行的代码

应用场景

  • 在 迭代遍历 嵌套的数据类型时，例如 一个列表包含了多个字典
  • 需求：要判断 某一个字典中 是否存在 指定的 值
    • 如果 存在，提示并且退出循环
    • 如果 不存在，在 循环整体结束 后，希望 得到一个统一的提示
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
students = [
    {"name": "阿土",
     "age": 20,
     "gender": True,
     "height": 1.7,
     "weight": 75.0},
    {"name": "小美",
     "age": 19,
     "gender": False,
     "height": 1.6,
     "weight": 45.0},
]

find_name = "阿土"

for stu_dict in students:

    print(stu_dict)

    # 判断当前遍历的字典中姓名是否为find_name
    if stu_dict["name"] == find_name:
        print("找到了")

        # 如果已经找到，直接退出循环，就不需要再对后续的数据进行比较
        break

else:
    print("没有找到")

print("循环结束")

变量进阶（理解）

01. 变量的引用

  • 变量 和 数据 都是保存在 内存 中的
  • 在 Python 中 函数 的 参数传递 以及 返回值 都是靠 引用 传递的

1.1 引用的概念

在 Python 中

  • 变量 和 数据 是分开存储的
  • 数据 保存在内存中的一个位置
  • 变量 中保存着数据在内存中的地址
  • 变量 中 记录数据的地址，就叫做 引用
  • 使用 id() 函数可以查看变量中保存数据所在的 内存地址

注意：如果变量已经被定义，当给一个变量赋值的时候，本质上是 修改了数据的引用

  • 变量 不再 对之前的数据引用
  • 变量 改为 对新赋值的数据引用

1.2 变量引用 的示例

在 Python 中，变量的名字类似于 便签纸 贴在 数据 上

  • 定义一个整数变量 a，并且赋值为 1
代码 图示
a = 1 004_a1tag
  • 将变量 a 赋值为 2
代码 图示
a = 2 image-20210311174831540
  • 定义一个整数变量 b，并且将变量 a 的值赋值给 b
代码 图示
b = a 006_ab2tag

变量 b 是第 2 个贴在数字 2 上的标签

1.3 函数的参数和返回值的传递

在 Python 中，函数的 实参/返回值 都是是靠 引用 来传递来的

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
def test(num):

    print("-" * 50)
    print("%d 在函数内的内存地址是 %x" % (num, id(num)))

    result = 100

    print("返回值 %d 在内存中的地址是 %x" % (result, id(result)))
    print("-" * 50)

    return  result

a = 10
print("调用函数前 内存地址是 %x" % id(a))

r = test(a)

print("调用函数后 实参内存地址是 %x" % id(a))
print("调用函数后 返回值内存地址是 %x" % id(r))

02. 可变和不可变类型

  • 不可变类型，内存中的数据不允许被修改：

    • 数字类型 int, bool, float, complex, long(2.x)
    • 字符串 str
    • 元组 tuple

  • 可变类型，内存中的数据可以被修改：

    • 列表 list
    • 字典 dict
1
2
3
4
a = 1
a = "hello"
a = [1, 2, 3]
a = [3, 2, 1]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
demo_list = [1, 2, 3]

print("定义列表后的内存地址 %d" % id(demo_list))

demo_list.append(999)
demo_list.pop(0)
demo_list.remove(2)
demo_list[0] = 10

print("修改数据后的内存地址 %d" % id(demo_list))

demo_dict = {"name": "小明"}

print("定义字典后的内存地址 %d" % id(demo_dict))

demo_dict["age"] = 18
demo_dict.pop("name")
demo_dict["name"] = "老王"

print("修改数据后的内存地址 %d" % id(demo_dict))

注意：字典的 key 只能使用不可变类型的数据

注意

  1. 可变类型的数据变化，是通过 方法 来实现的
  2. 如果给一个可变类型的变量，赋值了一个新的数据，引用会修改
    • 变量 不再 对之前的数据引用
    • 变量 改为 对新赋值的数据引用

哈希 (hash)

  • Python 中内置有一个名字叫做 hash(o) 的函数
    • 接收一个 不可变类型 的数据作为 参数
    • 返回 结果是一个 整数
  • 哈希 是一种 算法，其作用就是提取数据的 特征码（指纹）
    • 相同的内容 得到 相同的结果
    • 不同的内容 得到 不同的结果
  • 在 Python 中，设置字典的 键值对 时，会首先对 key 进行 hash 已决定如何在内存中保存字典的数据，以方便 后续 对字典的操作：增、删、改、查
    • 键值对的 key 必须是不可变类型数据
    • 键值对的 value 可以是任意类型的数据

03. 局部变量和全局变量

  • 局部变量 是在 函数内部 定义的变量，只能在函数内部使用
  • 全局变量 是在 函数外部定义 的变量（没有定义在某一个函数内），所有函数 内部 都可以使用这个变量

提示：在其他的开发语言中，大多 不推荐使用全局变量 —— 可变范围太大，导致程序不好维护！

3.1 局部变量

  • 局部变量 是在 函数内部 定义的变量，只能在函数内部使用
  • 函数执行结束后，函数内部的局部变量，会被系统回收
  • 不同的函数，可以定义相同的名字的局部变量，但是 彼此之间 不会产生影响

局部变量的作用

  • 在函数内部使用，临时 保存 函数内部需要使用的数据
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
def demo1():

    num = 10

    print(num)

    num = 20

    print("修改后 %d" % num)


def demo2():

    num = 100

    print(num)

demo1()
demo2()

print("over")

局部变量的生命周期

  • 所谓 生命周期 就是变量从 被创建 到 被系统回收 的过程
  • 局部变量 在 函数执行时 才会被创建
  • 函数执行结束后 局部变量 被系统回收
  • 局部变量在生命周期 内，可以用来存储 函数内部临时使用到的数据

3.2 全局变量

  • 全局变量 是在 函数外部定义 的变量，所有函数内部都可以使用这个变量
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
# 定义一个全局变量
num = 10


def demo1():

    print(num)


def demo2():

    print(num)

demo1()
demo2()

print("over")

注意：函数执行时，需要处理变量时 会：

  1. 首先 查找 函数内部 是否存在 指定名称 的局部变量，如果有，直接使用
  2. 如果没有，查找 函数外部 是否存在 指定名称 的全局变量，如果有，直接使用
  3. 如果还没有，程序报错！

1) 函数不能直接修改 全局变量的引用

  • 全局变量 是在 函数外部定义 的变量（没有定义在某一个函数内），所有函数 内部 都可以使用这个变量

提示：在其他的开发语言中，大多 不推荐使用全局变量 —— 可变范围太大，导致程序不好维护！

  • 在函数内部，可以 通过全局变量的引用获取对应的数据
  • 但是，不允许直接修改全局变量的引用 —— 使用赋值语句修改全局变量的值
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
num = 10


def demo1():

    print("demo1" + "-" * 50)

    # 只是定义了一个局部变量，不会修改到全局变量，只是变量名相同而已
    num = 100
    print(num)


def demo2():

    print("demo2" + "-" * 50)
    print(num)

demo1()
demo2()

print("over")

注意：只是在函数内部定义了一个局部变量而已，只是变量名相同 —— 在函数内部不能直接修改全局变量的值

2) 在函数内部修改全局变量的值

  • 如果在函数中需要修改全局变量，需要使用 global 进行声明
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
num = 10


def demo1():

    print("demo1" + "-" * 50)

    # global 关键字，告诉 Python 解释器 num 是一个全局变量
    global num
    # 只是定义了一个局部变量，不会修改到全局变量，只是变量名相同而已
    num = 100
    print(num)


def demo2():

    print("demo2" + "-" * 50)
    print(num)

demo1()
demo2()

print("over")

3) 全局变量定义的位置

  • 为了保证所有的函数都能够正确使用到全局变量，应该 将全局变量定义在其他函数的上方
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
a = 10


def demo():
    print("%d" % a)
    print("%d" % b)
    print("%d" % c)

b = 20
demo()
c = 30

注意

  • 由于全局变量 c，是在调用函数之后，才定义的，在执行函数时，变量还没有定义，所以程序会报错！

代码结构示意图如下

001_代码结构示意图.png

函数进阶

01. 函数参数和返回值的作用

函数根据 有没有参数 以及 有没有返回值，可以 相互组合，一共有 4 种 组合形式

  1. 无参数，无返回值
  2. 无参数，有返回值
  3. 有参数，无返回值
  4. 有参数，有返回值

定义函数时，是否接收参数，或者是否返回结果，是根据 实际的功能需求 来决定的！

  1. 如果函数 内部处理的数据不确定，就可以将外界的数据以参数传递到函数内部
  2. 如果希望一个函数 执行完成后，向外界汇报执行结果，就可以增加函数的返回值

1.1 无参数，无返回值

此类函数，不接收参数，也没有返回值，应用场景如下：

  1. 只是单纯地做一件事情，例如 显示菜单
  2. 在函数内部 针对全局变量进行操作，例如：新建名片，最终结果 记录在全局变量 中
  • 如果全局变量的数据类型是一个 可变类型，在函数内部可以使用 方法 修改全局变量的内容 —— 变量的引用不会改变
  • 在函数内部，使用赋值语句 才会 修改变量的引用

1.2 无参数，有返回值

此类函数，不接收参数，但是有返回值，应用场景如下：

  • 采集数据，例如 温度计，返回结果就是当前的温度，而不需要传递任何的参数

1.3 有参数，无返回值

此类函数，接收参数，没有返回值，应用场景如下：

  • 函数内部的代码保持不变，针对 不同的参数 处理 不同的数据
  • 例如 名片管理系统 针对 找到的名片 做 修改、删除 操作

1.4 有参数，有返回值

此类函数，接收参数，同时有返回值，应用场景如下：

  • 函数内部的代码保持不变，针对 不同的参数 处理 不同的数据，并且 返回期望的处理结果
  • 例如 名片管理系统 使用 字典默认值 和 提示信息 提示用户输入内容
    • 如果输入，返回输入内容
    • 如果没有输入，返回字典默认值

02. 函数的返回值 进阶

  • 在程序开发中，有时候，会希望 一个函数执行结束后，告诉调用者一个结果，以便调用者针对具体的结果做后续的处理
  • 返回值 是函数 完成工作后，最后 给调用者的 一个结果
  • 在函数中使用 return 关键字可以返回结果
  • 调用函数一方，可以 使用变量 来 接收 函数的返回结果

问题：一个函数执行后能否返回多个结果？

示例 —— 温度和湿度测量

  • 假设要开发一个函数能够同时返回当前的温度和湿度
  • 先完成返回温度的功能如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
def measure():
    """返回当前的温度"""
    
    print("开始测量...")
    temp = 39
    print("测量结束...")
    
    return temp

result = measure()
print(result)
  • 在利用 元组 在返回温度的同时，也能够返回 湿度
  • 改造如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
def measure():
    """返回当前的温度"""

    print("开始测量...")
    temp = 39
    wetness = 10
    print("测量结束...")

    return (temp, wetness)

提示：如果一个函数返回的是元组，括号可以省略

技巧

  • 在 Python 中，可以 将一个元组 使用 赋值语句 同时赋值给 多个变量
  • 注意：变量的数量需要和元组中的元素数量保持一致
1
result = temp, wetness = measure()

面试题 —— 交换两个数字

题目要求

  1. 有两个整数变量 a = 6, b = 100
  2. 不使用其他变量，交换两个变量的值

解法 1 —— 使用其他变量

1
2
3
4
# 解法 1 - 使用临时变量
c = b
b = a
a = c

解法 2 —— 不使用临时变量

1
2
3
4
# 解法 2 - 不使用临时变量
a = a + b
b = a - b
a = a - b

解法 3 —— Python 专有，利用元组

1
a, b = b, a

03. 函数的参数 进阶

3.1. 不可变和可变的参数

问题 1：在函数内部，针对参数使用 赋值语句，会不会影响调用函数时传递的 实参变量？ —— 不会！

  • 无论传递的参数是 可变 还是 不可变
    • 只要 针对参数 使用 赋值语句，会在 函数内部 修改 局部变量的引用，不会影响到 外部变量的引用
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
def demo(num, num_list):

    print("函数内部")

    # 赋值语句
    num = 200
    num_list = [1, 2, 3]

    print(num)
    print(num_list)

    print("函数代码完成")


gl_num = 99
gl_list = [4, 5, 6]
demo(gl_num, gl_list)
print(gl_num)
print(gl_list)

问题 2：如果传递的参数是 可变类型，在函数内部，使用 方法 修改了数据的内容，同样会影响到外部的数据

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
def mutable(num_list):

    # num_list = [1, 2, 3]
    num_list.extend([1, 2, 3])
    
    print(num_list)

gl_list = [6, 7, 8]
mutable(gl_list)
print(gl_list)
  • 在 python 中，列表变量调用 += 本质上是在执行列表变量的 extend 方法，不会修改变量的引用
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
def demo(num, num_list):

    print("函数内部代码")

    # num = num + num
    num += num
    # num_list.extend(num_list) 由于是调用方法，所以不会修改变量的引用
    # 函数执行结束后，外部数据同样会发生变化
    num_list += num_list

    print(num)
    print(num_list)
    print("函数代码完成")


gl_num = 9
gl_list = [1, 2, 3]
demo(gl_num, gl_list)
print(gl_num)
print(gl_list)

3.2 缺省参数

  • 定义函数时，可以给 某个参数 指定一个默认值，具有默认值的参数就叫做 缺省参数
  • 调用函数时，如果没有传入 缺省参数 的值，则在函数内部使用定义函数时指定的 参数默认值
  • 函数的缺省参数，将常见的值设置为参数的缺省值，从而 简化函数的调用
  • 例如：对列表排序的方法
1
2
3
4
5
6
7
8
9
gl_num_list = [6, 3, 9]

# 默认就是升序排序，因为这种应用需求更多
gl_num_list.sort()
print(gl_num_list)

# 只有当需要降序排序时，才需要传递 `reverse` 参数
gl_num_list.sort(reverse=True)
print(gl_num_list)

指定函数的缺省参数

  • 在参数后使用赋值语句，可以指定参数的缺省值
1
2
3
4
5
6
7
def print_info(name, gender=True):

    gender_text = "男生"
    if not gender:
        gender_text = "女生"

    print("%s 是 %s" % (name, gender_text))

提示

  1. 缺省参数，需要使用 最常见的值 作为默认值！
  2. 如果一个参数的值 不能确定，则不应该设置默认值，具体的数值在调用函数时，由外界传递！

缺省参数的注意事项

1) 缺省参数的定义位置
  • 必须保证 带有默认值的缺省参数 在参数列表末尾
  • 所以，以下定义是错误的！
1
def print_info(name, gender=True, title):
2) 调用带有多个缺省参数的函数
  • 在 调用函数时，如果有 多个缺省参数，需要指定参数名，这样解释器才能够知道参数的对应关系！
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
def print_info(name, title="", gender=True):
    """

    :param title: 职位
    :param name: 班上同学的姓名
    :param gender: True 男生 False 女生
    """

    gender_text = "男生"

    if not gender:
        gender_text = "女生"

    print("%s%s 是 %s" % (title, name, gender_text))


# 提示：在指定缺省参数的默认值时，应该使用最常见的值作为默认值！
print_info("小明")
print_info("老王", title="班长")
print_info("小美", gender=False)

3.3 多值参数（知道）

定义支持多值参数的函数

  • 有时可能需要 一个函数 能够处理的参数 个数 是不确定的，这个时候，就可以使用 多值参数

  • python 中有 两种 多值参数：

    • 参数名前增加 一个 * 可以接收 元组
    • 参数名前增加 两个 * 可以接收 字典

  • 一般在给多值参数命名时，习惯使用以下两个名字

    • *args —— 存放 元组 参数，前面有一个 *
    • **kwargs —— 存放 字典 参数，前面有两个 *

  • args 是 arguments 的缩写，有变量的含义

  • kw 是 keyword 的缩写，kwargs 可以记忆 键值对参数

1
2
3
4
5
6
7
8
9
def demo(num, *args, **kwargs):

    print(num)
    print(args)
    print(kwargs)


demo(1, 2, 3, 4, 5, name="小明", age=18, gender=True)

提示：多值参数 的应用会经常出现在网络上一些大牛开发的框架中，知道多值参数，有利于我们能够读懂大牛的代码

多值参数案例 —— 计算任意多个数字的和

需求

  1. 定义一个函数 sum_numbers，可以接收的 任意多个整数
  2. 功能要求：将传递的 所有数字累加 并且返回累加结果
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
def sum_numbers(*args):

    num = 0
    # 遍历 args 元组顺序求和
    for n in args:
        num += n

    return num

print(sum_numbers(1, 2, 3))

元组和字典的拆包（知道）

  • 在调用带有多值参数的函数时，如果希望：
    • 将一个 元组变量，直接传递给 args
    • 将一个 字典变量，直接传递给 kwargs
  • 就可以使用 拆包，简化参数的传递，拆包 的方式是：
    • 在 元组变量前，增加 一个 *
    • 在 字典变量前，增加 两个 *
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
def demo(*args, **kwargs):

    print(args)
    print(kwargs)


# 需要将一个元组变量/字典变量传递给函数对应的参数
gl_nums = (1, 2, 3)
gl_xiaoming = {"name": "小明", "age": 18}

# 会把 num_tuple 和 xiaoming 作为元组传递个 args
# demo(gl_nums, gl_xiaoming)
demo(*gl_nums, **gl_xiaoming)

04. 函数的递归

函数调用自身的 编程技巧 称为递归

4.1 递归函数的特点

特点

  • 一个函数 内部 调用自己
    • 函数内部可以调用其他函数，当然在函数内部也可以调用自己

代码特点

  1. 函数内部的 代码 是相同的，只是针对 参数 不同，处理的结果不同
  2. 当 参数满足一个条件 时，函数不再执行
    • 这个非常重要，通常被称为递归的出口，否则 会出现死循环！

示例代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
def sum_numbers(num):

    print(num)
    
    # 递归的出口很重要，否则会出现死循环
    if num == 1:
        return

    sum_numbers(num - 1)
    
sum_numbers(3)

4.2 递归案例 —— 计算数字累加

需求

  1. 定义一个函数 sum_numbers
  2. 能够接收一个 num 的整数参数
  3. 计算 1 + 2 + … num 的结果
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
def sum_numbers(num):

    if num == 1:
        return 1
    
    # 假设 sum_numbers 能够完成 num - 1 的累加
    temp = sum_numbers(num - 1)

    # 函数内部的核心算法就是 两个数字的相加
    return num + temp

print(sum_numbers(2))

提示：递归是一个 编程技巧，初次接触递归会感觉有些吃力！在处理 不确定的循环条件时，格外的有用，例如：遍历整个文件目录的结构