这是机器未来的第6篇文章
写在前面：
- 博客简介：专注AIoT领域，追逐未来时代的脉搏，记录路途中的技术成长！
- 专栏简介：本专栏的核心就是：快！快！快！2周快速拿下Python，具备项目开发能力，为机器学习和深度学习做准备。
- 面向人群：零基础编程爱好者
- 专栏计划：接下来会逐步发布跨入人工智能的系列博文，敬请期待
- Python零基础快速入门系列
- 快速入门Python数据科学系列
- 人工智能开发环境搭建系列
- 机器学习系列
- 物体检测快速入门系列
- 自动驾驶物体检测系列
- ......
@toc
1. Python概述
Python 是一个高层次的结合了解释性、编译性、互动性和面向对象的脚本语言。
- 可以干什么？
- 数据分析、WEB开发、爬虫、人工智能、科学计算、桌面软件等...
- 胶水语言
- 可以调用其他语言库, 适合搭框架，不适合构建核心
- 解释型语言
- 无需编译，边解释边执行，适合数据分析，不适合开发大型项目，运行效率低
- 语法简洁，代码量小
- 动态类型语言，代码量小
- 内存管理：有垃圾回收。代码量小
- 开源，好处：库丰富，出现问题有社区帮助解决或者遇到过。坏处：库不一定成熟或者经过生产环境测试，bug多
- 跨平台
Python最核心的优势就是：它是一个拉皮条的，自己不干活（不具体实现，搭框架），让别人干活（Python非常容易调用其它语言的实现库）。
2. Python版Hello World
- 启动vs code在工作区目录（用于存储编程学习文档的目录）下右键，选择【通过VsCode打开】启动VsCode。
- 启动后，在左侧文件栏，右键新建文件，输入文件名note.ipynb，双击打开
- 在右侧的单元格内输入第一行python代码
print("hello world!")，点击左侧的三角按钮或按下【CTRL+ENTER】组合键，就会看到输出hello world。首次运行会有点慢，后续速度就很快了。
3. 变量与常量
- 变量、常量的区别
- 变量：在程序运行过程中，值会发生变化的量。
- 常量：在程序运行过程中，值不会发生变化的量。
3.1. 变量的定义
3.1.1 变量的构成
变量由变量名、变量值和变量类型构成。需要注意的是python中定义变量时不需要声明类型。这是根据Python的动态语言特性而来。变量可以直接使用，而不需要提前声明类型。
- 变量名类似于一个代号，指向具体的变量值。
- 多个变量名可以绑定一个变量值。
a = 'Jack'
b = a
a = 'Tom'
print(b)
print(a)
请牢记：Python中的一切都是对象，变量是对象的引用！
3.1.2 变量的命名规范
标识符的命名规范：
- 数字，字母，下划线，并且不可以数字开头
- 不能使用关键字
- 区分大小写
3.1.2.1 举例：数字，字母，下划线，并且不可以数字开头
- 例子1以数字开头，提示语法错误；
- 例子2、例子3以小写字母、下划线和数字构成，执行语法正确
- 例子4以大小写字母、下划线和数字构成，和name_2是不一样的变量，因此打印输出不一样。
3.1.2.2 举例：不能使用关键字
输入下列2行代码，可以查看Python的关键字列表，这些都不可以作为变量名使用。
import keyword
keyword.kwlist
3.1.2.3 举例：区分大小写
变量大写X和小写x是不同的变量
3.1.3 编码规范
- 变量，函数名称：小写，如果需要分割用下划线
- 常量：全大写
- 类名：大驼峰
扩展阅读：Python 编码规范(Google)
3.2 常量
Python中其实没有专门对常量的定义，对于常值一般采用全部大写的字母来定义，例如
PI = 3.14
4. 输入与输出
4.1 输出print
print("hello python")
4.2 格式化输出
本文均以python3为基础。
三种方式
name = "Joe"
sex = "man"
# 方法一，使用format格式化函数来实现
print("My name is {}, my sex is {}".format(name, sex) )
或
print("My name is {0}, my sex is {1}".format(name, sex) )
# 方法二：format的简写形式
print(f"My name is {name}, my sex is {sex}")
# 方法三：逗号分隔，这种方式输出格式会凌乱一些，推荐方法二
print(f"My name is “, {name}, "my sex is ", sex)
4.3 输入input
input的输入参数是提示字符串，返回值为输入的信息：
4.4. python对象的三板斧
- printprint打印对象的内容
- typetype输出对象的类型
- dirdir输出对象支持的方法和属性
5. 注释规则
注释用于描述代码段的功能及使用说明只用。
Python的注释有2种：
- 井号注释##注释常用来给代码行或代码块进行注释说明，常出现在代码上方或末尾
# 单行注释
print("#注释")
- 三引号注释三引号注释常用来给函数或类做注释使用，因为涉及到多行。
三引号注释可分为单引号注释额双引号注释
def data_analyze(dat):
"""
函数描述：用于数据分析
参数描述：
- dat：输入的参数
"""
return
def data-analyze2(dat):
'''
函数描述：用于数据分析
参数描述：
- dat：输入的参数
'''
return
以上2个函数的注释功能上是一样的，单引号或双引号其本质上是一个字符串常量。
#注释和三引号注释总体区分就是单行注释归#，多行注释归三引号注释。
6. 基础数据类型
Python中的基础数据类型包括：
- 数值类型：整数类型，浮点类型，复数类型，布尔类型、空值
- 字符串
- 容器类型：列表，元组，字典，集合
6.1. 数值类型
6.1.1 整数类型
常见的整数
a = 101
6.1.1.1 整数有四种进制类型
- 二进制：定义需要使用0b或者0B作为前缀，每位取值范围0~1
x1 = 0b0001 # 十进制1
x2 = 0b1010 # 十进制10 = 1*2^3 + 0*2^2 + 1*2^1 + 0 = 10
print(x1, type(x1), x2, type(x2))
1 <class 'int'> 10 <class 'int'>
- 八进制：定义需要使用0o或者0O作为前缀，每位取值范围0~7
x1 = 0o17 # 十进制15 = 1*8 + 7 = 15
print(x1, type(x1))
15 <class 'int'>
- 十进制：默认定义的是十进制
x1 = 15
print(x1, type(x1))
15 <class 'int'>
- 十六进制：定义需要使用0x或者0X作为前缀，每位取值范围0~9 a/A-f/F
x1 = 0x59 # 十进制89 = 5*16 + 9 = 89
print(x1, type(x1))
89 <class 'int'>
6.1.1.2 进制转换
- bin(x):将x转换成二进制，返回值是str
x = 15
x2 = bin(x)
print(x2, type(x2))
0b1111 <class 'str'>
- oct(x):将x转换成八进制，返回值是str
x = 15
oct(x)
print(x2, type(x2))
0b1111 <class 'str'>
- int(x):将x转换成十进制，返回值是int,可以将字符串类型的整数转换成int类型
x = 0x0f
x2 = int(x)
print(x2, type(x2))
15 <class 'int'>
- hex(x):将x转换成十六进制,返回值是str
x = 15
x2 = hex(x)
print(x2, type(x2))
0xf <class 'str'>
6.1.2 浮点类型
浮点类型是数学中的小数，浮点数在计算机中只能做到近似存储，这是浮点的不确定性。
f1 = 1.2
f2 = 1.4
f3 = f1 + f2
print(f3)
f3 == 2.6 # f3竟然不等于2.6，神奇吧
2.5999999999999996
False
从图中示例可知，在计算机中1.2+1.4不一定等于2.6，因为计算机中存储数据底层都是二进制存储，在转换过程中存在转换误差，因此避免使用浮点数做等值或不等值运算，如果必须使用，则使用如下函数形式。
import math
def is_float_equal(a, b, precision): # 第三个参数为精度
'''
a - 输入比较的浮点数1
b - 输入比较的浮点数2
precision - 可允许的浮点数误差
'''
return math.fabs(a - b) < precision
result = is_float_equal(f3, 2.6, 1e-3)
print(result)
True
float数据类型可表示的数据范围：
import sys
print(sys.float_info.max, sys.float_info.min)
1.7976931348623157e+308 2.2250738585072014e-308
超出浮点数表示范围上限，数据会表示为inf，低于浮点数表示范围下限，则直接表示为0.0
print(2.3e+400, 2.3e-400)
inf 0.0
6.1.3 复数类型
x1 = 3 + 4j
print(x1, type(x1))
(3+4j) <class 'complex'>
x1.real, x1.imag # 访问复数的实部和虚部
(3.0, 4.0)
#求复数的模长
abs(x1) # c = sqrt(a^2 + b^2)
5.0
6.1.4 布尔类型
布尔类型：True 和 False
6.1.4.1 常见的逻辑表达式
- and 与两个为真才为真，一个为假则为假
True and True
True
True and False
False
False and False
False
- or 或一个为真则为真，两个为假则为假
True or True # 两个均为真，则为真
True
True or False # 一个为真，则为真
True
False or False # 两个为假，则为假
False
- not 非非假为真，非真为假
not False
True
not True
False
6.1.5 空值类型
None
6.2. 字符串
6.2.1 创建
- 字符串有三种创建方式：单引号、双引号、三引号
x1 = 'python'
x2 = "python"
x3 = """python"""
x4 = '''python'''
print(f"x1:{x1}, x2:{x2}, x3:{x3}, x4:{x4}")
- 其中三引号还有定义格式的能力，举例
- 字符串定义时，单引号、双引号出现在内容中的用法：
- 使用转义字符\
- 错位使用：内容包含单引号时，使用双引号定义；内容包含双引号时，使用单引号定义
6.3 容器类型
容器类型将在数据结构中描述。
7. 运算符
7.1 算术运算符
+(加)、 -(减)、 *(乘)、 /(除)、//(除法取整)、%(取模)等。
7.2 比较运算符
>(大于)、 <(小于)、==(等于)、 <=(小于等于), >=(大于等于), !=(不等于)等
7.3 赋值运算符
=(赋值)、 +=(加法赋值)、-=(减法赋值)、*=(乘法赋值)、/=(除法赋值)、//=(除法取整赋值)、%=(取模赋值)等
7.4 位运算符
- 与（&），按位与运算符：参与运算的两个值，如果两个相应位都为1，则该位的结果为1，否则为0
x1 = 0b0001
x2 = 0b0001
x3 = 0b0010
# 与运算&:对应位均为1，则为1；否则为0
x4 = x1 & x2
print(f"x4:{bin(x4)}")
- 或（|），按位或运算符：只要对应的两个二进位有一个为1时，结果位就为1
x1 = 0b0001
x2 = 0b0001
x3 = 0b0010
# 或运算|:对应位均为0，则为0；否则为1
x5 = x2 | x3
print(f"x5:{bin(x5)}")
- 异或（^）,按位异或运算符：当两对应的二进位相异时，结果为1
x1 = 0b0001
x2 = 0b0001
x3 = 0b0010
# 异或运算^:对应位不同，则为1；否则为0
x6 = x1 ^ x2 # x6 = 0b1 ^ 0b1 = 0
x7 = x2 ^ x3 # x7 = 0b01 ^ 0b10 = 0b11
print(f"x6:{bin(x6)}, x7:{bin(x7)}")
- 取反（~），按位取反运算符：对数据的每个二进制位取反，即把1变为0，把0变为1
x1 = 0b0001
# 异或运算^:对应位不同，则为1；否则为0
x4 = ~x1 # x4 = ~0b1= 0b1111110(补码表示：最高位为1，为负数，负数取反+1) = -0b10
print(f"x4:{bin(x4)}")
- 左位移（<<）,运算数的各二进位全部左移若干位，由<<右边的数字指定了移动的位数，高位溢出舍弃,低位补0
x1 = 0b0001
# 异或运算^:对应位不同，则为1；否则为0
x4 = x1<<1 # x4 = 0b1 << 1 = 0b10
print(f"x4:{bin(x4)}")
- 右位移（>>）,把‘>>’左边的运算数的各二进制位全部右移若干位，>>右边的数字指定了移动的位数,低位溢出舍弃,高位补
x1 = 0b1110
# 异或运算^:对应位不同，则为1；否则为0
x4 = x1>>1 # x4 = 0b1110 >> 1 = 0b111
print(f"x4:{bin(x4)}")
7.5 逻辑运算符
and布尔与、or布尔或、not布尔非
- and：表达式：x and y，即布尔的“与”，如果 x 或 y 任意一个值为 False，则返回为False的值，否则返回 y 的值。
x1 = 5
x2 = 6
x3 = 7
# x1 > x2 => 5 > 6为False，所以整个表达式为False
x4 = x1 > x2 and x3 > x2
print(f"x4:{x4}")
# x2 > x1 and x3 > x2 => 6 > 5 and 7 > 6，
# 第一个表达式的值为True，所以返回第二个表达式的值，第二个表达式的值为True
x5 = x2 > x1 and x3 > x2
print(f"x5:{x5}")
# x2 > x1 and 2 => 6 > 5 and 2，
# 第一个表达式的值为True，所以返回第二个表达式的值，第二个表达式的值为2
x6 = x2 > x1 and 2
print(f"x6:{x6}")
- or：表达式：x or y，即布尔的“或”，如果 x 或 y 任意一个值为 True，则返回为True的值，否则返回 x 的值。
x1 = 5
x2 = 6
x3 = 7
# x2 > x1 or x2 > x3 => 6 > 5 and 6 > 7
# 第一个表达式的值为True，所以返回True
x5 = x2 > x1 or x2 > x3
print(f"x5:{x5}")
# x1 > x2 or x2 > x3 => 5 > 6 or 6 > 7, 两个表达式均为False，所以整个表达式为False
x4 = x1 > x2 or x2 > x3
print(f"x4:{x4}")
# x1 > x2 or 0 => 5 > 6 or 0，
# 第一个表达式的值为False，所以返回第二个表达式的值，第二个表达式的值为0
x6 = x1 > x2 or 0 # 非0均为True
print(f"x6:{x6}") # 注意不是返回False喔
- not：表达式：not x，即布尔的“非”，如果 x 值为 True，则返回为False，否则返回True。
x1 = 5
x2 = 6
x4 = not (x1 > x2) # note(x1 > x2) => not (5 > 6) => not False => True
print(f"x4:{x4}")
x5 = not (x2 > x1) # note(x2 > x1) => not (6 > 5) => not True => False
print(f"x5:{x5}")
7.6 成员运算符
- in：判断指定对象是否在序列中找到，是返回True,否返回False
- not in：与in相反，判断指定对象是否不在序列中找到，是返回True,否返回False。
x = [1, 2, 4, 5, 8]
x1 = 5
x2 = 6
x3 = x1 in x # x1 = 5, 是列表x中的元素，所以为真，True
print(f"x3:{x3}")
x4 = x2 not in x # x2 = 6, 不是列表x中的元素，为假，not假，所以为真，True
print(f"x4:{x4}")
7.7 身份运算符
- is：判断指定对象是否引用自同一对象，即是否具有相同的id地址，是返回True,否返回False。
- is not：与is相反，判断指定对象是否引用自不同的对象，即是否具有不同的id地址，是返回True,否返回False。
备注：其实is或is not 与 == 或 != 类似，区别在于：is或is not判断的是指定对象id地址是否相等，而== 或 !=判断的是指定对象的值是否相等。
8. 控制语句
流程控制有三种结构：顺序结构、分支结构、循环结构。
- 顺序结构：按部就班执行
- 分支结构：根据条件不同执行
- 循环结构：重复执行
8.1 分支语句（条件语句）
两种分支结构：
- 二分支
if condition1:
statement1
else:
statement2
举例：
score = 85
if score >= 60.0:
print("你的成绩：及格")
else:
print("你的成绩：不及格")
简写：三元运算符
exp1 if condition else exp2
对应
if condition:
exp1
else:
exp2
举例：
# 求最大值
x1 = 50
x2 = 30
max_num = x1 if x1>x2 else x2
max_num
- 多分支
if condition1:
statement1
elif condition2:
statement2
...
else:
statement3
举例：
score = 85
if score >= 90.0:
print("你的绩效为：A")
elif score >= 80.0:
print("你的绩效为：B+")
elif score >= 60.0:
print("你的绩效为：B")
else:
print("你的绩效为：C")
注：python3.10以下版本不支持switch-case语句。
8.2 循环语句
两种循环语句：while和for循环
8.2.1 while循环
- 适用场景不清楚循环的具体次数，或者当条件一直为真的时候一般用while
8.2.1 while循环典型结构
while cycle_condition:
statement
condition_change_statement
- while表达式以冒号作为行的结束
- while循环体代码块缩进4个字节
举例：
# 以神经网络模型的训练迭代次数举例
MAX_EPOCHS_COUNT = 10
epoch = 0
while epoch < MAX_EPOCHS_COUNT:
print(f"train times {epoch}")
epoch += 1
print("train finish!")
8.2.2 while的特殊用法
while...else...语句，在while退出时执行
while cycle_condition:
statement
condition_change_statement
else:
exit_statement
举例：
# 以神经网络模型的训练迭代次数举例
MAX_EPOCHS_COUNT = 10
epoch = 0
while epoch < MAX_EPOCHS_COUNT:
print(f"train times {epoch}")
epoch += 1
else:
print("train finish!")
8.2.2 for循环
- 使用场景：遍历序列中的元素或已知循环次数
- 典型结构for ... in ...
for item in sets:
statement
举例：
x = [-1, 4, 6, 7, 9, -10, -13]
for i in x:
print(i)
- range可迭代对象range(start,end,step):返回的是一个可迭代对象
- start：表示开始，包含，默认是0
- end:表示结束，不包含
- step：表示步长，默认是1
- 可迭代对象的优势是占用内存少，边使用边分配内存，不会一下子全部分配内存，在数据集较大时会特别便于使用。
X = range(1, 10, 1)
print(type(X))
for x in range(1, 10, 1):
print(x, end=', ')
print("")
<class 'range'> 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,
- enumerate()索引序列函数用于将一个可遍历的数据对象(如列表、元组或字符串)组合为一个索引序列，同时列出数据和数据下标，一般用在 for 循环当中。
适用场景：在需要提取数据结构对象索引的时候非常有用。
x = [-1, 4, 6, 7, 9, -10, -13]
# 原始列表输出
for i in x:
print(i, end=', ')
print("")
# 将原始列表的输出转换为索引-值的元组
for i in enumerate(x):
print(i, end=', ')
print("")
-1, 4, 6, 7, 9, -10, -13, (0, -1), (1, 4), (2, 6), (3, 7), (4, 9), (5, -10), (6, -13),
8.2.3 break与continue:循环的跳出和继续执行
- break退出循环，使用场合：在某些条件满足后跳出循环
# 以神经网络模型的训练迭代次数举例
MAX_EPOCHS_COUNT = 10
epoch = 0
while True:
if (epoch >= MAX_EPOCHS_COUNT):
break # 执行后，从此处跳出循环
print(f"train times {epoch}")
epoch += 1
- continue跳过循环体后面的语句，直接开始下一回循环
# 求列表中大于0的数值的和
x = [-1, 4, 6, 7, 9, -10, -13]
sum = 0
for item in x:
if item < 0:
continue # 执行continue后，本次循环，后面的代码块不再执行
sum += item
print(f"sum: {sum}")
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