📔 Python基础编程学习笔记

1. Python概述¶

Python是目前流行的编程语言之一，因简单、易于学习的语法而受欢迎。
Python 是Guido Van Rossum（龟叔）在1989年编写出的编程语言。
Python提供了很多基础库，包括网络、文件、数据库、文本处理等。所以无需从零开发库，直接调用现成的库即可完成对应的功能开发。
Python是一个面向对象的高级语言，也是动态解释型语言。
现目前已经基本上都是Python3的场景，所以也就不写那种问Python2和Python3区别的脑瘫面试问题的总结。
Python环境配置篇自行Google。

1.1 编程型和解释型的区别¶

参考资料：Stanford CS143 Lecture01

直接将程序作为输入，然后会输出一个可执行文件。对于可执行文件来说，可能是汇编语言，也可能是字节码，可以是任意数量不同的实现语言。通过使用数据在执行文件中进行结果的输出。

在生成可执行文件的过程就是预处理的过程，可以在许多不同的输入上运行系统的可执行文件

对于机器来说，离线可用。
需要将源文件翻译成机器语言

编译器：阅读以某一种语言（源语言、汇编语言等）编写的程序，把该程序翻译成另一种语言编写的程序（等价转换）。

功能：发现在翻译程序过程中发现源程序中的错误。

1.1.2 解释器 -- "在线"运行¶

对于解释器来说可以是在线。
无需任何操作，直接可run。

解释器：直接利用用户提供的输入执行源程序中指定的操作。无需程序翻译的过程。常见的语言：Java、Python。

⚠️注意：在输入到输出的过程中，编译器产生目标程序的速度比解释器快，但解释器的错误排查效果比编译器好。

1.1.3 两者的区别总结¶

编译型（如C语言）
- 将程序代码直接翻译（常见的翻译器：gcc）成计算机能够识别的二进制指令，之后OS拿着编译好的二进制文件直接操作硬件。
解释型（Python）
- 解释型，解释一行，执行一行，直接讲程序代码编译为字节码，然后让机器能够解析处理。
- 通过解释器将程序直接转换成机器可执行的代码。

1.1 Python的优缺点¶

优点
- 简单性，易于学习，上手快
- 代码规范度高，可阅读性强。
- 可维护性强
- 交互模式执行
- 可移植性强
- 提供了丰富的执行库
- 跨平台性强
缺点
- 效率相比于编译型的语言低。
- Python代码只有运行时才会有错误提示。
- 硬件方面的扩展性不高。

1.2 Python的应用场景¶

网站建设
- Python Web的前端和后端都会有使用。
AI发展领域
- NLP、CV、机器学习等领域
Python自动化测试
- 典型测试框架：Pytest
游戏工具
数据分析和数据挖掘
- Python爬虫
- 通过数据处理相关的库（Numpy、Pandas、Matplotlib等），让数据更加可视化。
科学计算
- 简单易上手
写小工具

2. Python基础语法概念¶

2.1 编程格式¶

对于Python，默认的编码格式是以 UTF-8 编码。所有的字符串都是Unicode字符串。

但也可以通过指定特定的编码格式：

1
2
3

# -*- coding utf-8 -*-

# coding: utf-8

Python中常见的几种编码格式：

ASCII表
- 只支持英文字符串
- 采用8位二进制数字对应一个英文字符串
GBK表
- 支持英文字符、中文字符
- 采用8位二进制数对应一个英文字符串
- 采用16位二进制数对应一个中文字符串
Unicode（内存中统一使用unicode）
- 兼容多个国家字符
- 采用16位二进制数对应一个中文字符串
- 个别生僻字会采用4位或者8位二进制数
UTF-8：（unicode transform format-8）
- 1 Bytes 英文
- 3 Bytes 汉字

2.1 Python标识符¶

对于标识符来说，Python和基本上的编程语言的规则是类似的。

第一个字符必须是字母或者下划线（"_"）。
标识符的其它部分可以是字母、数字和下划线组成。
标识符区分大小写，大小写比较敏感。

Python3中，非ASCII码的标识符也是被允许使用的。

2.2 Python中常见的关键字¶

和C/C++语言一样，Python也有对应的 保留字（也被叫做关键字） 。

~~不可以用作任何标识符名称。~~

通过Python提供的关键字模块相关的库，查看当前的Python版本对应的关键字如下：

>>> import keyword
>>> keyword.kwlist
['False', 'None', 'True', 'and', 'as', 'assert', 'async', 'await', 'break', 'class', 'continue', 'def', 'del', 'elif', 'else', 'except', 'finally', 'for', 'from', 'global', 'if', 'import', 'in', 'is', 'lambda', 'nonlocal', 'not', 'or', 'pass', 'raise', 'return', 'try', 'while', 'with', 'yield']

2.3 注释¶

注释也是代码中必不可少的一部分。
- 目的：增强代码的可读性和可维护性
- 可以让不需要的代码暂时性取消不执行，但不删除代码，增强代码的可调试性。

主要有两种注释方式：

单行注释

多行注释

# 方式1：使用 # 开头的方式

# 方式2：使用三个双引号
"""
多行注释内容
"""

# 方式3：使用三个单引号
'''
多行注释内容
'''

2.4 变量和常量¶

变量：可以变化的量。量指代事物的某种状态。
- 变量的定义分为3个部分:变量名、赋值符号、值。
- 为什么需要变量？让程序可以记住事物的状态。
- 对于变量，先定义再引用。例如
  1 2
  name = "solerho" # 定义变量（将变量先存进去） print(name) # 直接使用变量（引用）---- 将变量取出来用
变量名是指向等号右侧值的内存地址，用来访问等号右侧的值。
变量名的命名规则
- 以字母、数字、下划线组成，其中不能以数字作为开头。
- 名字最好是见名知意。例如last_name就表示姓氏。
- 不要使用中文名，会导致乱码或者其他的问题存在。
- 两种命名风格
  - 使用驼峰命名方式
  - 全部小写，然后用下划线连接。（在python中推荐使用这种方式）
变量值的特征
- 变量值的id：反应的是变量值的内存地址。print(id(varname))
- 变量值的类型type：反应变量值的数据类型状态。通过 print(type(varname)) ，直接查看数据的数据类型。
- 变量值的值：值本身。
常量：不变的量
- 注意：python中没有常量的概念，但程序开发过程中会涉及常量的概念。
- 但可以通过大写字母来表示常量。 ----- 一种规范约定

2.5 缩进¶

Python通过缩进来表示代码块的区分。

对于同一个代码块来说，对应的空格数要一致。

3. Python基本数据类型¶

3.1 数字类型¶

int类型（整型）
float类型（浮点型）

age = 26

score = 87.9

3.2 字符串类型¶

用 引号（单引号、三单引号、双引号、三双引号） 包含的一串字符。

#也可以直接将三双引号换三单引号
INFO = """This is message
This is Message
"""

#纯数字字符，由数字组成的字符串，是字符串类型。
num='22222'

对于在字符串中嵌套使用时，外层使用单引号，则内层使用双引号，反之亦然。一般情况下，直接推荐使用单引号和双引号交互使用。
- 如何只使用同一种引号，则通过 转义符号（\） 来进行转义。
字符串的拼接
- 可以通过加法方式进行。但是仅限于字符串和字符串之间使用。但是一般不推荐使用，因为处理效率很低。
打印重复内容
1
print('='*10) # 表示打印10个=号

3.3 列表类型¶

列表
- 索引对应的值。索引从0开始，0代表第一个值。
作用
- 按位置记录记录多个值，并且按照索引取指定位置的值。
定义
- 在 [] 内用逗号分隔多个任意类型的指，一个值称为一个元素。

scores = [66,77,88,99,87,97]
infor=[["bob",55,"man"],["soler",97,"man"]]
# 例如存一天中不同时刻的温度
temp= [13,22,15,20,17,...]

3.4 字典类型¶

对于索引描述的是顺序，位置，但对值没有描述性的功能。
字典：就是键值对。也就是 key 都有一个唯一对应的值。
- key通常是字符串类型，也就是所谓的描述性的功能。
作用：用来存多个值，且每个值都有唯一一个key与其对应。key对值有

语法：在 {} 内使用逗号分隔开多个 key:value，例如：

infor = {"name":"soler","Score":88,"Sex":"male",....}

print(type(infor)) # 输出为 <class 'dict'>

# 直接对键key进行值，会打印对应的信息
print(infor[name]) # 打印信息：soler

字典是无序的，直接通过键值来取值。
字典和列表可进行嵌套。

3.5 布尔类型¶

用来记录真假两种状态。

is_ok=True  # 注意大小写
is_ok_False # 注意大小写

print(type(is_ok)) #打印信息： <class 'bool'>

x=1
y=0

使用
- 通常是用来当作判断的条件，一般在一些判断语句中使用。

4. 垃圾回收机制¶

什么是垃圾回收机制？
- 垃圾回收（简称GC）是python解释器自带的一种机制，专门用来回收不可用的变量值所占用的空间。
为什么需要GC？
- 程序在运行过程中会申请大量的内存空间，对于一些无用的内存空间，如果不及时进行清理，则会导致内存消耗殆尽（内存溢出）。从而导致程序崩溃。
GC原理分析
- Python的GC模块运用了 “引用计数（reference counting）”来跟踪和回收垃圾。
- 在引用计数的基础上，通过标记-清除的方式来解决容器对象可能产生的循环引用的问题。

通过分代回收（generation collection）以空间换时间的方式来进一步提高垃圾回收的效率。

引用计数：变量值被变量名关联的次数。
对于引用分为两种：
- 直接引用：
- 间接引用
  - 通过间接赋值转换，最后再使用。
标记清除
- 容器对象（如list、set、dict、class、instance）都可包含对其他对象的引用，都可能产生循环引用。而标记清除计数则是为了解决循环引用的问题。
分代回收
- 基于引用计数的回收机制，每次回收内存，都需要把所有对象的引用计数都遍历一遍，会消耗时间，所以引入分代回收来提高回收效率，分代回收采用的是空间换时间的策略。
- 思想：多次扫描，都没有被回收的变量，gc机制会认为变量是常用变量，gc对其扫描的频率会降低。
- 具体实现：分代指的是根据存活时间来变量划分不同地等级。
- 新定义的变量，会被定义为最新的，扫描频率会增加。如果被引用，则扫描频率会减少。

5. 输入和输出¶

5.1 输入¶

input：接收用户输入。
- 在Python3中是通过input将用户输入的内容存储成字符串类型。

username = input("请输入你的姓名: ")
age= input("请输入您的年龄: ")
age=int(age) # 将纯数字的字符串类型转换成为整型。

在早期的Python2中，则使用 raw_input 来进行用户输入操作。

但在Python2中如果使用input，则必须要求用户输入一个明确的数据类型，输入的是什么类型，则存什么类型。

5.2 格式化输出¶

# 使用C语言风格的方式，值按照位置与%s一一对应。%s接收任何类型的字符串

print("My name is %s ,age is %s " %("SolerHO","25"))

# 以字典的方式传值，打破位置的限制。
print("My name is %(name)s , age is %(age)s" %{"age":"18","name":"Solerho"})

# 直接使用format方法，str.format --------- 一般推荐使用，兼容性较好
print("my name is {}, Age is {}".format("Solerho",18))
print("my name is {name}, Age is {age}".format(name="Solerho",age=18)) 

#通过key=value的方式来取值，打破位置的限制
print("my name is {}, Age is {}".format("Solerho",18)) # 

使用f的方式，只在python3中才开始支持。
- {} 内的字符串可以被当做表达式来运行。
1
print(f'my name is {name}, Age is {age}')

format的新增

print('{x:=<10}'.format(x='starting')) # 表示左对齐
print('{x:=>10}'.format(x='starting')) # 表示右对齐
print('{x:=^10}'.format(x='starting')) # 表示中间对齐

6. 基本运算符¶

算术运算符：+、-、@（矩阵乘）、*、/（有小数）、//（取商的整数部分）、%（取余数）、**（求幂）
赋值运算符
- = 变量的赋值
- 增量赋值，例如：a +=5 等价于 a = a + 5
- 链式赋值：将一个值绑定到三个不同的变量
  1 2 3 4
  a = 10 b = a c = b # 以上的语句则直接使用 c = b = a = 10
- 交叉赋值：通过中间变量来进行变量的交换赋值，类似比较两个数。
  1
  x,y = y,x
  - 比较运算符：>、>=、<、<=、==、!= - 条件可以是比较运算符，此时条件判断之后返回的是一个布尔值。
  - 可以是True、False
逻辑运算符：not、and、or
- not：直接条件结果取反
- and：逻辑与，连接左右两个条件，两个条件必须为True，才为True
- or：逻辑或，连接左右两个条件，其中之一条件为True，则为True。
- 区分优先级：not > and > or
- 显式布尔值：True、False。
- 隐式布尔值：所有的数据类型，其中0，None、空（空字符串、空列表、空字典）均为False，其余均为True。
  
  所有的值都可以拿去当条件来使用。
  - ⚠️注意：空和空格不是同一个意思。

成员运算符：in 和 not in

判断是否在或者不在某个里面。

在for循环中经常使用。

print("Solerho" in "Hello Solerho") # 判断字符串是否在另一个字符串中

print("Solerho" not in "Hello Solerho") # 判断字符串不在另一个字符串中，一般情况下，推荐使用，让可读性更好
print(not "Solerho" in "Hello Solerho") # 判断字符串不在另一个字符串中

身份运算符：is 和 is not
- 主要是判断id是否相等。
位运算符：>>、<<、&（按位与）、^（按位异或）、|（按位或）

对于Python运算符的优先级，如果区分不清楚先后，可以使用最简单和数学中一样的方式：加括号。

7. 分支控制if语句¶

语法格式：

if condition:
    code
    code
else:
    code
    code

对于python而言，一个缩进是4个空格（1个tab），代表属于同一个代码块，类似其他语言中的括号。

age = input("请输入你的年龄")

if int(age) > 18:
    print("你是一个成年人了！")
else:
    print("你还是未成年人")

多重嵌套

# 进行多重判断，常见例子：打印自己的成绩等级
if condition:
    code
    code
elif:# else if 的缩写
    code
    code
else:
    code
    code

8. 循环语句¶

while循环
for循环

8.1 while循环¶

while循环的语法格式：

while condition:
    code
    code
    code

死循环与效率问题

tag = True
while tag: # 如果要结束循环，则直接在下一次判断条件进入时设置为False，则会失效。
    input_name = input("please input your account : ")
    input_pwd  = input("please input your passwd")
    if input_name == username and input_pwd == password:
        print("login Successful")
        tag = False # 在循环结束后。会退出循环，从而进去登陆界面
    else:
        print("Login Failed,please check your account or password!")

break 语句

tag = True
while tag: # 如果要结束循环，则直接在下一次判断条件进入时设置为False，则会失效。
    input_name = input("please input your account : ")
    input_pwd  = input("please input your passwd")
    if input_name == username and input_pwd == password:
        print("login Successful")
        break # 直接立即终止本层循环
    else:
        print("Login Failed,please check your account or password!")

continue 语句

结束本次循环，直接进入下一次循环。在continue之后添加同级别代码毫无意义，因为永远无法执行。

count = 0
while count < 6:
    if count == 4:
        count +=1 # 提前加，然后直接退出本次循环后也可以继续打印信息
        continue # 如果count==4就直接结束此次循环。
    print(count)
    count +=1

8.2 for循环¶

循环就是解决重复的事情，是python提供的第二种循环机制。
只要for循环可进行，也可以用while循环来实现。for循环就是为了循环取值（遍历取值）。

for循环的语法格式：

for arg in 可迭代对象: # 可迭代对象：；列表、字典、字符串、元组、集合
    code
    code

# 示例：
for arg in (1,10): # 简单的循环取值，对于循环的次数，取决于可迭代对象的个数或者范围。
    print(arg)

for循环和while循环的区别
- 相同点：
  - 都是循环，for循环的事，while循环也可。
- 不同点：
  - while循环：条件循环，循环次数取决于条件何时变为False
  - for循环称为取值循环，循环次数取决于in后面包含的值的个数。
range 语句
- 在python2中
  
  range 中起始值是从0开始，如果省略起始值，则默认是0，例如range(3) 表示3次，终值是3，数学方法是： 0<=x<3 不包含3
  
  如果使用方式如range(1,10,2)，则此时2为步长，每隔多少计算一个，类似+2。 - 在python3中
1 2
for i in range(1,10,2): # 使用range使得范围很大时显得简洁。 print(i)

for循环的嵌套

外层循环执行一次，而内层循环则需要完整的循环结束。

简单例子：

for i in range(3)
    print("外层循环-----开始",i)
    for j in range(5)
        print("内层循环开始 ------"，j)

for循环嵌套的经典例子
- 打印九九乘法表

参考资料¶

Python官方文档
W3CSchool Python教程
路飞学城Python开发视频课：B站

📔 Python基础编程 学习笔记