Python

一、相关说明

• 以下知识思维导图下载路径https://gitee.com/zglao/InstallPackage/raw/master/Python.xmind
• 更新日期2024年9月3日 11点32分（持续更新中）

二、Python知识学习框架

• 基础知识（1）

  • 源文件的字符编码

    • 默认编码UTF-8
    • 不使用默认编码，则要声明文件的编码，一般情况下写在文件的第一行
      • # -*- coding: encoding -*-
      • …

  • 变量的命名

    • 变量名只能包含字母、数字和下划线
    • 变量名以字母或下划线开头，不能以数字开头
    • 变量名不能包含空格，使用下划线来分隔单词
    • Python关键字和函数名不能用作变量名

  • 基本规则

    • #
    • ‘’’ ‘’’
    • ：
    • 缩进
    • 空行

    提示：# 单行注释，’’’ ‘’’多行注释

  • 变量赋值

    • 赋值符

      =

    • 增量赋值

      +=

    • 多重赋值

      x=y=z=1

    • 多元赋值

      x,y,z=1,2.0,’a’

  • 运行python

    • 两种模式

      • 脚本式编程
      • 交互式编程

    • 运行脚本

      命令行模式

• 基础知识（2）

  • 标识符

    • 标识符

      计算语言中允许作为名字的有效字符串集合

    • 特殊标识符

      • 关键字

        • 保留字

          不允许另用

        • import keyword

          • 查看所有
          • 判断是否
            • keyword.kwlist
            • keyword.iskeyword()

      • 专用下划线标识符

        • 特殊变量

          • 下划线（_）作为

            变量前缀&后缀

        • 特殊用法

          • _xxx

            • 不能直接访问的类属性
            • 通过类提供的接口进行访问

          • __xxx__

            • 特殊变量

              系统定义的名字

            • Python

              特殊方法专用标识

          • __xxx

            • 私有变量

              仅用于类中

    • 合法标识符

      • 第一个字符

        字母/下划线（_）

      • 其余字符

        字母/数字/下划线（_）

  • 对象属性

    • Pyhton使用对象类型来存储数据

    • 特性

      • 身份

      • 类型

        type()

      • 值

    • 对象属性

      • 访问

        .

      • 常用

        • 属性
        • 方法

  • 动态类型

  • 内存管理

    • 变量

      • 在计算机内存中的表示
        • a=’ABC’
          • 在内存中
            • 创建了一个’ABC’的字符串
          • 在内存中
            • 创建了一个名为a的变量并把它指向’ABC’
        • b=a
          • 创建了一个名为的变量并把它指向a指向的字符串’ABC’
        • a=’XYZ’
          • 创建了一个’XYZ’的字符串并把a指向改为’XYZ’
        • print(b
          • b的指向并没有更改
          • →’ABC’
      • 本质上
        • 变量用来指向数据对象
        • 计算机内部把任何数据都看成一个对象
        • 对变量赋值关联数据对象和变量

    • 常量

      全部大写的变量名（本质上还是变量）

    • del语句

      删除对象的一个引用

  • IO编程

    • print()
      • 打印到屏幕
      • print(a,b)
        • 依次打印
        • 遇到,输出一个空格
    • input()
      • 读取键盘输入
      • input()
        • 可以接收Python表达式
        • 返回运算结果

  • 模块结构&布局

• 数据类型

  • 类型

    • 概念

      指的是数据的分类，它定义了数据的存储方式、可以执行的操作以及数据的表现形式

    • 作用

      对数据的一种划分

  • 标准类型

    • 标准数据类型

      • 数字
        • 整型（int）
        • 浮点型（float）
        • 布尔型（bool）
        • 复数（complex）
      • 字符串
      • 列表
      • 元组
      • 集合
      • 字典

    • 标准类型操作符

      • 算术运算符

        • +,-,*,/
        • %
        • **
        • //

      • 比较运算符

        • ==,!=
        • >,>=,<,<=

      • 赋值运算符

        • =
        • +=,-=,*=,/=,%=,**=,//=

      • 位运算符

        • &,|,^,-
        • <<,>>

      • 逻辑运算符

        and,or,not

      • 成员运算符

        in,not in

      • 身份运算符

        is,is not

    • 内置函数

      • type()
      • isinstance()
      • cmp(a,b)
        • a>b 返回1
        • a<b 返回-1
        • a=b 返回0
      • str()/repr()
      • dir()

• 数值类型

  • 分类

    • 整数类型

      • 0X

        16进制

      • 0B

        2进制

      • 0O

        8进制

    • 浮点数类型

    • 复数类型

      • z=a+bj

        • a

          实数部分z.real

        • b

          虚数部分z.imag

  • 关系

    • 整数→浮点数→复数
    • 互相转换
      • int()
      • float()
      • complex()

  • 内置函数

    • abs()

    • ceil()/floor()

      上入整数/下舍整数

    • divmod()

      • 返回元组
        • num1/num2
        • num1%num2

    • pow()

      指数

    • round()

      四舍五入

  • 随机数

    • randint()

      随机整数

    • randrange()

      指定范围内取随机数

    • uniform(x,y)

      • 随机浮点数

        [x,y]

    • random()

      • 随机浮点数

        [0,1)

    • choice()

      随机序列中的一个元素

    • shuffle(lst)

      将序列所有元素随机排序

    • seed([x])

  • 其他

    • 空值
      • None
      • 注意
        • 不能理解为0
          • 0有意义
          • None为特殊空值

• 序列

  • 内涵

    • 有序排列
    • 包括
      • str
      • list
      • tuple

  • 操作符

    • 标准类型操作符

      （数据类型-标准类型-标准类型操作符）均适用

    • 序列类型操作符

      • 关系

        • in

        • not in

          obj in seq  # 输出: True/False

      • 连接

        • +（推荐使用seq1.extend(seq2)）
          • seq1 + seq2

      • 重复

        • • seq * expr

      • 切片

        • [],[:],[::]
          • seq[index]
          • seq[index1:index2]
        • 基本样式
          • [下限：上限：步长]
          • 上限本身不包括在内（开区间）
        • 拓展样式
          • 倒数切片
            • s[-10:-1]
            • s[-2:]
          • 逆序
            • [::-1]
          • 隔一取一
            • s[::2]
          • 全选
            • s/s[:]/s[::]/s[:None]/s[None:]
        • 注意
          • 切片索引可超过序列长度
          • range(-1,-4,-1)
            • 返回[-1 , -2 , -3]

    • 内置函数

      • 类型转换

        • list()
        • str()
        • tuple()
        • set()

      • 可操作内置函数

        • len()
        • reversed()
        • sum()
        • zip()
        • enumerate()
        • sorted()
        • max()
        • min()

      • 其他操作

        • all(s)

          返回True，如果所有元素都为True

        • any(s)

          返回True，如果任一元素为True

        • s.count(x)

          返回x在s中出现的次数

        • s.index(x)

          返回x在s中第一次出现的下标（索引）

        • …

• 字符串

  • 操作符

    • 标准类型操作符

      （数据类型-标准类型-标准类型操作符）均适用

    • 序列操作符

      • • 连接多个字符串
        • join()性能更佳

    • 格式化操作符

      • 百分号格式化
      • str.format() 方法

    • 原始字符操作符（r/R）

      • r’’（’’内部字符默认不转义）

    • Unicode字符串操作符（u/U）

      • u’’

  • 独特特性

    • 特殊字符串

      • \n

        换行

      • \t

        制表符

      • \\

        反斜杠

        • \

      • \r

        回车

    • ‘’’ ‘’’

      • 多行内容

    • 不可变性

      • 指向永远不变
      • 改变一个字符串元素需要创建字符串

    • 注意

      • 单引号和双引号用法相同均表示字符串
      • 字符串可看作特殊的元组

  • 编码问题

    • 概念

      • 1bit（位）

        0/1 两种可能性

      • 1byte（字节）

        • =8bit
        • 2^8=256种可能性

    • 背景知识

      • ASCII

        • 1个字节8位
        • 字符集–英文字符+常见符号

      • Unicode

        • 2个字节16位

        • 字符集–世界文字字符

        • 变长编码方式

          • UTF-32

            统一4个字节

          • UTF-16

            • 常用字符（基本多文种平面，BMP）2个字节
            • 超出BMP的字符（辅助平面）4个字节

          • UTF-8

            • 英文1个字节
            • 中文3个字节
            • 生僻字符4-6个字节

      • 汉字

        • DBCS
          • GB2312
          • GBK
          • GB18030
        • 127号
          • 之前–半角字符
          • 之后–全角字符

    • 计算机只能处理数字

      • 文本→数字
      • Unicode（字符集）→UTF-8（可变长编码方式）

    • Python

      • 类型

        • UTF-8

          3.X版本（默认编码）

        • ASCII

          2.X版本（默认编码）

      • 指定方式

        • # -*- coding: utf-8 -*-

      • 转换

        • Unicode字符串转换为UTF-8

          .encode(‘utf-8’)

        • UTF-8转换为Unicode字符串

          .decode(‘utf-8’)

  • 内置函数

    • 内置函数

      • 查看所有内置函数

        dir(str)

      • 更改显示方式

        • 大小写
          • str.upper()
            • 小写字母转换为大写字母
          • str.lower()
            • 大写字母转换为小写字母
          • str.capitalize()
            • 第一个字母转换为大写，其余字母转换为小写
          • str.title()
            • 首字母转换为大写，其余字母转换为小写
          • str.swapcase()
            • 大写字母转换为小写，小写字母转换为大写
        • 宽度
          • str.center(width)
            • 居中
          • str.ljust(width)/str.rjust(width)
            • 左/右对齐
          • str.zfill(width)
            • 用0填充，字符串以正号或负号开始，考虑符号
        • 编码
          • str.encode()
          • str.decode()

      • 检查

        • str.count()
        • str.find(str)/str.rfind()
        • str.index()/str.rfind()
        • str.endswith()/str.startswith()
          • 检查字符串是否以指定的后缀结束
          • 检查字符串是否以指定的前缀开始
        • str.isalnum()/str.isalpha()/str.isdigit()/str.islower()/str.isspace()/str.istitle()/str.isupper()
          • 检查字符串是否至少有一个字符（字母或数字）
          • 检查字符串是否只包含字母字符
          • 检查字符串是否只包含数字
          • 检查字符串是否只包含小写字母
          • 检查字符串是否只包含空白字符（空格、制表符、换行符等）
          • 检查字符串是否单词首字母大写，其余字母小写
          • 检查字符串是否只包含大写字母

      • 修改

        • str.expandtabs(tabsize=8)
          • 用于将字符串中的制表符（\t）扩展为空格
          • 将制表符扩展为多少个空格的宽度，默认值为8
          • 如果tabsize参数小于1，设置为1
          • 如果tabsize参数大于8，扩展为相应数量的空格
        • str.replace(‘a’,’A’)
          • 修改字符串中的特定部分
        • str.strip()/str.lstrip()/str.rstrip()
          • 去除字符串两端的空白字符或其他指定的字符
          • 去除字符串左侧的空白字符或其他指定的字符
          • 去除字符串右侧的空白字符或其他指定的字符
        • str.split()/str.rsplit()/splitlines()
          • 字符串（默认以空格）分割成一个列表
          • 字符串右侧开始分割成一个列表
          • 不接收任何参数，根据\n、\r分割字符串
        • str.partition()/str.rpartition()
          • 字符串开始搜索分隔符进行分割
          • 字符串末尾搜索分隔符进行分割
        • str.join()
          • 序列中的元素连接成一个字符串

      • 格式化字符串

• 列表 | 元组

  • 列表（list）

    • 元素可变，操作会影响原表

    • 操作符

      • 序列类型操作符

        • [] & [:]
        • in & not in
        • +（推荐使用list1.extend(list2)）

      • 列表解析

      • 内置函数

        • 序列类型

          • len()/sum()/max()/min()
          • sorted()/reversed()
          • enumerate()/zip()
          • list()

        • 列表类型

          • list.count()

          • list.index()

          • list.append()

            末尾追加

          • list1.extend(list2)

            list1末尾添加list2所有元素

          • list.insert()

            • 指定位置插入元素

            • list.insert(i,X)

              插入元素X到指定位置i处

          • list.remove()

          • list.pop()

            • 删除末尾元素

            • list.pop(i)

              删除指定位置i的元素

          • list.clear()

          • list.copy()

          • list.sort()/list.reverse()

            排序/逆序

      • 注意

        • 用于改变对象值的可变对象的方法
          • 无返回值
          • 直接修改原对象

  • 元组（tuple）

    • 元素不可变，一旦初始化不能修改

    • 操作符

      • 序列类型操作符

    • 内置函数

      • 序列类型

        len()

      • 元组类型

        • tuple.index()
        • tuple.count()

    • 注意

      • 单元素元组tuple = (1,)
      • 字典的键值可作为元组

  • 拷贝问题

    • 浅拷贝

      • 概念
        • 创建了一个新的对象
        • 复制的是原始对象中元素的引用，不是元素本身
        • 原始对象中的元素是可变的，拷贝后的对象中对应的元素会受到影响
      • 拷贝
        • list.copy()/list[:]
        • dict.copy()
        • copy.copy()

    • 深拷贝

      • 概念

        • 创建了一个新的对象
        • 递归地复制了原始对象中的所有对象
        • 深拷贝的对象，修改其中一个不会影响另一个

      • 拷贝

        copy.deepcopy()

    • 注意

      • 不可变数据类型（元组、字符串、数字等）
      • 浅拷贝和深拷贝之间没有区别

• 字典 | 集合

  • 字典（dict）

    • 操作

      • 创建

        • ={}
        • ={key:value,key:value}
        • =dict(([key,value],[key,value]))
        • ={}.fromkeys((key1,key2),value)

      • 访问

        • 返回键dict.keys()
        • 返回值dict.values()
        • 返回键值对dict.items()

      • 判断key是否存在

        • in/not in
        • dict.get(key)
          • dict.get(key)
            • 存在返回值
            • 不存在返回None
          • dict.get(key,-1)
            • 存在返回值
            • 不存在返回-1

      • 删除key

        • dict.pop(key)/dict.popitem()

          • 移除字典中指定键的项

            返回值

          • 移除字典中的最后一项

            返回最后一项键值对

        • del dict[key]

      • 清空dict

        • dict.clear()
        • del dict

    • 内置函数

      • 标准类型

        • type()
        • str()

      • 相关函数

        • dict()
        • len()
        • hash()
          • 判断是否可哈希
          • 可哈希才可作为字典的键

      • 内置函数

        • 返回迭代器

          • 返回键dict.keys()
          • 返回值dict.values()
          • 返回键值对dict.items()

        • 其他

          • dict.copy()

            浅复制

          • dict.get(key,default=X)

            • 获取字典中指定键对应的值
            • default可选参数
              • 键存在时，返回对应的值
              • 键不存在时，返回X
              • 未选该参数，默认为 None

          • dict.setdefault(key,default=X)

            • 获取字典中指定键对应的值
            • default可选参数
              • 键存在时，返回对应的值
              • 键不存在时，添加键到字典中，其值设置为提供的默认值X，返回X
              • 未选该参数，默认为 None

          • dict1.update(dict2)

            • dict2中键X已存在于dict1中

              值被更新为键X对应的值

            • dict2中键Y不存在于dict1中

              把键Y以及Y对应的值添加到dict1中

    • dict vs list

      • dict
        • 查找速度极快，不会随key增加而变慢
        • 占用大量内存
      • list
        • 顺序查找，速度随元素增加变慢
        • 占用内存少

    • 注意

      • key必须是可哈希的，不可变对象（均可哈希）
        • 字符串、数值
        • 元组（只能包括不可变类型）

  • 集合（set）

    • 无序的、不包含重复元素
    • 分类
      • 可变集合–set
      • 不可变集合–frozenset
    • 操作符
    • 内置函数
    • set vs tuple

• 条件 | 循环

  • 条件

    • if语句

      • if 条件: …

        if 条件:
            # 条件为真时执行的代码块

      • if 条件: … else: …

        if 条件:
            # 条件为真时执行的代码块
        else:
            # 条件为假时执行的代码块

      • if 条件1: … 条件2: … else: …

        if 条件1:
            # 条件1为真时执行的代码块
        elif 条件2:
            # 条件1为假且条件2为真时执行的代码块    
            # 可以有多个elif分支
        else:
            # 所有条件都为假时执行的代码块

    • 条件表达式（三元操作符）

      • X if 条件 else Y
      • 基于条件的真值选择X或Y

  • 循环

    • 循环

      • while
      • for
      • 注意
        • while…else
        • for…else

    • 循环控制

      • break

        停止执行整个循环

      • continue

        跳过本次执行，进入下一次循环

      • pass

        • 空语句
        • 用于
          • if/elis/else
          • while/for
          • def/class
          • try/except/finally
          • …

  • 内置函数

    • range()

      • 完整语法
        • range(start,end,step=)
      • 简略语法
        • range(end)
        • range(start,end)

    • enumerate()

    • reversed()

      反序访问

    • zip()

    • sorted()

  • 迭代器

  • 生成器

• 文件对象

  • 概念

    • 文件只是连续的字节序列
    • 用来访问
      • 普通的磁盘文件
      • 类文件（打开的URL读取的Web页面）

  • 内建函数

    • open()

      • 参数

        open(file, mode=’r’, buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)

        • 参数含义

          • file

            文件路径或文件对象

          • mode（指定文件打开模式）

            • ‘r’

              只读模式，默认

            • ‘w’

              写入模式，会覆盖文件（文件已存在）内容

            • ‘a’

              追加模式，会在文件末尾追加内容

            • ‘b’

              二进制模式，用于读写二进制文件

            • ‘+’

              可以用于读写模式

          • buffering

            指定缓冲方式

          • encoding

            指定文件编码

          • errors

            指定编码错误的处理方式

          • newline

            指定如何处理不同操作系统的换行符

          • closefd

            用于指示在文件关闭时是否关闭底层文件描述符

          • opener

            指定使用自定义方式打开文件

        提示：buffering、encoding、errors、newline、closefd、opener这几个参数很少用

      • 返回file对象

  • 内建方法

    • 输入

      • file.read(size)
        • size读取的最大字节数
        • 未指定或设置为None，读取整个文件内容
      • file.readline()/file.readlines
        • 读取文件的一行
        • 读取文件的所有行

    • 输出

      • file.write()/file.writelines()
        • 字符串写入到文件中
        • 字符串序列写入到文件中

    • 定位

      • file.seek(offset,whence=X)

        • 移动文件对象的当前位置指针
        • offset
          • offset移动的字节数
          • 正值表示向前移动，负值表示向后移动
        • whence=X
          • 指定移动的起始位置
          • 0（默认）–文件开头
          • 1–当前文件位置
          • 2–文件末尾

      • file.tell()

        返回文件对象的当前位置

    • 其他

      • file.close()

      • file.flush()

        强制将文件对象内已写入的数据从缓冲区（buffer）写入到文件系统

      • file.truncate(size)

        • 裁剪文件
        • 未指定或为None，默认裁剪到当前位置

  • 内建属性

    • file.closed

      • 文件是否关闭

        True/False

    • file.encoding

      文件编码

    • file.mode

      文件模式

    • file.name

      文件的名称或路径

• 错误 & 异常

  • 概述

    • 错误
      • 语法错误
      • 逻辑错误
    • 异常
      • 由于程序错误在正常控制流以外采取的行为
      • 两个阶段
        • 检测到错误（解释器触发异常）
        • 调用不同操作（处理异常）
      • 常见类型
        • BaseException
          • KeyboardInterrupt
            • 用户中断（通常是Ctrl+C）
          • SystemExit
            • 解释器请求退出
          • Exception
            • NameError
              • 引用了未定义的变量
            • ZeroDivisionError
              • 除以零时
            • SyntaxError
              • 语法错误
            • IndexError
              • 索引超出序列的范围
            • KeyError
              • 访问不存在的键
            • AttributeError
              • 访问未知的对象属性
            • …
        • 所有的错误类型都继承自BaseException

  • 异常处理

    • try: … except exception1: … except exception2: … except: … else: … finally: …

      try:
          ...
      except exception1:
          ...
      except exception2:
          ...
      except:
          ...
      else:
          ...
      finally:
          ...

      • try

        • 需要检测的代码
        • 若有异常发生
          • 层层比较
            • except exception1
            • except exception2
            • …
          • 直到找到归属执行语句
        • 语句块中异常发生点后的剩余语句永远不会到达

      • except

        • 语法

          except Exception [as var]

        • 用法

          • 捕获多个异常

            • except [Exception1,…ExceptionN] [as var]
            • 放入一个元组

          • 捕获所有异常

            • except

              空except子句

            • except Exception

            • except BaseException

        • 捕获后忽略错误

          except Exception: pass

      • else

      • finally

        无论是否有异常最后都要执行

    • 流程

      • try→异常→except→finally
      • try→无异常→else→finally

    • try-except vs try-finally

      • try-except

        异常捕获和多条件错误处理

      • try-finally

        确保执行清理代码（是否发生异常无关）

• 模块

  • 模块

    • 内涵

      一个.py文件构成一个模块

    • 包含

      • Python对象定义
      • Python语句

    • 目的

      从逻辑上组织代码

  • 引入模块

    • import module1,module2,…

      • 调用模块、对象
      • import a as b
        • 调用a模块
        • 模块a重命名为b

    • from module import name1,name2,…

      可直接使用导入的对象

    • from module_name import *

      • 可直接使用所有对象
      • 不提倡

    • 推荐导入顺序

      • 标准库模块
        • os（操作系统接口）
        • sys（与Python解释器相关的参数和函数）
        • math（数学函数）
        • datetime（日期和时间处理）
        • json（JSON数据编码和解码）
        • re（正则表达式操作）
        • …
      • 第三方模块
        • numpy（科学计算）
        • pandas（数据分析）
        • requests（HTTP请求）
        • flask（Web应用框架）
        • tensorflow（机器学习）
        • …
      • 自定义模块

  • 内置函数

    • globals()

      全局名称空间

    • locals()

      局部名称空间

    • reload()

      • 重新载入模块
      • reload(module_name)

    • dir()

      • 字符串列表
      • 一个模块里定义的所有模块、变量&函数

• 面向对象编程

  • …

• 函数

  • 概述

    • 内涵

      对程序逻辑进行结构化/过程化

    • 定义

      • def
      • return
        • 随时返回函数结果
        • 返回形式
          • 无返回值
            • 方法
              • 不用return
              • 仅return（不加返回值）
            • 返回对象类型
              • None
          • 一个值/对象
          • 总结
            • 返回对象数目 实际返回对象
            • 0 None
            • 1 object
            • > 1 tuple
        • 执行到return时，停止执行函数内余下的语句
      • 空函数（占位函数或无操作函数）
        • 不执行任何操作的函数
        • def empty_function(): pass

  • 装饰器

  • 参数

    • 处理参数传递的两种形式

      • 值传递

        • 参数

          基本数据类型

        • 内涵

          • 变量传递给函数后
            • 函数在内存中
              • 复制一个新变量
              • 不影响原有变量
          • 指向新的引用对象

      • 指针传递

        • 参数

          list

        • 内涵

          • 变量传递给函数的是指针
            • 指针指向序列在内存中的位置
            • 在函数中对list的操作
              • 在原有内存中进行
              • 从而影响原有变量
          • 原引用对象被改变

      • 可以先检查参数类型isinstance()