Python基礎介紹

最初是在coursera上看的Python講課，後來在看Stanford Fei-fei Li的卷積神經網絡時看到Python Numpy教程，覺得簡潔明瞭，就當筆記記錄下來了。本處主要介紹以下幾個方面：

• Python
  1、基本數據類型
  2、容器
  3、基本語句
  4、函數和類

Python

1、基本數據類型

python的基本數據類型包括：整型、浮點型、布爾值和字符串。這些數據類型的操作與大多數高級語言類似：

整型和浮點型：與一般高級語言類似。

x=3     # 無需定義數據類型
print type(x)   # 輸出<type 'int'>
y=2.5
print type(y)   # 輸出<type 'float'>

常見操作符：

操作符	結果		操作符	結果
x+y	求和		x-y	求差
x*y	求積		x/y	求商
x//y	商的整數		x%y	求餘
-x	求反		abs(x)	絕對值
pow(x,y)	xy		x**y	xy

注：Python常見操作中沒有自加 ++ 和自減 −− 符號

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布爾型：Python包含了布爾型數據的常見操作，但是操作一般用英語單詞表示，而不是常見的&&或||。

t = True
f = False
print type(t)   # 輸出<type 'bool'>
print t and f   # 邏輯“與”; 輸出"False"
print t or f    # 邏輯“或”; 輸出"True"
print not t     # 邏輯“非”; 輸出"False"
print t != f    # 邏輯“異或”;輸出"True" 

在這裏我們可以看到，其他語言中用的&&在Python中會報錯，不適用。

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字符串：Python有強大的字符串處理功能，這裏簡單介紹該數據類型。

hello = 'hello'     # 字符串可以使用單引號
world = "world"     # 也可以使用雙引號，並不用事先規定變量的名字
print hello         # 輸出"hello"
print len(hello)    # 字符串長度; 輸出"5"
hw = hello + ' ' + world  # 字符串拼接
print hw    # 輸出 "hello world"
hw12 = '%s %s %d' % (hello, world, 12)  #轉換爲字符串格式
print hw12      # 輸出 "hello world 12"

由圖可見，Python的字符串具有強大的內置函數，更方便自然語言處理。更多更有效的內置函數操作可以看這個文檔。

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2、容器

Python包含有多個內置的容器：列表、詞典、集合和元組。

列表：Python中的列表是最具有靈活性的容器類型，定義與常見數組比較類似，[]，不同之處是列表能夠包含多種不同的數據類別。

xs = [3, 1, 2]   # 創建列表
print xs, xs[2]  # 輸出 "[3, 1, 2] 2"
print xs[-1]     # 負下標指示列表最後一個元素;輸出"2"
xs[2] = 'foo'    # 列表能夠包含不同的數據類型
print xs         # 輸出"[3, 1, 'foo']"
xs.append('bar') # 在列表後面增加新的數據
print xs         # 輸出"[3, 1, 'foo'，'bar']"
x = xs.pop()     # 移除列表中最後的元素
print x, xs      # 輸出 "bar [3, 1, 'foo']"

關於列表的詳細內置函數可以參考之前的文檔。，其中最常見的比較容易混淆的內置函數是append(L)和extend(L)。前者是將L作爲整體加入到原列表中，而後者則是將L變量中的所有元素加入到原變量中，對比見下圖：

除了基本的訪問外，Python中的列表還提供了類似數組的訪問方式：

nums = range(5)     # 隨機產生一個包含5個整數的列表
print nums          # 輸出"[0, 1, 2, 3, 4]"
print nums[2:4]     # 從2到4的索引（不包含4）;輸出"[2, 3]"
print nums[2:]      # 從2到最後的索引;輸出"[2, 3, 4]"
print nums[:2]      # 從列表起始到2的索引(exclusive);輸出"[0, 1]"
print nums[:]       #輸出["0, 1, 2, 3, 4]"
nums[2:4] = [8, 9]  # 修改2-4（不包含4）的數據
print nums          # 輸出"[0, 1, 8, 8, 4]"

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字典：字典是一個存儲關係（關鍵字：值），類似於C++中的map關聯容器，定義的是鍵和值之間的一對一關係。

dict1 = {'name' : 'Lyndon', 'age' : 24, 'sex' : 'Male'} #創建字典
print type(dict1)                   #輸出"<type 'dict'>"
print dict1['name']                 #輸出"lyndon"
dict1['Age']=24                     #創建新的字典元素
print dict1['Age']                  #輸出"24"
del dict1['Age']                    #刪除元素

字典本身也帶有很多內置函數，具體可以查看文檔。

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集合(set)：Python中的集合與C++類似，是一個無序不重複的元素集合，也可以包含各種不同的數據類型，用{}定義。

animals = {'cat', 'dog'}
print 'cat' in animals   # 檢查元素'cat'是否在集合中;輸出"True"
animals.add('fish')      # 增加元素到集合
print len(animals)       # 集合中元素的數目; 輸出"3"
animals.add('cat')       # 已經存在的元素不會被添加
print len(animals)       # 輸出"3"
animals.remove('cat')    # 從集合中移除元素
print len(animals)       # 輸出"2"

集合也包含一些簡單的內置操作函數，具體可以查看文檔。

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元組(tuples)：元組與list的功能比較像，但是是不可以改變的，不可以增加刪除元素，只能重新整體賦值。因此其相關內置函數比較少。

更多的資料參考文檔。

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3、基本語句

Python中的順序結構、條件結構和循環結構與常見高級語言比較類似，還是比較容易理解。不過Python中一定要注意的就是整個結構的作用域是通過縮進實現的，所以在編寫Python條件、循環等程序時，一定要注意縮進。

條件結構：即程序滿足一定的結構時，程序後面的語句纔會執行。

基本表達：

if x>0:
   print 'x is positive'    

(本處用ipython notebook實現，方便函數和結構語句的查看)

常見的比較符：>(大於),>=(大於等於),<(小於),<=(小於等於),==(等於),!=(不等於),and(與),or(或),not(非)
組合結構：

x=3
y=4
if x==y:
    print 'x and y are equal'
elif x>y:
    print 'x is greater than y'
else:
    print 'x is less than y'

輸出：
此外，再介紹一個比較好用的錯誤代碼處理結構Try/Except

hours = raw_input("Enter Hours:")       #輸入工作時間
rate = raw_input("Enter Rate:")         #輸入單位時間工資
try:
    h = float(hours)                    #如果是數字轉換成浮點型數據
    r = float(rate)
except:
    print 'Error. Invalid entry.'       #否則輸出錯誤
    quit()                              #退出程序
print 'Pay:',h*r                        #如果都正確，輸出工資  

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循環結構：當條件滿足時，反覆執行循環語句中的語句。主要也是分爲while和for循環兩種。

while循環：注意縮進和終止條件。

n=5
while n>0:
    print n       #輸出數據
    n = n-1       #條件減少

for 循環：for循環在Python中似乎更常用，可以和各種容器、數組等組合使用

nums = [5,4,3,2,1]
for i in range(len(nums)):                                        # 類似於C語言中的循環，i從0到4
    print nums[i]                                                       # 輸出列表中數
print 'done!'
for i in nums:                                                           #直接輸出列表
    print i 
squares = [i**2 for i in nums]                                  
print squares
# 列表
animals =['cat','dog','monkey']
for  animal in animals:
    print animal
#字典
d = {'person': 2, 'cat': 4, 'spider': 8}                               
for animal in d:                                                        #i是字典中的關鍵字
    legs = d[animal]
    print 'A %s has %d legs' % (animal, legs)

輸出：
此外循環中常見的兩個關鍵字break和continue在Python中也具有相同的功能。break直接跳出循環，而continue則是跳出本次循環，繼續循環的內容。我們可以將上面的關係融合成一個整體的小程序。

while True:
    hours = raw_input("Enter Hours:")             #輸入工作時間
    rate = raw_input("Enter Rate:")               #輸入單位時間工資
    if hours =='done' or rate =='done': 
        print "The program is done!"
        break                                     #如果輸入“done”，表示程序結束，直接退出
    else:
        try:
            h = float(hours)                       #如果是數字轉換成浮點型數據
            r = float(rate)
        except:
            print 'Error. Invalid entry.Please enter a number.'   #否則輸出錯誤
            continue                            #退出本次循環，繼續輸入
        print 'Pay:',h*r                        #如果都正確，輸出工資  

輸入輸出：
當我們輸入的不是數字時，程序轉到except，輸出”Error. Invalid entry.Please enter a number.”然後轉到continue，跳出本次循環，繼續輸入。而當我們輸入’done‘時，程序滿足if語句的條件，先輸出“The program is done!”，然後執行break，直接跳出循環。另外，如果有兩個循環嵌套，而break在內層循環，則執行break時只能跳出內層循環。

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4、函數和類

Python中函數的定義和使用與C++也比較像，要注意的基本也是縮進。下面來看一個簡單的函數的例子：

def sign(x):
    if x > 0:
        return 'positive'
    elif x < 0:
        return 'negative'
    else:
        return 'zero'

for x in [-1, 0, 1]:
    print sign(x)

輸出：
先定義了函數sign(x),帶參數。def是函數定義關鍵字。需要判斷數字的正負時，直接調用該函數即可。在同一個文件中，函數可以直接在前面定義，然後在主函數中調用即可。但是，當調用別的文件中的函數時，不能直接調用，需要import，後面再介紹。

def Hello():                                    #子函數
    str="Hello world"                  
    print(str);   
if __name__=="__main__":                    #主函數
    print("main")   
    Hello()                                     #調用

輸出：
這裏只是簡單介紹了Python中函數的結構，更詳細內容，參考官方文檔。

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Python中類的定義很直接，相比於C++來說簡單了很多（其實用多了python，會感覺很多方面都很容易上手）。

class Greeter:
    # 構造函數
    def __init__(self, name):
        self.name = name  # 創建實例變量
    # 函數實例
    def greet(self, loud=False):
        if loud:
            print 'HELLO, %s!' % self.name.upper()
        else:
            print 'Hello, %s' % self.name

    def Bye(self, loud=False):
        if loud:
            print 'GOOD BYE, %s!' % self.name.upper()
        else:
            print 'Good bye, %s' % self.name
g = Greeter('Fred')       # 構建類的實例
g.greet()                 # 調用函數
g.greet(loud=True)        # 調用函數
g.Bye()
g.Bye(loud=True)

輸出：
關於類更詳細的介紹，可以參考文檔。