Python学习笔记
程序设计思想与方法CS-902
- 陆朝俊
- 周二下午6-8节，12:55开始上课
- 3学分，平时20%大作业30%期末（开卷）50%
- 目标：学习了解计算思维，通过Python语言实现
| 课程安排 | 周次 |
|---|---|
| 教学课 | 1，2，3，4，5，7，9，11，13，14，15 |
| 上机课 | 6,8,10,12 |
课程笔记
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第一周
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计算机的硬件组成，基本工作原理
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程序设计语言：机器语言（二进制编码）、汇编语言（助忆符，需汇编器处理）、高级语言（适合人用，需编译器或解释器处理）
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计算机解决问题步骤：先找出解决问题的方法步骤即算法，再用程序语言表达算法。关键：算法
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算法的每一步必须是确切的，可行的，能在有限步内完成。
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课程群名称来源CT-computational thinking(如何像计算机科学家那样思考)
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计算思维：建立在计算机的能力（能做什么）和局限之上（不能做什么）
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案例
- 算法：小学算术的长除法
- 查找：查黄页是顺序查找还是借助索引
- 排序：整理扑克牌
- 排队：先来先处理
- 预取与缓存：书包存放当天上课要用的书（书包相当于缓存，寝室相当于硬盘）
- 并行处理：同时烧几个菜
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计算+X，拥有广泛的应用场景
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课程定位 ：学习利用计算机解决问题的实现方法，不是程序设计语言课程，不是算法和数据结构课程Python语言介绍：荷兰人Guido Van Rossum发明，简单开源高度可读性。编译+解释。
Python版本越高反而丧失了高度可读性的初心。
IDE：Intergrated Development Environment 集成开发环境
Python程序防止一闪而过：最后添加输入语句
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程序构件：数据
数据有不同类型，常见的有字符串，数字等
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程序构件：变量
以字母或下划线开头，后跟字母等数字，区分大小写且有保留字（连字符、空格非法）
良好的命名风格：有意义+保持一致风格（骆驼式，匈牙利命名标记，数据类型，例iMyage）
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程序构件：表达式
良好编程风格：用空格，括号增加表达式的可读性，不依赖于优先级
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程序构件：语句
输出语句，赋值语句（本课程主要用模板讲解语句，专业教材用巴克莱范式表示）
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程序构件：函数
可以理解为把一段语句序列打包命名。用def来定义函数
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程序构件：注释
# Author：Verification-Code
# Version: 1.0.0
def main():
全书概要：信息抽象与数据表示
两种符号化表示：字面值和标识符(PI等)，Python通过赋值语句来定义变量，任何变量都必须先定义后使用。
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为了更精确的表示信息，编程语言提供不同数据类型。合法值+合法运算
180+78一定有意义吗？
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Python学习语法：
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输出语句:Print(‘XXX’)
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变 量:
messgae="Hello World!"print(message)字符串：
在Python中，用引号括起的都是字符串，其中引号既可以是单引号又可以是双引号，*这种灵活性主要是为了能让你在字符串中包含引号和撇号。
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使用函数对字符串进行操作：例如
name='ada lovelace'print(name.title())结果：Ada lovelaceprint(name.upper())结果：ADA LOVELACEprint(name.lower())结果：ada lovelace（较常用，统统先转成小写在存储） -
在字符串中使用变量
first_name="ada"last_name="lovelace"full_name=f"{first_name}{last_name}''print(full_name)要在字符串中插入变量的值，可在前引号前加入字母f，再将要插入的变量放在花括号内，这样，当Python显示字符串时，将每个变量都替换为其值。，这种字符串名为f字符串，f是format缩写。由此可以完成很多工作。（注意，f字符串是Python3.6引入的，对于之前的版本，
full_name="{}{}".format(first_name,last_name) -
使用制表符或换行符来添加空白
在编程中，空白泛指使用任何非打印字符，如空格，制表符或换行符。
空白：\t(制表符)
换行：\n(换行符)
反斜杠：\
单引号：\ ’
双引号：\ "
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取子串
若s=“Hello Bob”
s[0:3]是‘Hel’
s[:]是‘Hello Bob’
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也可以用+号直接连接
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一个字符串的重复连接，用乘*
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字串检测，用in
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注意，字符串不可修改
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ord函数可以返回字符的编码
ord(‘a’)=97
ord(‘\xc4’)=196，这里\x表示16进制。
print(‘\xc4) 结果为A上带两点
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eval()函数将字符串当作数值表达式计算
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str()函数自动将计算结果转成字符串
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String库内也有很多字符串函数
删除空白
自动剔除字符串末尾空白：
favorite_language.ratrip()自动剔除字符串开头空白：
favorite_language.lstrip()自动剔除字符串首尾空白：
frvorite_language.strip()
数
在Python中，可用**表示乘方运算，将任意两个数相除时，结果总是浮点数，即使这两个都是整数且能整除。
书写很大的数时，可使用下划线将其中的数字分组，使其更清晰已读，当你打印这种数时，Python 不会打印其中的下划线。(Python>=3.6)
同时给多个变量赋值：
x,y,z=0,0,0常量：Python没有内置的常量类型，但Python程序员会使用全大写来指出应将某个变量视为常量，其值应该始终保持不变
MAX_CONNECTIONS=5000注释
Python语言中使用井号做注释标识，井号后面的内容会被Python解释器自动忽略，
#向大家问好彩蛋
Python之禅:
import this -
第三章：列表
列表由一系列特定顺序排列的元素组成，如下
bicycles=['track','cannodale','redline','specialized']
print(bicycles)
结果如下
['track','cannodale','redline','specialized']
Python将打印列表的内部表示，包括方括号。
访问列表元素，只需告诉该元素的位置（索引），当然需要特别注意的是索引从0开始而非1开始，且Python为访问最后一个元素提供了一种方法，就是直接用-1去索引。
print(bicycles[1])
当然，也可以同时调用那几个对字符串处理的函数title()等。
你可以像使用其他变量的值一样使用列表中的各个值，例如使用f组成一个新的字符串。
如何修改列表元素呢？
修改：对特定索引元素直接进行重新赋值即可
添加：1. 列尾（对空列同样适用）例如：
motorcyles=[]
motorcyles.append('homda')
motorcyles.append('ymaha')
motorcyles.append('suzuki')
结果不言自明（注意方括号也是会输出的）
插入，使用函数insert()，如下
motorcyles.insert(0,'ducati')
删除：知道元素索引，可以使用del语句，例如 del motorcyles[0]
知道元素索引且需要将这个元素单独拿出来，用pop()即出栈的方法，如果不指定索引则默认弹出列尾元素。
popped_motorcyles=motorcyles.pop()
first_owned=motorcyles.pop(0)
根据值去删除元素，用remove函数
motorcyles.remove('ducati'),注意函数remove()只删除第一个指定的值，如果要删除的值在表中可能出现多次，则可以 使用循环。
如何对列表进行排序
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按照字母排列
cars=['bmw','audi','toyota','subaru']cars.sort()按照字母反序排列
cars.sort(reserve=True)注意这是对列表元素顺序的永久修改
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使用函数sorted对列表临时排序
要保留列表元素原来的排列顺序，同时以特定的顺序呈现他们，可使用函数sorted()
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使用函数reserve来使列表倒序
cars.reserve()注意这样是永久修改的，当然你可以随时再次用这个函数使其倒回去
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使用函数len来确定列表的长度
cars.len()
第四章：操作列表
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遍历整个列表
magicians=['alice','david','carolina']for magician in magicians:
print(magician) -
特别注意，在for循环中，只有for循环下缩进的语句才会循环执行
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避免缩进错误！（4个空格缩进）
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忘记缩进
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忘记缩进额外的代码行
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不必要的缩进
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循环后不必要的缩进
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for循环语句遗漏了：
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创建数值列表（数组）
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使用函数range()
for vaule in range(1,5)
print(vaule)结果
1234为什么没有打印5呢？这是编程语言中常见的差一行为，函数range到达指定的第二个值时停止，因此不执行print（5）
调用函数range()时，也可只指定一个参数，这样他将从0开始。
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使用range创建数值列表
numbers=list(range(1,6))print(numbers)结果如下
[1,2,3,4,5] -
range指定步长
even_numbers=list(range(2,11,2))print(even_numbers)结果
[2,4,6,8,10] -
对数值列表的初步统计
digits=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,0]min(digits)max(digits)sum(digits) -
列表解析
squares=[value**2 for value in range(1,11)]print(square)结果
[1,4,16,25,36,49,64,81,100] -
列表切片
players=['charles','martina',michael','florence','eli']print(players[0:3])其实可以指定三个参数，第一个起始位（可略，头），第二个终止位（可略，尾），第三个是步长
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遍历切片
使用for循环实现
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复制列表
方法：同时省略起始索引和终止索引
特别注意如果这样
friend_foods=my_foods这是错的，这里将后面直接赋给前面，而不是将后面的副本赋给前面，因此这两个变量指向同一个列表。
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元组
列表是可以变动的，而元组是不可以变动的列表，元组看起来很像列表，但是使用圆括号而非中括号来标识。
dimensions=(200,50)
遍历元组中的所有值
dimensions=(200,5)for dimension in dimensions:print(dimension)虽然不能修改元组的元素，但可以给存储元素的变量赋值，即重新赋值覆盖一遍
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第五章：if语句
示例:
`cars = ['audi','bmw','subaru','toyota']
for car in cars:
if car == 'bmw'
print(car.upper())
else:
print(car.title())`
1. 条件测试
car = 'audi'
car == 'bmw'
结果
False
当然，这是需要区分大小写的，不等为！=，>,<,>=,<=
也可以使用and和or检查多个条件
检查特定值是否表示在列表中，in
'mushrooms' in requested_toppings
当然，可以用 not in判断不在
布尔表达式
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IF 语句
if-elif-else语句
注意可以使用多个elif语句，也可以省略else语句
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用if语句处理列表
requested_toppings=[]if requested_toppings:这里if会做检查，如果是空的，返回False，非空返回True
基本就是语言的基本if操作
第六章：字典
一个简单的字典如下
alien_0={'color':'green', 'point':5}
print(alien_0['color'])
print(alien_0['points'])
大概就是查字典吧
在Python中，字典用放在花括号{}中的一系列键值对表示。
访问字典中的值，可依次指定字典名和放在方括号内的键
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添加键值对
alien_0['x_position']=0alien_0['y_position']=0用花括号创建新字典
alien_0={} -
修改字典中的值
alien_0['color']='yellow' -
删除键值对
del alien_0['points'] -
由类似对象组成的字典
favorite_languages={
'jen': 'python',
'sarah': 'c',
'edward': 'ruby',
'phil': 'python',
} -
使用get()来访问值
如果直接用键取访问字典而对应的键值不一样时，系统会报错。
为了避免这样，可以使用方法get()在指定键不存在时返回一个默认值。
方法get()的第一个参数用于指定键，是必不可少的；第二个参数为指定的键不存在时要返回的值，是可选的。
point_value=alien_0.get('points','No point vaule assign.') -
遍历字典
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用for循环去遍历
for key,value in user 0.item():
print(f"\nKey: {key}")
print(f"Value: {value}")注意这里的循环变量名字是任意指定的，只需要保证有两个循环变量即可，如可以是name和age
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遍历字典中的所有键
在不需要使用字典的值时，方法Keys()很有用。
for name in favorite_languages.keys():
print(name.title())遍历字典时，如果使用
for name in favorite_languages:输出将不变，即单变量循环默认为值，当然，显式地使用方法keys()可让代码更容易理解
方法Keys()并非只能用于遍历，实际上，它返回一个列表，其中包含字典中的所有键。
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按照特定循序遍历字典中的所有键
从Python3.7起，遍历字典时将按插入的循序返回其中的元素。
要以特定循序返回元素，一种办法是在for循环中对返回的键进行排序，为此，可使用函数sorted()来获取对特定顺序排列的键列表副本：
for name in sorted(favorite_languages.keys()):
print(f"{name.title()}, thank you for taking the poll.")这里就是对keys()返回的列表，并用sorted()方法进行按照首字母排序
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遍历字典中的所有值，可以使用方法values()
最粗暴的做法是这样的
for language in favorite_languages.values():
print(language.title())这条for语句提取字典中的所有值，并将其一次赋值给变量language，这种做法提取字典中的所有值，而没有考虑是否重复，为了剔除重复项，可以使用集合(set)，集合中的每个元素都是独一无二的。
for language in set(favorite_languages.values()):通过更深入的学习Python，你会发现它内置的功能可以帮助你以希望的方式处理数据。
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可以用一对花括号直接创建集合，并在其中用逗号分隔元素：
>>>language = {'python', 'ruby', 'python', 'c'}>>>languages{'ruby','python','c'} #输出结果集合和字典很容易混淆，因为他们都是用一对花括号定义的，当花括号中没有键值对时，定义的很可能是集合，不同于列表和字典，集合不会以特定顺序存储元素。
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嵌套
将一系列字典存储在列表中，或将列表作为值存储在字典中，这称为嵌套
字典alien_0包含了一个外星人的各种信息，但无法存储第二个外星人的各种信息，更别说屏幕上所有外星人的基本信息了，一种办法是创建一个外星人列表，其中每个外星人都有一个字典，包含有关该外星人的所有信息，如下
aliens = [alien_0,alien_1,alien_2]for alien in aliens:
print(alien) #结果将会将三个外星人的字典完整打印出来进一步地，可以使用for循环等自动生成这些东西
# 创建一个用于存储外星人的空列表aliens = []# 创建30个绿色的外星人、for alien_number in range(30)
new_alien = {'color': 'green', 'points': '5', 'speed': 'slow'}
aliens.append(new-alien)# 显示前5个外星人for alien in aliens[:5]:
print(alien)print("...")# 显示创建了多少外星人。point(f"Total number of aliens: {len(aliens)}")经常需要在列表中包含大量的字典，而其中每个字典都包含特定对象的众多信息。例如，你可能需要为网站的每个用户创建一个字典，并将这些字典存储在一个名为users的列表中，在这个列表中，所有字典的结构都相同，因此你可以遍历这个列表，并以相同的方式处理每个字典。
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在字典中存储列表
pizza = {
'crust': 'thick',
toppings': ['mushrooms', 'extra cheese'],
}每当字典中将一个键关联到多个值时，都可以在字典中嵌套一个列表，在本章前面有关喜欢的编程语言的示例中，如果将每个人的回答都存储在一个列表中，被调查者就可以选择多种自己喜欢的语言，在这种情况下，当我们遍历字典时，与每个被调查者相关联的都是一个语言列表。因此，在遍历该字典for循环中，我们需要再使用一个for循环来遍历与被调查者相关联的语言列表。
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在字典中存储字典
例如，如果有多个网站用户，每个都有独特的用户名，可在字典中将用户名作为键，然后将每位用户的信息存储在一个字典中。
users = {
'asinstein': {
'first': 'albert',
'last': 'einstein',
'location': 'princeton',
},
'mcurie': {
'first': 'marie',
'last': 'curie',
'location': 'paris',
},
}请注意，表示每位用户的字典都具有相同结构，虽然Python语言没有这样的要求，但这使得更嵌套的字典处理起来更容易。
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第七章：用户输入和while循环
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函数input()的工作原理
函数input()让程序暂停运行，等待用户输入一些文本，获取用户输入后，Python将其赋给一个变量，例如
message = input("Tell me something, and i will repeat in back to you: ")每当使用函数input()时，都应指定清晰易懂的提示，准确地指出希望用户提供什么样的信息。
有时候提示可能会超过一行，此处我们给出创建多行字符串的方法
prompt = 'If you tell us who you are, we can personalize the messages you see.'prompt += "\nWhat is your first name"2. 使用int()来获取数值输入使用input()时，Python将用户输入解读为字符串，例如
>>>age = intput("How old are you?")How old are you? 21
>>> age‘21’
如果试图将输入作为数来使用，就会引发错误
为了解决这个问题，可以用int()，函数int()将输入字符串转变为数值表示，如下
实际上是强制类型转换
3. 求模运算符%将两个数相除并返回余数
4. 整除运算符//将两个数执行除法，对结果舍去小数部分，注意结果可能不为整数，可能与分子相关
5. While循环简介样例
current_number = 1while current_number <= 5
print(current_number)
current_number +=1人工指定是否退出循环
while message != 'quit':
message = input(prompt)
print(message)使用标志Flag
active = Truewhile active:
message = input(prompt) if message == ‘quit’:
active = False
else:
print(message)
使用break强制退出循环
在循环中使用continue跳过当前循环
避免无限循环，如果实在发生的无限循环，可以使用Ctrl+C强制停止
6. 使用While循环处理列表和字典for循环是一种遍历列表的有限方式，但不应该在for循环中修改循环列表，否则将导致Python难以跟踪其中的元素，要在遍历列表的同时对其进行修改，可使用While循环。
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样例，在列表中移动元素
*假设有一个列表包含新注册但还未验证的网站用户，验证这些用户后，如何将他们移到另一个已验证的用户列表中？一种方法是使用Whi了循环，在验证用户的同时将其从为验证用户列表中提取出来，再将其加入另外一个已验证用户列表中。例如
# 首先，创建一个待验证用户列表# 和一个用户存储已验证用户的空列表unconfirmed_users = ['alice', 'brain', 'candace']confirmed_users = []
# 验证每个用户直至没有未验证用户为止# 将每个经过验证用户都移动到已验证用户列表while unconfirmed_users:
current_user = unconfirmed_user.pop()
print(f"Verifying user: {current_user.title()}"
confirmed_users.append(current_user)# 显示所有已验证用户print("\nThe following users have been confirmed:")for confirmed_user in confirmed_users:
print(confirmed_user.title()) -
删除为特定值的所有列表元素
while循环+remove语句
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使用用户输入来填充字典
# 提示输入被调查者的名字和回答name = input("\nWhat is your name?")response = input("Which mountain would you like to climb someday?")# 将回答存储在字典中responses[name] = response
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第八章：函数
函数是带名字的代码块，用于完成具体的工作，要执行函数定义的特殊任务，可调用该函数，需要在程序中多次执行同一项任务。
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定义函数
def greet_user()
print("Hello!")great_user() -
向函数传递信息（传参）
def greet_user(username) -
实参和形参
调用函数时，将实参传给了函数，这个在调用时被赋值给了形参
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传递实参
函数定义中可能需要包含多个形参，因此函数调用中也可能包含多个实参，向函数传递实参的方式很多，可以用位置实参，这要求实参和形参的顺序相同；也可以使用关键字实参，其中每个实参都由变量名和值组成；还可以使用列表和字典，具体如下
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位置实参
def describe_pet(animal_type, pet_name):# 调用如下describe_pet('hamster', 'harry') -
关键字实参
关键字实参是传递给函数的名称值对，因为直接在实参中将名字和值关联起来，所以向函数传递实参时不会混淆，关键字实参让你无需考虑函数调用中的实参顺序（位置实参：勿cue），还清楚地指出了函数调用中各个值的用途
describe_pet(animal_type='hamster', pet_name='harry') -
默认值
编写函数时，可以给每个形参指定默认值，例如
def describe_pet(pet_name, animal_type='dog'):如果显示给定了实参，Python将自动忽略形参默认值。
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等效的函数调用
对前面那些语法进行综合使用，合法合理即可
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避免实参错误
返回值
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返回返回值
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让实参变成可选的，方法是在函数接收入实参后做一个判断，如果是空的怎么怎么样，如果是非空的怎么怎么样
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返回字典
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结合使用函数和while循环
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传递列表
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在函数中修改列表
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禁止函数列表
只让原来的列表传递副本，其实就是临时拷贝一份
function_name(list_name[:]) -
传递任意数量的实参
def make_pizza(*toppings):形参名*toppings中的星号让Python创建一个名为toppings的空元组，并将收集到的所有信息封装在这个空元组中。
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结合使用位置实参和任意数量实参
def make_pizza(size,*toppings) -
使用任意数量的关键字实参
def build_profile(first,last,**user_info):形参名**user_info中的两个星号让Python创建一个名为user_info的字典
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将函数存储在模块中
新建一个py文件，只写入函数的代码
在其它文件夹中导入该模块即可 import pizza
还有一种是导入特定的函数
from module_name import fuction_name
从什么模块导入什么函数
使用as给函数拟定别名
from module_name import pizza as good
使用as给模块拟定别名
import module_name as good
导入模块中的所有函数：from pizza import *(不推荐)
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第九章：类
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创建类和使用类
class Dog: def _init_(self,name,age):
当然，带默认值是可以的，直接更新属性的值（或者使用方法（函数）更新））
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继承
编写类时并非总是要从空白开始，如果要编写的类是另一个现成类的特殊版本，可以使用继承。父类和子类
class ElectricCar(Car):与正常类的定义区别就是多了一个括号和父类名，使用继承时父类必须包含在文件中且在子类前面，然后记得加上super()./init /(make,modle,year)
先初始化父类的属性，再初始化子类特有的属性
可以在子类中重写父类的方法，也就是同函数名直接覆盖
将实例作用于属性，实际上就是组合，在一个类中包含另外一个类
模拟实物，从较高的实物层面去划分这个世界
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导入类
专门开一个文件用来存放py代码即可，也可以在一个文件中存储多个类，一次性从一个模块中导入多个类，还可以导入整个模块，导入模块的所有类，在一个模块中导入另外一个模块，使用别名，还有必要的Python标准库
第十章: 文件和异常
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读取文件
with open('pi_digits.txt') as file_object:contents = file_object.read()prints(contents)有open()函数也有close()函数
注意,read()到达文件末尾时会多出来一个空行,可以使用rstrip()方法
注意文件路径问题
使用for循环逐行读取
with open(filename) as file_object:注意,这里使用read()函数后每行结束后会多出来一个空格
读取文本文件时,Python将其中所有的文本都解读为字符串.
经典项目:圆周率包括你的生日吗?
for line in lines:
pi_string += line.strip()birthday = input("Enter your birthday,in the form mmddyy: ")if birthday in pi_string:print ......else:print...... -
写入文件
要将文本写入文件,你在调用open()时需要提供另一个实参,告诉Python你要写入打开的文件
with open(filename,'w') as file_objectw写入模式,a是附加模式,r+是读写模式
写入多行需要自己准备换行符
使用附加模式添加到文件末尾
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异常
使用try-except方法,pass语句
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存储数据
json.load,json.jump
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代码重构
第十一章:测试代码
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测试函数
单元测试和测试用例
导入模块unittest和要测试的函数,再创建一个继承unittest.Testcase的类,并编写一系列方法对函数行为进行不同方面的测试
各种断言方法及其使用