第一章python科学编程入门

爱被打了一巴掌 2024-04-29 01:17 65阅读 0赞

### 简单梳理一下python的基本编码规范 ###

Python的基本编码规范主要遵循PEP 8——Python Enhancement Proposal \#8。它为Python代码的编写提供了一个风格指南，以确保代码具有一致的风格，便于阅读和维护。以下是一些关键的编码规范以及代码示例：

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#### 缩进 ####

*  使用4个空格来进行缩进，不要使用制表符（Tab）。
 *  续行应该与其包裹元素的括号、中括号或大括号内的第一个非空白字符对齐，或者使用垂直对齐的方式。

#### 行宽 ####

*  每行代码不应超过79个字符，这样可以在小屏幕上阅读，也便于多个代码文件并排显示。
 *  对于具有较少结构限制的长文本（如文档字符串或注释），行宽可以达到72个字符。

#### 空白 ####

*  在逗号、冒号、分号前面不要加空格，但其后面需要加空格。
 *  函数的参数列表、列表、字典、集合中，紧跟其后的括号前不应有空格。
 *  赋值（=）、比较（==, <, >, !=, <>, <=, >=, in, not in, is, is not）和布尔运算符（and, or, not）前后应该有一个空格，但在传递参数或赋值参数时，不在=前后加空格。

#### 注释 ####

*  注释应该是完整的句子。如果注释是一个短语或句子，其首字母应该大写，除非它是以小写字母开头的标识符。
 *  如果注释短到可以放在一行内，注释符号与注释文本之间应该跟随至少两个空格。

#### 命名约定 ####

*  函数名、变量名应该是小写的，如果有多个单词，使用下划线分隔。
 *  类名应该采用首字母大写的方式。
 *  对于私有或受保护的成员变量，使用一个下划线开头。

#### 示例代码 ####

class MyClass:
        def __init__(self, name, identifier):
            self.name = name          # 正确的空格使用
            self._identifier = identifier  # 私有变量以一个下划线开头
    
        def say_hello(self):
            """以友好的方式打招呼"""
            print(f"Hello, {
          self.name}!")
    
    def calculate_sum(x, y):
        # 确保每个操作符前后都有空格
        return x + y
    
    # 使用逗号后面加空格
    numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
    
    # 字典中的元素：紧跟其后的大括号前不应有空格
    person = {
        "name": "Alice", "age": 30}
    
    if __name__ == "__main__":
        obj = MyClass("Bob", 123)
        obj.say_hello()
        result = calculate_sum(5, 3)
        print(f"Sum: {
          result}")

### 关键字 ###

Python中的关键字是保留的词汇，它们具有特定的语法意义。关键字不能用作任何标识符名称。Python语言的关键字可能随版本变化有所不同，但以下是一般常见的Python关键字列表及其用法示例：

#### Python 关键字列表 ####

1.  `False` \- 布尔值假。
2.  `True` \- 布尔值真。
3.  `None` \- 表示空值或无值。
4.  `and` \- 逻辑与运算。
5.  `or` \- 逻辑或运算。
6.  `not` \- 逻辑非运算。
7.  `assert` \- 用于调试目的，测试条件，如果条件为假，则触发异常。
8.  `break` \- 跳出当前最内层循环。
9.  `continue` \- 跳过当前循环的剩余部分，继续下一次循环。
10. `class` \- 用于定义类。
11. `def` \- 用于定义函数或方法。
12. `if` \- 条件语句。
13. `elif` \- 条件语句，else if的缩写。
14. `else` \- 条件语句，其他情况。
15. `try` \- 指定异常处理，尝试执行语句。
16. `except` \- 捕获异常。
17. `finally` \- 无论是否发生异常都将执行的代码块。
18. `for` \- for循环。
19. `while` \- while循环。
20. `import` \- 导入模块。
21. `from` \- 从模块中导入特定部分。
22. `as` \- 创建别名。
23. `pass` \- 空语句，一条什么也不做的命令。
24. `return` \- 返回函数结果。
25. `yield` \- 用于从函数返回一个生成器。
26. `with` \- 用于简化异常处理。
27. `lambda` \- 创建匿名函数。
28. `global` \- 声明全局变量。
29. `nonlocal` \- 声明非局部变量。
30. `del` \- 删除对象。
31. `in` \- 检查序列中是否包含特定的值。
32. `is` \- 测试两个变量是否引用自同一个对象。
33. `raise` \- 引发异常。

#### 示例代码 ####

以下是一些关键字的示例用法：

# if, elif, else
    if x > 10:
        print("x is greater than 10")
    elif x == 10:
        print("x is 10")
    else:
        print("x is less than 10")
    
    # for, break, continue
    for i in range(5):
        if i == 3:
            continue  # 跳过当前循环，继续下一次循环
        if i == 4:
            break  # 跳出循环
        print(i)
    
    # def, return
    def add(x, y):
        return x + y
    
    # class
    class MyClass:
        def __init__(self, name):
            self.name = name
    
    # try, except, finally
    try:
        x = 1 / 0
    except ZeroDivisionError:
        print("Cannot divide by zero")
    finally:
        print("This will always execute")
    
    # with (used for resource management, e.g., opening files)
    with open("file.txt", "r") as file:
        contents = file.read()
    
    # lambda
    square = lambda x: x ** 2
    print(square(5))
    
    # global
    x = 5
    def func():
        global x
        x = 10
    func()
    print(x)  # Output: 10

### 常量与变量 ###

### 标识符 ###

在Python中，区分常量和变量主要依靠命名约定和编程实践，因为Python本身不像某些语言（如C++或Java）那样有内置的常量类型。下面将介绍如何在Python中使用变量和常量，并提供相应的示例。

#### 变量 ####

变量是可以更改值的标识符。在Python中，你可以直接给变量赋值，并且可以随时更改变量的值。变量命名应遵循标识符命名规则，即使用字母、数字和下划线，但不能以数字开头。

##### 变量示例 #####

# 定义变量
    age = 30
    name = "Alice"
    is_student = True
    
    # 使用变量
    print(age)  # 输出: 30
    print(name)  # 输出: Alice
    print(is_student)  # 输出: True
    
    # 更改变量的值
    age = 31
    name = "Bob"
    is_student = False
    
    # 再次使用变量
    print(age)  # 输出: 31
    print(name)  # 输出: Bob
    print(is_student)  # 输出: False

#### 常量 ####

在Python中，常量是一种约定俗成的概念，通常用全部大写字母表示。虽然这种方式不能阻止常量的值被更改，但按照约定，开发者应该把它们视为不变的值。

##### 常量示例 #####

# 定义常量
    PI = 3.14159
    MAX_SIZE = 100
    API_KEY = "XYZ123"
    
    # 使用常量
    print(PI)  # 输出: 3.14159
    print(MAX_SIZE)  # 输出: 100
    print(API_KEY)  # 输出: "XYZ123"
    
    # 尽管以下操作在技术上是可能的，但不应更改常量的值
    # PI = 3.14  # 不推荐这样做

#### 模块级常量 ####

如果你需要在多个文件中使用相同的常量，一个好的实践是将它们定义在一个单独的文件（例如`constants.py`）中，然后在其他模块中导入它们。

##### `constants.py` #####

# 定义常量
    PI = 3.14159
    MAX_SIZE = 100

##### 使用常量的模块 #####

# 导入常量
    from constants import PI, MAX_SIZE
    
    # 使用常量
    print(PI)  # 输出: 3.14159
    print(MAX_SIZE)  # 输出: 100

这种方法有助于维护和管理在多处使用的常量值，确保它们的一致性并且容易更新。

### 运算符 ###

Python中的运算符用于执行各种运算。以下是Python中常用运算符的类型和示例。

#### 算术运算符 ####

用于执行数学运算。

*  `+` 加法
 *  `-` 减法
 *  `*` 乘法
 *  `/` 除法
 *  `%` 求余
 *  `**` 求幂
 *  `//` 整除

##### 示例： #####

x = 10
    y = 3
    
    print(x + y)  # 输出: 13
    print(x - y)  # 输出: 7
    print(x * y)  # 输出: 30
    print(x / y)  # 输出: 3.3333333333333335
    print(x % y)  # 输出: 1
    print(x ** y)  # 输出: 1000
    print(x // y)  # 输出: 3

#### 赋值运算符 ####

用于为变量赋值。

*  `=` 赋值
 *  `+=` 加后赋值
 *  `-=` 减后赋值
 *  `*=` 乘后赋值
 *  `/=` 除后赋值
 *  `%=` 模后赋值
 *  `**=` 幂后赋值
 *  `//=` 整除后赋值

##### 示例： #####

x = 10
    x += 3  # 相当于 x = x + 3
    print(x)  # 输出: 13
    
    x -= 3  # 相当于 x = x - 3
    print(x)  # 输出: 10

#### 比较运算符 ####

用于比较两个值。

*  `==` 等于
 *  `!=` 不等于
 *  `>` 大于
 *  `<` 小于
 *  `>=` 大于等于
 *  `<=` 小于等于

##### 示例： #####

x = 10
    y = 12
    
    print(x == y)  # 输出: False
    print(x != y)  # 输出: True
    print(x > y)   # 输出: False
    print(x < y)   # 输出: True
    print(x >= y)  # 输出: False
    print(x <= y)  # 输出: True

#### 逻辑运算符 ####

用于组合条件语句。

*  `and` 与
 *  `or` 或
 *  `not` 非

##### 示例： #####

x = True
    y = False
    
    print(x and y)  # 输出: False
    print(x or y)   # 输出: True
    print(not x)    # 输出: False

#### 成员运算符 ####

用于测试序列中是否包含指定的成员。

*  `in` 存在
 *  `not in` 不存在

##### 示例： #####

x = [1, 2, 3, 4, 5]
    
    print(3 in x)     # 输出: True
    print(6 not in x) # 输出: True

#### 身份运算符 ####

用于比较两个对象的存储单元。

*  `is` 是同一个对象
 *  `is not` 不是同一个对象

##### 示例： #####

x = [1, 2, 3]
    y = [1, 2, 3]
    z = x
    
    print(x is z)     # 输出: True
    print(x is y)     # 输出: False
    print(x == y)     # 输出: True
    print(x is not y) # 输出: True

### 数据类型 ###

Python中的数据类型可以大致分为内置数据类型和自定义数据类型。内置数据类型包括数字（整数、浮点数、复数）、字符串、列表、元组、字典和集合等。每种数据类型都有其特定的用途和操作方法。下面将详细介绍这些内置数据类型及其使用示例。

#### 数字 ####

Python支持整数、浮点数和复数。

##### 示例 #####

# 整数
    x = 10
    print(x, type(x))  # 输出: 10 <class 'int'>
    
    # 浮点数
    y = 20.5
    print(y, type(y))  # 输出: 20.5 <class 'float'>
    
    # 复数
    z = 2 + 3j
    print(z, type(z))  # 输出: (2+3j) <class 'complex'>

#### 字符串 ####

字符串是由字符组成的序列，用单引号或双引号括起来。

##### 示例 #####

name = "Alice"
    message = 'Hello, "Bob"!'
    print(name, type(name))  # 输出: Alice <class 'str'>
    print(message)  # 输出: Hello, "Bob"!

#### 列表 ####

列表是有序的元素集合，元素可以是不同的数据类型，列表是可变的。

##### 示例 #####

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
    mixed = [1, "Hello", 3.14, [1, 2, 3]]
    print(numbers, type(numbers))  # 输出: [1, 2, 3, 4, 5] <class 'list'>
    print(mixed)  # 输出: [1, 'Hello', 3.14, [1, 2, 3]]

#### 元组 ####

元组与列表类似，但元组是不可变的。

##### 示例 #####

coordinates = (10, 20)
    print(coordinates, type(coordinates))  # 输出: (10, 20) <class 'tuple'>

#### 字典 ####

字典存储键值对，键是唯一的。

##### 示例 #####

person = {
        "name": "Alice", "age": 30}
    print(person, type(person))  # 输出: {'name': 'Alice', 'age': 30} <class 'dict'>

#### 集合 ####

集合是无序的、不重复的元素集合。

##### 示例 #####

fruits = {
        "apple", "banana", "cherry"}
    print(fruits, type(fruits))  # 输出: {'banana', 'cherry', 'apple'} <class 'set'>

#### 布尔值 ####

布尔值表示真或假。

##### 示例 #####

is_student = True
    is_sunny = False
    print(is_student, type(is_student))  # 输出: True <class 'bool'>
    print(is_sunny)  # 输出: False

### 内置函数 ###

Python的内置函数是不需要任何特殊导入即可使用的函数，提供了许多基本功能，从而使得日常编程任务变得更加简单。这些函数包括类型转换、数学计算、序列操作等。以下是一些常用的内置函数及其示例：

#### 类型转换函数 ####

*  **`int(x[, base])`**: 将x转换为一个整数。可选参数base表示数的进制，默认为十进制。
 *  **`float(x)`**: 将x转换为一个浮点数。
 *  **`str(x)`**: 将对象x转换为字符串。
 *  **`bool(x)`**: 将x转换为布尔值。

##### 示例 #####

print(int("10"))        # 输出: 10
    print(float("10.5"))    # 输出: 10.5
    print(str(20))          # 输出: "20"
    print(bool(0))          # 输出: False

#### 数学相关函数 ####

*  **`abs(x)`**: 返回x的绝对值。
 *  **`round(number[, ndigits])`**: 四舍五入，ndigits表示小数点后保留的位数。
 *  **`sum(iterable[, start])`**: 计算iterable的总和，如果提供start，则从这个值开始加。

##### 示例 #####

print(abs(-10.5))       # 输出: 10.5
    print(round(10.456, 2)) # 输出: 10.46
    print(sum([1, 2, 3], 10)) # 输出: 16

#### 序列操作函数 ####

*  **`len(s)`**: 返回对象（字符、列表、元组等）的长度或项目数。
 *  **`range(start, stop[, step])`**: 生成一个数值序列。
 *  **`enumerate(iterable, start=0)`**: 返回一个枚举对象。
 *  **`sorted(iterable, key=None, reverse=False)`**: 返回排序后的列表。

##### 示例 #####

print(len("hello"))            # 输出: 5
    print(list(range(0, 10, 2)))   # 输出: [0, 2, 4, 6, 8]
    for i, v in enumerate(['a', 'b', 'c']):
        print(f"{
          i}: {
          v}")
    # 输出:
    # 0: a
    # 1: b
    # 2: c
    print(sorted([3, 1, 2]))       # 输出: [1, 2, 3]

#### 输入输出函数 ####

*  **`print(*objects, sep=' ', end='\n', file=sys.stdout, flush=False)`**: 打印对象到文本流或文件。
 *  **`input(prompt)`**: 用于获取用户输入。

##### 示例 #####

print("Hello", "World", sep="-")  # 输出: Hello-World
    name = input("Enter your name: ") # 用户输入
    print(f"Hello, {
          name}!")

#### 其他常用函数 ####

*  **`help(object)`**: 调用内置的帮助系统。
 *  **`type(object)`**: 返回对象的类型。

##### 示例 #####

print(type(10))    # 输出: <class 'int'>
    # 使用help函数可以获取更多信息，例如：help(range)

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