Python - 基础篇(上)

简介: Python - 基础篇(上)

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1.Python中的变量


理解变量在计算机内存中的表示也非常重要。当我们写:a = 'ABC'时,Python解释器干了两件事情:

1. 在内存中创建了一个'ABC'的字符串;

2. 在内存中创建了一个名为a的变量,并把它指向'ABC'

也可以把一个变量a赋值给另一个变量b,这个操作实际上是把变量b指向变量a所指向的数据,例如下面的代码:

a='ABC'b=aa='XYZ'printb

最后一行打印出变量b的内容到底是'ABC'呢还是'XYZ'?如果从数学意义上理解,就会错误地得出b和a相同,也应该是'XYZ',但实际上b的值是'ABC',让我们一行一行地执行代码,就可以看到到底发生了什么事:


执行a = 'ABC',解释器创建了字符串  'ABC'和变量 a,并把a指向 'ABC':

image.png

执行b = a,解释器创建了变量 b,并把b指向 a 指向的字符串'ABC':

image.png

执行a = 'XYZ',解释器创建了字符串'XYZ',并把a的指向改为'XYZ',但b并没有更改:

image.png

所以,最后打印变量b的结果自然是'ABC'了。

2.Python中的字符串

前面我们讲解了什么是字符串。字符串可以用''或者""括起来表示。

如果字符串本身包含'怎么办?比如我们要表示字符串 I'm OK ,这时,可以用" "括起来表示:

"I'm OK"

类似的,如果字符串包含",我们就可以用' '括起来表示:

'Learn "Python" in imooc'

如果字符串既包含'又包含"怎么办?

这个时候,就需要对字符串的某些特殊字符进行“转义,Python字符串用\进行转义。

要表示字符串 Bob said "I'm OK".

由于 ' 和 " 会引起歧义,因此,我们在它前面插入一个\表示这是一个普通字符,不代表字符串的起始,因此,这个字符串又可以表示为

'Bob said \"I\'m OK\".'

注意:转义字符 \ 不计入字符串的内容中。

常用的转义字符还有:

\n表示换行
\t表示一个制表符
\\表示\字符本身

3.Python中raw字符串与多行字符串

如果一个字符串包含很多需要转义的字符,对每一个字符都进行转义会很麻烦。为了避免这种情况,我们可以在字符串前面加个前缀 r,表示这是一个 raw 字符串,里面的字符就不需要转义了。例如:

r'\(~_~)/ \(~_~)/'

但是r'...'表示法不能表示多行字符串,也不能表示包含'"的字符串(为什么?)

如果要表示多行字符串,可以用'''...'''表示:

'''Line 1Line2Line3'''

上面这个字符串的表示方法和下面的是完全一样的:

'Line 1\nLine 2\nLine 3'

还可以在多行字符串前面添加 r ,把这个多行字符串也变成一个raw字符串

r'''Python is created by "Guido".Itisfreeandeasytolearn.
Let's start learn Python in imooc!'''

4.Python中Unicode字符串

字符串还有一个编码问题。


因为计算机只能处理数字,如果要处理文本,就必须先把文本转换为数字才能处理。最早的计算机在设计时采用8个比特(bit)作为一个字节(byte),所以,一个字节能表示的最大的整数就是255(二进制11111111=十进制255),0 - 255被用来表示大小写英文字母、数字和一些符号,这个编码表被称ASCII编码,比如大写字母 A 的编码是65,小写字母 z 的编码是122

如果要表示中文,显然一个字节是不够的,至少需要两个字节,而且还不能和ASCII编码冲突,所以,中国制定了GB2312编码,用来把中文编进去。

类似的,日文和韩文等其他语言也有这个问题。为了统一所有文字的编码,Unicode应运而生。Unicode把所有语言都统一到一套编码里,这样就不会再有乱码问题了。

Unicode通常用两个字节表示一个字符,原有的英文编码从单字节变成双字节,只需要把高字节全部填为0就可以。

因为Python的诞生比Unicode标准发布的时间还要早,所以最早的Python只支持ASCII编码,普通的字符串'ABC'在Python内部都是ASCII编码的。

Python在后来添加了对Unicode的支持,以Unicode表示的字符串用u'...'表示,比如:

printu'中文'中文

注意:不加 u ,中文就不能正常显示。

Unicode字符串除了多了一个 u 之外,与普通字符串没啥区别,转义字符和多行表示法仍然有效:

转义:

u'中文\n日文\n韩文'

多行:

u'''第一行第二行'''

raw+多行:

ur'''Python的Unicode字符串支持"中文","日文",
"韩文"等多种语言'''

如果中文字符串在Python环境下遇到 UnicodeDecodeError,这是因为.py文件保存的格式有问题。可以在第一行添加注释

# -*- coding: utf-8 -*-

目的是告诉Python解释器,用UTF-8编码读取源代码。然后用Notepad++ 另存为... 并选择UTF-8格式保存。

5.Python中布尔类型

布尔值和布尔代数的表示完全一致,一个布尔值只有True、False两种值,要么是True,要么是False,在Python中,可以直接用True、False表示布尔值(请注意大小写),也可以通过布尔运算计算出来。

布尔值可以用and、or和not运算。

计算结果不是布尔类型,而是字符串 'a=T',这是为什么呢?

因为Python把0空字符串''None看成 False其他数值非空字符串都看成 True,所以:

Trueand'a=T'计算结果是'a=T'继续计算'a=T'or'a=F'计算结果还是'a=T'

要解释上述结果,又涉及到 and 和 or 运算的一条重要法则:短路计算

6.Python创建list

Python内置的一种数据类型是列表:list。list是一种有序的集合,可以随时添加和删除其中的元素。

比如,列出班里所有同学的名字,就可以用一个list表示:

>>> ['Michael', 'Bob', 'Tracy']
['Michael', 'Bob', 'Tracy']

list是数学意义上的有序集合,也就是说,list中的元素是按照顺序排列的。

构造list非常简单,按照上面的代码,直接用 [ ] 把list的所有元素都括起来,就是一个list对象。通常,我们会把list赋值给一个变量,这样,就可以通过变量来引用list:

>>>classmates= ['Michael', 'Bob', 'Tracy']
>>>classmates#打印classmates变量的内容['Michael', 'Bob', 'Tracy']

由于Python是动态语言,所以list中包含的元素并不要求都必须是同一种数据类型,我们完全可以在list中包含各种数据:

>>>L= ['Michael', 100, True]

一个元素也没有的list,就是空list:

>>>empty_list= []

7.Python之倒序访问list

我们还是用一个list按分数从高到低表示出班里的3个同学:

>>>L= ['Adam', 'Lisa', 'Bart']

这时,老师说,请分数最低的同学站出来。

要写代码完成这个任务,我们可以先数一数这个 list,发现它包含3个元素,因此,最后一个元素的索引是2:

>>>printL[2]
Bart

有没有更简单的方法?

有!

Bart同学是最后一名,俗称倒数第一,所以,我们可以用 -1 这个索引来表示最后一个元素:

>>>printL[-1]
Bart

Bart同学表示躺枪。

类似的,倒数第二用 -2 表示,倒数第三用 -3 表示,倒数第四用 -4 表示:

>>>printL[-2]
Lisa>>>printL[-3]
Adam>>>printL[-4]
Traceback (mostrecentcalllast):
File"<stdin>", line1, in<module>IndexError: listindexoutofrange

L[-4] 报错了,因为倒数第四不存在,一共只有3个元素。

使用倒序索引时,也要注意不要越界

8.Python从list删除元素

Paul同学刚来几天又要转走了,那么我们怎么把Paul 从现有的list中删除呢?

如果Paul同学排在最后一个,我们可以用list的pop()方法删除:

>>>L= ['Adam', 'Lisa', 'Bart', 'Paul']
>>>L.pop()
'Paul'>>>printL['Adam', 'Lisa', 'Bart']

pop()方法总是删掉list的最后一个元素,并且它还返回这个元素,所以我们执行 L.pop() 后,会打印出 'Paul'。

如果Paul同学不是排在最后一个怎么办?比如Paul同学排在第三:

>>>L= ['Adam', 'Lisa', 'Paul', 'Bart']

要把Paul踢出list,我们就必须先定位Paul的位置。由于Paul的索引是2,因此,用 pop(2)把Paul删掉:

>>>L.pop(2)
'Paul'>>>printL['Adam', 'Lisa', 'Bart']

9.Python之创建tuple

tuple是另一种有序的列表,中文翻译为“ 元组 ”。tuple 和 list 非常类似,但是,tuple一旦创建完毕,就不能修改了。

同样是表示班里同学的名称,用tuple表示如下:

>>>t= ('Adam', 'Lisa', 'Bart')

创建tuple和创建list唯一不同之处是用( )替代了[ ]。


现在,这个 t 就不能改变了,tuple没有 append()方法,也没有insert()和pop()方法。所以,新同学没法直接往 tuple 中添加,老同学想退出 tuple 也不行。


获取 tuple 元素的方式和 list 是一模一样的,我们可以正常使用 t[0],t[-1]等索引方式访问元素,但是不能赋值成别的元素,不信可以试试:

>>>t[0] ='Paul'Traceback (mostrecentcalllast):
File"<stdin>", line1, in<module>TypeError: 'tuple'objectdoesnotsupportitemassignment

10.Python之创建单元素tuple

tuple和list一样,可以包含 0 个、1个和任意多个元素。

包含多个元素的 tuple,前面我们已经创建过了。

包含 0 个元素的 tuple,也就是空tuple,直接用 ()表示:

>>>t= ()
>>>printt()

创建包含1个元素的 tuple 呢?来试试:

>>>t= (1)
>>>printt1

好像哪里不对!t 不是 tuple ,而是整数1。为什么呢?


因为()既可以表示tuple,又可以作为括号表示运算时的优先级,结果 (1) 被Python解释器计算出结果 1,导致我们得到的不是tuple,而是整数 1。


正是因为用()定义单元素的tuple有歧义,所以 Python 规定,单元素 tuple 要多加一个逗号“,”,这样就避免了歧义:

>>>t= (1,)
>>>printt(1,)

Python在打印单元素tuple时,也自动添加了一个“,”,为了更明确地告诉你这是一个tuple。

多元素 tuple 加不加这个额外的“,”效果是一样的:

>>>t= (1, 2, 3,)
>>>printt(1, 2, 3)

11.Python之“可变”的tuple

前面我们看到了tuple一旦创建就不能修改。现在,我们来看一个“可变”的tuple:

>>>t= ('a', 'b', ['A', 'B'])

注意到 t 有 3 个元素:'a','b'和一个list:['A', 'B']。list作为一个整体是tuple的第3个元素。list对象可以通过 t[2] 拿到:

>>>L=t[2]

然后,我们把list的两个元素改一改:

>>>L[0] ='X'>>>L[1] ='Y'

再看看tuple的内容:

>>>printt('a', 'b', ['X', 'Y'])

不是说tuple一旦定义后就不可变了吗?怎么现在又变了?

别急,我们先看看定义的时候tuple包含的3个元素:

image.png

当我们把list的元素'A'和'B'修改为'X'和'Y'后,tuple变为:

image.png

表面上看,tuple的元素确实变了,但其实变的不是 tuple 的元素,而是list的元素。


tuple一开始指向的list并没有改成别的list,所以,tuple所谓的“不变”是说,tuple的每个元素,指向永远不变。即指向'a',就不能改成指向'b',指向一个list,就不能改成指向其他对象,但指向的这个list本身是可变的!


理解了指向不变”后,要创建一个内容也不变的tuple怎么做?那就必须保证tuple的每一个元素本身也不能变。


12.Python之if语句

计算机之所以能做很多自动化的任务,因为它可以自己做条件判断。

比如,输入用户年龄,根据年龄打印不同的内容,在Python程序中,可以用if语句实现:

age=20ifage>=18:
print'your age is', ageprint'adult'print'END'

注意: Python代码的缩进规则。具有相同缩进的代码被视为代码块,上面的3,4行 print 语句就构成一个代码块(但不包括第5行的print)。如果 if 语句判断为 True,就会执行这个代码块。

缩进请严格按照Python的习惯写法:4个空格,不要使用Tab,更不要混合Tab和空格,否则很容易造成因为缩进引起的语法错误。

注意: if 语句后接表达式,然后用:表示代码块开始。

如果你在Python交互环境下敲代码,还要特别留意缩进,并且退出缩进需要多敲一行回车

>>>age=20>>>ifage>=18:
...     print'your age is', age...     print'adult'...
yourageis20adult

13.Python之 if-else

或者用 not 运算:

ifnotage>=18:
print'teenager'

细心的同学可以发现,这两种条件判断是“非此即彼”的,要么符合条件1,要么符合条件2,因此,完全可以用一个 if ... else ... 语句把它们统一起来:

ifage>=18:
print'adult'else:
print'teenager'

利用 if ... else ... 语句,我们可以根据条件表达式的值为 True或者 False,分别执行 if 代码块或者 else 代码块。

注意: else 后面有个“:”

14.Python之 if-elif-else

要避免嵌套结构的 if ... else ...,我们可以用 if ... 多个elif ... else ...的结构,一次写完所有的规则:

ifage>=18:
print'adult'elifage>=6:
print'teenager'elifage>=3:
print'kid'else:
print'baby'

elif 意思就是 else if。这样一来,我们就写出了结构非常清晰的一系列条件判断。

16.Python之 for循环

和 for 循环不同的另一种循环是 while 循环,while 循环不会迭代 list 或 tuple 的元素,而是根据表达式判断循环是否结束。

比如要从 0 开始打印不大于 N 的整数:

N=10x=0whilex<N:
printxx=x+1

while循环每次先判断 x < N,如果为True,则执行循环体的代码块,否则,退出循环。

17.Python之什么是dict

我们已经知道,list 和 tuple 可以用来表示顺序集合,例如,班里同学的名字:

['Adam', 'Lisa', 'Bart']

或者考试的成绩列表:

[95, 85, 59]

但是,要根据名字找到对应的成绩,用两个 list 表示就不方便。

如果把名字和分数关联起来,组成类似的查找表:

'Adam'==>95'Lisa'==>85'Bart'==>59

给定一个名字,就可以直接查到分数。

Python的 dict 就是专门干这件事的。用 dict 表示名字”-“成绩”的查找表如下:

d= {
'Adam': 95,
'Lisa': 85,
'Bart': 59}

我们把名字称为key,对应的成绩称为value,dict就是通过 key来查找 value

花括号 {}表示这是一个dict,然后按照 key: value, 写出来即可。最后一个 key: value 的逗号可以省略。

由于dict也是集合,len() 函数可以计算任意集合的大小:

>>>len(d)
3

注意:一个 key-value 算一个,因此,dict大小为3。

18.Python之访问dict

我们已经能创建一个dict,用于表示名字和成绩的对应关系:

d = {
    'Adam': 95,
    'Lisa': 85,
    'Bart': 59
}

那么,如何根据名字来查找对应的成绩呢?

可以简单地使用 d[key]的形式来查找对应的 value,这和 list 很像,不同之处是,list 必须使用索引返回对应的元素,而dict使用key:

>>> print d['Adam']
95
>>> print d['Paul']
Traceback (most recent call last):
  File "index.py", line 11, in <module>
    print d['Paul']
KeyError: 'Paul'

注意:通过 key 访问 dict 的value,只要 key 存在,dict就返回对应的value。如果key不存在,会直接报错:KeyError。

要避免 KeyError 发生,有两个办法:

一是先判断一下 key 是否存在,用 in 操作符:

if 'Paul' in d:
    print d['Paul']

如果 'Paul' 不存在,if语句判断为False,自然不会执行 print d['Paul'] ,从而避免了错误。

二是使用dict本身提供的一个 get 方法,在Key不存在的时候,返回None:

>>> print d.get('Bart')
59
>>> print d.get('Paul')
None

19.Python中dict的特点

dict的第一个特点是查找速度快,无论dict有10个元素还是10万个元素,查找速度都一样。而list的查找速度随着元素增加而逐渐下降。

不过dict的查找速度快不是没有代价的,dict的缺点是占用内存大,还会浪费很多内容,list正好相反,占用内存小,但是查找速度慢。

由于dict是按 key 查找,所以,在一个dict中,key不能重复

dict的第二个特点就是存储的key-value序对是没有顺序的!这和list不一样:

d = {
    'Adam': 95,
    'Lisa': 85,
    'Bart': 59
}

当我们试图打印这个dict时:

>>> print d
{'Lisa': 85, 'Adam': 95, 'Bart': 59}

打印的顺序不一定是我们创建时的顺序,而且,不同的机器打印的顺序都可能不同,这说明dict内部是无序的,不能用dict存储有序的集合。

dict的第三个特点是作为 key 的元素必须不可变,Python的基本类型如字符串、整数、浮点数都是不可变的,都可以作为 key。但是list是可变的,就不能作为 key。

可以试试用list作为key时会报什么样的错误。

不可变这个限制仅作用于key,value是否可变无所谓:

{
    '123': [1, 2, 3],  # key 是 str,value是list
    123: '123',  # key 是 int,value 是 str
    ('a', 'b'): True  # key 是 tuple,并且tuple的每个元素都是不可变对象,value是 boolean
}

最常用的key还是字符串,因为用起来最方便。

20.Python更新dict

dict是可变的,也就是说,我们可以随时往dict中添加新的 key-value。比如已有dict:

d = {
    'Adam': 95,
    'Lisa': 85,
    'Bart': 59
}

要把新同学'Paul'的成绩 72 加进去,用赋值语句:

>>> d['Paul'] = 72

再看看dict的内容:

>>> print d
{'Lisa': 85, 'Paul': 72, 'Adam': 95, 'Bart': 59}

如果 key 已经存在,则赋值会用新的 value 替换掉原来的 value:

>>> d['Bart'] = 60
>>> print d
{'Lisa': 85, 'Paul': 72, 'Adam': 95, 'Bart': 60}
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