Python 入门教程 Lesson 1 - 初识 Python

Python 是什么

Python是一种面相对象、函数式、动态类型、解释型的计算机程序语言。目前在 Web 开发、爬虫、安全研究、云计算、数据科学、人工智能等领域得到广泛应用,其设计哲学是“优雅”,“明确”,“简单”。

Python 能做什么

  • Web 和 API开发,Django,Tornado 等 Web 框架
  • 云计算,OpenStack
  • 人工智能,TensorFlow,PyTorch
  • 大数据,NumPy,Pandas,dpark
  • 爬虫,scrapy

案例演示

网站和API平台

哪些公司在用

国内

  • 知乎
  • 豆瓣
  • 果壳
  • 还有各大公司

国外

  • Google
  • Dropbox
  • Microsoft
  • NASA,火星探险车上有很多代码是 Python 生成的

Python 的设计哲学

在任何一个 Python 交互解释器中输入 import this,就会出现 Python 的一个彩蛋,描述了一系列 Python 的设计原则。

简要来说,其设计哲学是“优雅”,“明确”,“简单”。这些设计哲学体现在了语法特点上

语法特点

跟其他语言相比,最显著的不同就是没有大括号,没有分号(简洁),将缩进作为语法的一部分(为了让代码格式好看和统一,用语法的方式强制约束)。

Python 版本的选择

学习 Python,很多人在问的一个问题就是我要选择 2 还是 3。目前的情况是:

  1. 很多大公司目前生产环境上使用的是 Python2,例如 Google,Dropbox 等公司。
  2. Python2 官方在 2020 年以后就不再维护,意味着有 bug 或者 安全问题,不会有补丁。但是 Python2 在很长一个时间内,仍然会在许多公司内应用。
  3. Python2 因为设计上存在一些缺陷,比如字符串编码问题,所以才会重写推出 Python3。但是 Python3 与 Python2 不完全兼容,有些代码需要改造才能在 Python3 下运行。
  4. 目前很多主流的框架都做到了 2 和 3 同时兼容。
  5. Python 3 的一些语法在最新的 Python 2.7 中也已经可以使用,在 Python 2.7 中写同时兼容 3 语法的代码,也很普遍。
  6. 从长远来看,Python3 是未来。

对于初学者来说,我建议选择 Python3,可以避免很多问题,比如字符串编码的问题。

最新的稳定版本 Python 3.5.3

Python 2 和 3 的主要区别

其实只要了解了 Python 2 和 3 的区别,借助一些工具包,在使用上完成可以做到 2 和 3 同时兼容。但是对于新的项目,完全可以只考虑兼容 3 即可。

  1. print 从语句变成了函数
  2. urlib 等内置库的位置发生变更
  3. 字符串默认为 Unicode 编码
  4. xrange 重命名为 range,同时还有一系列内置函数及方法,都返回迭代器对象,而不是列表或者元组,比如 filter,map,dict.items 等

一些用来帮助实现 2 和 3 同时兼容的包

  • six
  • future

扩展阅读

IDE 选择和开发环境的搭建

  • 一个文本编辑器作为辅助,Sublime Text
  • 一个功能强大的交互式编辑器作为辅助,iPython
  • 一个主力编辑器,带有功能强大的调试功能,PyCharm

Submile Text 3

安装时,记得勾选添加到 Windows 资源管理器上下文菜单,以后可以直接右键打开文件

在 Preferences->Settings 中,记得配置 translate_tabs_to_spaces 为 true,将所有的 tab 都转换成空格。

1
"translate_tabs_to_spaces": true,

因为 Python 中缩进是语法的一部分,如果缩进不同,例如混用 tab 和 空格,很容易导致语法错误。而且我们在 PyCharm 中,会倾向于设置显示空格,避免语法错误。而 Tab 显示出来视觉效果不好。

安装 Package Control

按下组合键

1
ctrl + `

在弹出的控制台中输入如下代码,并按回车运行

1
import urllib.request,os,hashlib; h = 'df21e130d211cfc94d9b0905775a7c0f' + '1e3d39e33b79698005270310898eea76'; pf = 'Package Control.sublime-package'; ipp = sublime.installed_packages_path(); urllib.request.install_opener( urllib.request.build_opener( urllib.request.ProxyHandler()) ); by = urllib.request.urlopen( 'http://packagecontrol.io/' + pf.replace(' ', '%20')).read(); dh = hashlib.sha256(by).hexdigest(); print('Error validating download (got %s instead of %s), please try manual install' % (dh, h)) if dh != h else open(os.path.join( ipp, pf), 'wb' ).write(by)

安装插件

安装好后,按下组合键 Ctrl+Shift+P 输入 pcip 选择第一项 Package Control Install Package,然后再输入插件名称即可查找和安装

必装的插件

  • BracketHighlighter 高亮显示匹配的括号、引号和标签
  • IME Support 支持中文输入法
  • Jedi Python 代码自动提示
  • ConvertToUTF8 文件编码转换

iPython

有代码完成提示,可以用来做一些代码测试

安装

pip3 install jupyter

打开 Notebook

jupyter notebook

PyCharm

有免费的社区版和收费的专业版,社区版可以满足基本需求

专业版有专门对 Django 做了一些支持,可以使用该地址提供的序列号注册。

字体

等宽字体

  • Miscroft Yahei Mono

Python 的基础语法

怎么写注释

1
2
3
4
5
# 这是注释
"""
这是字符串,但是也常用来作为文档型注释,放在文件或函数的开头用来作为文档
"""

核心数据类型

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
# 数值
foo = 1
foo = 1.1
## 字符串
bar = 'this is a string'
bar = "this is a string"
bar = """this is a string"""
# 列表
foo = [1, 'a', 'b']
# 按序号取值 f[0], f[1]
# 字典,key-value 型
bar = {
1: 123,
'a': 'a string'
}
# bar[1], bar['a'],按 key 取值

可变类型和不可变类型

不可变意味着不能对其修改,常用来作为只读常量之类的

  • 数字、字符串和元组是不可变的
  • 列表和字典是可变的

循环和条件表达式

1
2
3
4
5
6
7
8
x = 'apple'
if x == 'milk':
print('color: white')
elif x == 'orange':
print('color: yellow')
else:
print('color: unknow')
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
# for 循环
sum_value = 0
# 循环100次,i 是序号
for i in range(100):
sum_value += i
list_data = [1, 'a', 'b']
# 遍历列表
for v in list_data:
print(v)
# 遍历列表,同时给出当前的序号
for i, v in enumerate(list_data):
# i 为序号
print('%s: %s' % (i, v))
# while 循环
x = 1
while True:
if x == 10:
break
else:
x += 1

函数

1
2
def func(v1, v2):
pass

函数的参数传递

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
# v1 为必传的参数
# v2 为带有默认值,可以省略的参数
# args 为列表型参数,参数传递的实际上是一个元组
# kwargs 为字典型参数,传递的实际上是一个字典
def func(v1, v2=123, *args, **kwargs):
print(v1)
print(v2)
print(args)
print(kwargs)
# 调用方法
func('123')
func('123', 456)
func('123', v2=456)
# 后面的1,2,3为args的参数
func('123', 456, 1, 2)
# 后面的1,2,3为args的参数
func('123', 456, 1, 2, v3='v3', v4='v4')

常犯的错误

默认参数不能用可变类型,否则这个可变类型的参数会跟着函数调用而变化

1
2
3
4
5
6
def func(v1, v2=[]):
v2.append(v1)
print(v2)
func('1')
func('2')

函数的返回值

1
2
3
4
5
6
7
8
9
def func(v1, v2=123, *args, **kwargs):
return v1, v2, ['a', 'b']
v1, v2, v3, v4 = func(1, 456)
# 用 _ 来表示不想对其命名的变量
v1, v2, _, _ = func(1, 456)
# 返回的实际上是一个元组
ret = func(1, 456)
print(ret)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
class MyClasss(object):
def __init__(self, v1, v2=1, *args, **kwargs):
pass
def method1(self, v1):
pass
@classmethod
def class_method(cls, v1, *args, **kwargs):
"""类方法"""
pass
@staticmethod
def class_method(v1, *args, **kwargs):
"""静态方法"""
pass

is 和 ==

1
2
is 比较的是对象的引用是相同
== 比较的是值是否相同

全局变量的写法

没有正确使用全局变量的例子

1
2
3
4
5
6
7
foo = ['123', '456']
def func():
foo = ['123']
func()
print(foo)

正确使用全局变量的例子

1
2
3
4
5
6
7
8
foo = ['123', '456']
def func():
global foo
foo = ['123']
func()
print(foo)

命名空间

命名空间的意义,就是用来确定一个变量符号到底对应什么对象。命名空间可以一个套一个地形成一条命名空间链。

变量和对象的概念

变量是什么呢?

按照维基百科 的解释

变量是一个存储位置和一个关联的符号名字,这个存储位置包含了一些已知或未知的量或者信息。

变量实际上是一个字符串的符号,用来关联一个存储在内存中的对象。在 Python 中,会使用 dict(就是 Python 的 dict 对象)来存储变量符号(字符串)与一个对象的映射。

模块和包的概念

块和包是用来做变量命名空间的隔离。

  • 模块,.py 文件
  • 包, 含有 init.py 文件的文件夹

使用方法

1
2
from datetime import datetime
import json

作用域

Python 使用 LEGB 的顺序来查找一个符号对应的对象

locals -> enclosing function -> globals -> builtins

locals,当前所在命名空间(如函数、模块),函数的参数也属于命名空间内的变量

enclosing,外部嵌套函数的命名空间(闭包中常见)

1
2
3
4
def fun1(a):
def fun2():
# a 位于外部嵌套函数的命名空间
print(a)

globals,全局变量,函数定义所在模块的命名空间

1
2
3
4
5
6
a = 1
def fun():
# 需要通过 global 指令来声明全局变量
global a
# 修改全局变量,而不是创建一个新的 local 变量
a = 2

builtins,内置模块的命名空间。Python 在启动的时候会自动为我们载入很多内置的函数、类,比如 dict,list,type,print,这些都位于 __builtins__ 模块中,可以使用 dir(__builtins__) 来查看。这也是为什么我们在没有 import 任何模块的情况下,就能使用这么多丰富的函数和功能了

常犯的错误

  • 覆盖系统的包,如 当前文件夹有个 json.py,然后 import json,导入的是当前文件夹的

内置属性 __name__

现在到了解释 if __name__ == '__main__' 这行代码的时候了。当 Python 程序启动后,Python 会自动为每个模块设置一个属性 __name__ 通常使用的是模块的名字,也就是文件名,但唯一的例外是主模块,主模块将会被设置为 __main__。利用这一特性,就可以做一些特别的事。比如当该模块以主模块来运行的时候,可以运行测试用例。而当被其他模块 import 时,则只是乖乖的,提供函数和功能就好。

开发规范

Python 有一份 PEP8 说明了代码的编写规范,中文地址

  • 变量名、函数名、模块名(文件名称)使用小写,多个单词用下划线,类名使用首字母大写
  • 缩进使用4个空格,而不是 TAB

使用 PyCharm 的话,会自动有 PEP8 开发规范的提示,只要按照提示修改即可,不用刻意去记 PEP8。

依赖管理 pip

Python 的依赖包是存放在 pypi 上,可以直接去上面下载安装

安装依赖包

pip install django

依赖说明文件,requirements.txt

1
2
3
django==1.9.2
tornado>=4.0
requests

批量安装依赖

pip install -r requirements.txt

安装 wheel 格式的依赖包

pip install numpy-1.12.0-cp35-none-win_amd64.whl 

搜索某个依赖包

pip search package_name

删除

pip uninstall package_name

下载源码安装

# 进入源码目录,如果存在 setup.py 则可以进行源码安装,使用该命令
python setup.py install

常见问题

源码安装,但是没有 C++ 的编译环境

1
2
error: Microsoft Visual C++ 14.0 is required. Get it with "Microsoft Visual
C++ Build Tools": http://landinghub.visualstudio.com/visual-cpp-build-tools

代码模板

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
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
# -*- coding: utf-8 -*-
# 如果是使用 Python 2,请加上下面这一句
from __future__ import unicode_literals
import json
a = [1, 'python']
a = 'a string'
my_list = ['1', '2', 'apple']
my_dict = {}
def func():
a = 1
b = 257
print(a + b)
# 这里没有使用 global,实际上是创建一个新的对象
# 而不是使用最上面全局的那个对象
# 如果要使用全局变量要先声明 global my_list
my_list = ['orange', 'milk']
for i, v in enumerate(my_list):
print('%s: %s' % (i, v))
my_dict['key'] = my_list
print(json.dumps(my_dict, indent=2))
class MyClasss(object):
def __init__(self, v1, v2=1, *args, **kwargs):
self.v1 = v1
self.v2 = v2
if len(args) > 0:
self.v3 = args[0]
self.v4 = kwargs.get('v4', None)
print(args)
print(kwargs)
def print_data(self):
print('v1: %s' % self.v1)
print('v2: %s' % self.v2)
print('v3: %s' % self.v3)
print('v4: %s' % self.v4)
@classmethod
def class_method(cls, v1, *args, **kwargs):
print('class_method')
@staticmethod
def static_method(v1, *args, **kwargs):
print('static_method')
def main():
print(a)
func()
my_class = MyClasss('v1', 'v2', 'v3', v4='v4')
my_class.print_data()
my_class.class_method('123')
my_class.static_method('456')
MyClasss.class_method('123')
MyClasss.static_method('456')
if __name__ == '__main__':
main()

扩展阅读

Python 项目收集

一些有趣的例子

Python 教程和资料

Python 历史故事

Python 之禅

其他