python课程分享2

2.4  模块

2.4.1  模块的概念

在计算机程序的开发过程当中，随着程序代码越写越多，在一个文件里代码就会愈来愈长，愈来愈不容易维护。

为了编写可维护的代码，使用者能够把不少函数分组，分别放到不一样的文件里，这样一来每一个文件包含的代码就相对较少，不少编程语言都采用这种组织代码的方式。在Python中，一个.py文件就称之为一个模块(Module)。

Python的强大之处在于有丰富的实现各类功能的标准库和第三方库，另外还容许用户本身创建库文件。经常使用的标准库有sys、os、glob、socket、threading、thread、queue、time、timeit、subprocess、multiprocessing、signal、select、shutil、functools、itertools、request、collections等。

2.4.2  导入和使用模块中的对象

在Python的默认的安装包中，仅包含部分基础的或者核心的模块，Python在启动时也仅加载了基本模块，在须要的时候才会显式的加载其余模块，这样能够减少程序运行的压力。内置对象能够直接使用，而扩展库须要在正确导入以后才能使用其中的对象和方法。在Python中，导入模块的方法有两种。

 

(1)import 模块名 [as 别名]

这种方法在导入完成后，须要在之后的使用时在对象以前加上模块名做为前缀，也就是必须以“模块名.对象名”这种方式来进行访问。也能够为导入的模块设置一个别名，而后就可使用“别名.对象名”的方式来对其中的对象进行调用了。此指令的使用方式以下：

>>> import random

>>> Kee = random.random() #将[0,1)内的随机小数赋值给Kee

>>> import numpy as np

>>> kee = np.array((1,2,3)) #将[1 2 3]赋值给kee

 

(2)from 模块名 import 对象名[as 别名]

使用这种方式仅导入明确指定的对象，而且能够为导入的对象起别名。这种导入方式能够减小查询次数，提升访问速度，同时减小编程人员须要输入的代码量，而不须要使用模块名做为前缀，它的使用方法以下：

>>> from math import sin as f #调用math模块中的求正弦函数sin并起别名为f

>>> Kee = f(3) #将3的正弦值求出后赋值给Kee

 

当须要导入模块中的全部对象时，指令以下：

>>> from math import * #一次性调用math模块中的全部函数

>>> Kee = sin(3) #将3的正弦值求出后赋值给Kee

>>> kee = gcd(36,18) #求得36和18的最大公约数后赋值给kee

 

2.4.3  内置模块__builtins__（此部分稍做了解便可）

内置模块__builtins__包含了Python的所有内置类和内置函数，不须要导入就能够直接使用。

 

(1)数学相关

绝对值：abs(-1)

最大最小值：max([1,2,3])、min([1,2,3])

序列长度：len('abc')、len([1,2,3])、len((1,2,3))

取模：divmod(5,2) #(2,1)

浮点数：round(80.23456,2) #80.23,返回此浮点数的四舍五入的值

乘方：pow(2,3) #,得结果为8

 

 

(2)功能相关

l 函数是否可调用：callable(funcname)

l 类型判断：isinstance(x,list/int)

 

(3)类型转换

l 转换为整型：int(x)

l 转换为长整型：long(x)

l 转换为浮点型：float(x)

l 转换为复数形式：complex(x)

l 转换为字符型：str(x)

l 转换为列表：list(x)

l 转换为元组：tuple(x)

l 返回表示十六进制数值的字符串：hex(x)

l 返回一个表示八进制数值的字符串：oct(x)

l 返回以数值表达式值为编码的字符：chr(x)

l 以一个字符做为参数，返回对应的ASCⅡ数值或者Unicode数值：ord(x)

 

2.4.4  time模块

time模块是一个用于处理时间和转换时间格式的模块，其中经常使用的函数有time()、localtime()、sleep()、strftime()、strptime()。

 

(1)time()

time()函数用于返回当前时间的时间戳(北京时间1970年01月01日08时00分00秒到如今的浮点秒数)。time()函数的语法以下：

time.time()

 

 

(2)localtime()

localtime()函数的做用是格式化时间戳为本地时间。若是secs参数未输入，就以当前时间为转换标准。localtime()函数的语法以下：

 time.localtime([secs])

 

(3)sleep()

sleep()函数用于推迟调用线程的运行，可经过参数secs指定线程挂起的时间。指令以下：

 time.sleep(secs)

 

(4)strftime()

strftime()函数用于接收时间元组，并返回以可读字符串表示的当地时间，格式由参数format决定。strfttime()函数的语法以下：

 time.strftime(format[,t])

 

(5)strptime()

strptime()函数用于根据指定的格式把一个时间字符串解析为时间元组。语法以下：

 time.strptime(string[,format])

 

2.4.5  datetime模块

datetime模块是date与time的结合体，它涵盖了date与time的全部信息，而且它的功能强大，支持0001年到9999年。

datetime定义了两个常量：datetime.MINYEAR和datetime.MAXYEAR。最小年份MINYEAR=1,最大年份MAXYEAR=9999。

datetime模块定义了如下5个类。

 datetime.date：表示日期的类。经常使用的属性有year、month、day。

 datetime.time：表示时间的类。经常使用的属性有hour、minute、second、microsecond。

 datetime.datetime：表示日期时间。

 datetime.timedelta：表示时间间隔，即两个时间点之间的长度。

 datetime.tzinfo：与时区有关的相关信息。

其中，datetime.datetime类的应用最为广泛。下面对该类中的today()、now()两个函数进行一些详细讲解。

(1)today()

today()函数用于返回一个表示当前时间的datetime对象。它的语法以下：

 datetime.datetime.today()

该方法的使用示例以下：

>>> import datetime

>>> print(“Today is ”,datetime.datetime.today())

Today is 2018-5-3 10:24:25.9000990

 

(2)now()

now()方法用于返回一个表示当前日期时间的datetime对象。它的语法以下：

 datetime.datetime.now([tz])

它的使用示例以下：

>>> import datetime

>>> print(‘Now is ’,datetime.datetime.now())

Now is 2018-5-3 10:29:55.634641

2.4.6  random模块

random函数存在于Python标准库中，它能够生成随机浮点数、整数、字符串，甚至帮助你随机选择列表序列中的一个元素，打乱一组数据等。在Python3的random模块中，经常使用的函数主要有random()、randint()、randrange()、choice()、shuffle()、sample()。

(1)random()

random()函数是这个模块中最经常使用的方法了，它会生成一个随机浮点数，范围是在0.0~1.0之间。它的语法以下：

 random.random()

 

(2)randint()

randint(a, b)，用于返回一个指定范围内的随机整数。其中参数a是下限，参数b是上限，生成的随机数n: a <= n <= b。它的语法格式下：

 random.randint(a,b)

 

(3)randrange()

randrange()函数的功能是从指定范围内返回一个随机数。它的语法命令以下：

 random.randrange([start]，[stop]，[step])

 

(4)choice()

choice()函数的功能为从一个有序序列中随机获取一个元素，其中，这个有序序列不是一种特定的类型，而是泛指一系列的类型，列表，元组，字符串，数值等都被包括在内。它的语法命令以下：

 random.choice(一个有序序列)

 

(5)shuffle()

shuffle()函数的功能为将一个列表中的元素随机打乱，shuffle()函数的语法命令以下：

 首先设定一个列表Kee

 random.shuffle(p) 

 

(6)sample()

sample()函数的功能为从指定序列中随机获取指定长度的片断，可是在使用这个函数的同时，并不会影响到原有序列的序列。当用此函数对序列进行取片断操做时，若是设定的想要取得的片断长度超出了此有序序列的总长度，系统就会报错，因此使用者在进行取片断操做时要额外注意设定的所取片断的长度。此命令的语法命令以下：

 random.sample(有序序列，想要取得的片断的长度)

 

2.4.7  sys模块

sys模块包括了一组很是实用的服务，内含不少函数方法和变量，用来处理Python运行时配置以及资源，从而能够与前当程序以外的系统环境交互，如：Python解释器。sys模块中的成员有：

 

(1)argv

argv被人用来获取当前正在执行的命令行参数的参数列表，它很像一个从程序外部获取参数的桥梁。由于从外部获取的参数能够是多个，因此得到的是一个列表，也所以能够用[]的方式来提取其中的元素。当提取元素时，其第一个元素时脚本自己名称，以后才依次是外部给予的参数。它的使用方法以下：

 sys.argv[0] #当前程序名

 sys.argv[1] #第一个参数

 sys.argv[0] #第二个参数

 sys.argv #脚本全部参数

 

(2)exit()

这个函数的功能为中途退出程序。当参数非零时，会引起一个systemexit异常，从而能够在主程序中捕获该异常。用法示例以下：

#!/usr/bin/env python

# -*- coding: UTF-8 -*-

import sys

print('running...')

try: #捕获异常，运行sys.exit(1)，若是在try部分引起了异常则打印出语句。

 

sys.exit(1)

except SystemExit:

print('SystemExit exit 1')

print('exited')

 

运行结果以下：

running···

SystemExit exit 1

exited

 

(3)path

sys.path是Python中的搜索模块的路径集，它是一个列表(list)，初始化时使用PYTHONPATH环境变量的值。使用命令以下：

 sys.path

 

(4)executable

executable是有关于Python解释器的绝对路径的，能够利用这个函数来将Python解释器的绝对路径赋值给某个变量，它的使用语法以下：

 sys.executable

2.4.8  自定义模块

每一个Python源代码文件均可以看作是一个模块。Python编译器经过__name__属性来识别使用者编写的程序的使用方式，每一个脚本在运行时都有一个__name__属性，当将脚本做为模块进行导入时，__name__属性的值就会被自动设置为模块名；若是脚本独立运行的话，__name__属性的值就会被编译器自动设定为字符串__main__。

对于一个大型的多功能的程序，为了防止代码行过多而不方便管理，编程人员通常都会使用包来管理程序的多个功能模块。包是Python用来组织命名空间和类的重要方式，能够看作是包含大量Python程序模块的文件夹。在包的每一个目录中都必须包含一个__init__.py文件，来告诉系统当前文件夹是一个包。__init__.py文件的主要用途是设置__all__变量以及执行初始化包所袭要的代码，其中__all__变量中定义的对象能够在使用“from···import···”时所有被正确导入。例如，设定了一个包，包的结构以下：

Kee/

__init__.py

kee/

echo.py

echo1.py

echo2.py

 

此时就能够在所编写的程序中使用下面的代码对echo模块：

 import Kee.kee.echo

 

而后使用完整的名字来访问或者调用其中的成员，例如：

 Kee.kee.echo.echofilter(input，output，delay=0.8，atten=5)

 

若是在__init__.py文件中存在着下面这行代码：

 __all__=[‘echo’,’echo1’,’echo2’]

 

那么就可使用下面这种方式进行导入：

 from Kee.kee import *

 

而后使用下面这种方式来调用其中的函数模块：

 echo.echofilter(input，output，delay=0.8，attention=5)

 

 

 

2.5  运算符与表达式

2.5.1  算术运算符

算数运算符一共有7种，分别是加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)、地板除(//)、取余(%)以及求幂值(**)运算，涉及到的知识点比较简单，他们的使用方法以下(表中a，b为假设的两个数值类型操做对象)，如表2.4算数运算符所示。

 

表2.4  算数运算符

符号	功能
a + b	对a和b进行相加操做
a - b	对a和b进行相减操做
a * b	对a和b进行乘法操做
a / b	对a和b进行a除b操做
a // b	用a除b并返回计算完成后所得的商
a % b	用a除b并返回计算完成后所得的余数
a ** b	返回a的b次幂

 

2.5.2  关系运算符

本节为你们介绍比较运算类、赋值运算类和位运算类。本节用三张表格来学习下(表中a，b为假设的两个操做对象)，如表2.5比较运算类，表2.6赋值运算类，表2.7位运算类所示。

表2.5  比较运算类

符号	功能
a == b	比较a，b是否相等，相等返回True，不相等则返回False
a != b	比较a，b是否不等，相等返回False，不相等则返回True
a > b	比较a是否大于b，大于返回True，不大于则返回False
a < b	比较a是否小于b，小于返回True，不小于则返回False
a >= b	比较a是否大于等于b，成立返回True，不成立则返回False
a <= b	比较a是否小于等于b，成立返回True，不成立则返回False

 

表2.6  赋值运算类

符号	功能
a = b	简单的赋值运算，将b的值赋给a
a += b	加法赋值运算，等效于a = a + b
a -= b	减法赋值运算，等效于a = a - b
a *= b	乘法赋值运算，等效于a = a * b
a /= b	除法赋值运算，等效于a = a / b
a %= b	取模赋值运算，等效于a = a % b
a **= b	求幂值赋值运算，等效于a = a ** b
a //= b	取整(地板除)除赋值运算，等效于a = a // b

 

表2.7  位运算类

符号	功能
a & b	按位与运算，若是a，b的相应位都为1，则返回结果1，不然为0
a | b	按位或运算，若是a，b的相应位都为0，则返回结果0，不然为1
a ^ b	按位异或运算，当a，b对应位的二进制数不一样时，结果为1，相同为0
~a	按位取反运算，对a的每一个二进制位上的1变为0，0变为1
a << b	左移运算符，将a的每一个二进制位所有左移b个位置，高位丢弃，低位补0
a >> b	右移运算符，将a的每一个二进制位所有右移b个位置

 

2.5.3  集合运算符

在Python中，集合是一个无序不重复元素集，基本功能包括关系测试和消除重复元素，关于集合set的运算，包括union(并|)，intersection(交&)，difference(差-)，sysmmetric difference(对称差分^)和判断是否为子集(<)，超集(>)等。集合不支持索引、分片或其它类序列的操做。

关于集合的运算操做以下，以集合a([1,2,3])和集合b([3,4,5])为例，如表2.8集合运算类所示。

表2.8  集合运算符

符号	功能
a | b	对a和b取并集并返回一个新的集合[1，2，3，4,5]
a & b	对a和b取交集并返回一个新的集合[3]
a - b	将a中和b相同的元素去掉后造成一个新的集合并返回[1,2]
a ^ b	将a和b中不相同的元素取出组成一个新的集合并返回[1,2,4,5]
a < b	判断a是不是b的子集，是返回True，不是返回False
a > b	判断a是不是b的超集，是返回True，不是返回False

 

2.5.4  逻辑运算符

逻辑运算仅支持布尔运算，它的使用方式如表2.9逻辑运算所示。

 

表2.9  逻辑运算

符号	功能
a and b	布尔“与”，若a为False，则返回False，不然返回b的值
a or b	布尔“或”，若a非零，则返回a的值，不然返回b的值
not a	布尔“非”，若a为True，则返回False；若为False，则返回True

 

2.5.5 成员运算符

Python支持成员运算，此种运算方式仅会产生True和False两种结果，设变量a=1，列表list=[1,2,3,4]，它的使用方式如表2.10成员运算所示。

 

表2.10  成员运算

符号	功能
a in list	若在指定的序列中找到值，则返回True，不然返回False
a not in list	若在指定的序列中未找到值，则返回True，不然返回False

 

2.5.6  身份运算符

身份运算符用于比较两个对象的存储单元，设定a=1，b=1，它的使用方式如表2.11身份运算所示。

 

表2.11  身份运算

符号	功能
a is b	判断a和b是否引用自同一个对象，是返回1(True)，不是则返回0(False)
a is not b	判断a和b是否引用自同一个对象，不是返回1(True)，是则返回0(False)

 

2.5.7  运算符优先级

运算符之间的执行时存在前后顺序的，当一个表达式中出现多个操做符时，这些操做符的被执行顺序就依赖于优先级规则了，Python遵照数学操做符的传统规则。下表列出来了它们之间的优先被执行的等级。如表2.12运算符优先级所示。

表2.12  运算符优先级

符号	功能
**	指数(最高优先级)
~+ -	按位翻转，一元加号和减号(最后两个的方法名为+@和-@)
*/%//	乘、除、取模和地板除
+ -	加法减法
>><<	右移左移运算
&	位‘and’
^|	位运算符
<= < > >=	比较运算符
<> == !=	等于运算符
= %= /= //= -= += *= **=	赋值运算符
is is not	身份运算符
in not in	成员运算符
not or and	逻辑运算符

 

 

 

2.6  选择结构与循环结构

2.6.1  经常使用选择结构

选择结构经过判断某些特定条件是否知足来决定下一步的执行流程，是很是重要的控制结构。常见的选择结构有单分支选择结构、双分支选择结构、多分支选择结构和嵌套的分支结构。形式比较灵活多变，具体使用哪种最终仍是取决于要实现的业务逻辑。循环结构和异常处理结构中也能够带有else子句，这也能够看作是一种特殊形式的选择结构。

2.6.2  if...else

当编写某个大型程序时，每每会由于选择了不一样的路线，而获得了不一样的效果，而这不一样路线所组成的结构，也是有必定区别的，在Python程序中，常见的选择结构有单分支、双分支、多分支和选择结构的嵌套等。

单分支，是指若是if条件成立，则继续执行知足条件的代码，不成立则跳过if语句下的代码，继续执行其余代码块。它的语法表达格式以下：

l if 表达式：

语句块

 

双分支，是指若是if条件成立，则执行知足条件的代码，若是不成立，则跳转到else，执行else下面的代码。它的语法表达格式以下：

l if 表达式：

语句块1

l else：

语句块2

 

多分支，是指若是if条件成立，则执行知足条件的代码，若是不成立，则跳转到elif进行判断，若elif条件成立，则执行elif条件下的代码，在多分支结构中，能够有多个elif条件语句的存在。若是全部的if条件语句和elif条件语句都不符合，则跳转到else下的代码执行。它的语法表达格式以下：

l if 表达式1：

语句块1

l elif 表达式2：

语句块2

l elif 表达式3：

语句块3

·

·

·

l else：

语句块n

 

选择结构嵌套，是指在大选择结构下，还在每一个分支下包含着小的选择结构，知足条件跳转到大选择结构下的分支后，进入到另外一个选择结构中进行更加详细的条件判断和筛选。使用嵌套选择结构时，必定要严格控制好不一样级别代码块的缩进量，由于这决定了不一样代码块的从属关系和业务逻辑是否能被正确地实现，以及代码可否被Python正确的理解和执行。它的语法表达结构以下：

l if 表达式1：

语句块1

if 表达式2：

语句块2

else：

语句块3

l else：

if 表达式4：

语句块4

 

如下面的小程序为例：

#!/usr/bin/env python

# -*- coding: UTF-8 -*-

name = input('请输入用户名：')

pwd = input('请输入密码：')

if name == "awei" and pwd == "abc123": #第一次判断若是不知足条件，则跳 转到elif语句进行下一步判断

print("欢迎，awei！")

elif name == “awei” or pwd == “abc123”: #第二次判断，若是也不知足条件则跳转到 else语句下的代码进行执行输出

print(”用户名和密码不符”)

else: #若是上两步的条件都不知足，则直接跳转 到此步下的语句执行

print("用户名和密码错误")

 

2.6.3  while循环

首先介绍第一种循环结构体while循环结构体。以一个小程序为例：

#!/usr/bin/env python

# -*- coding: UTF-8 -*-

n = 1

while n<=100:  #先判断n是否小于等于100，若是是则执行下面的代码， 不是则终止循环并输出结果

print('当前数字是：',n)

n += 1

 

从上面的代码能够看出，while循环结构是要先进行条件语句判断再决定是否要继续执行循环操做的。在while循环结构中，判断条件能够是任何合法的表达式，任何非零的或者非空的值均为True。通常在循环次数不肯定的状况下使用while循环结构。

2.6.4  for循环

和while相同的是，for循环也是条件前置的循环结构，即它也是须要先进行条件判断再确认是否能够继续执行循环结构中的代码块的。但不一样的是for循环结构的书写相对于while循环结构来讲更加规范与规整，因此for循环结构通常被用于循环次数比较肯定的状况中。尤为适合被应用于枚举和遍历还有迭代对象元素中的场合。示例代码以下：

>>> for i in range(10): #判断i是否在1~10内，是则输出i，不是则终止循环

print("loop:", i )

 

当选择循环结构时，更推荐你们运用for循环结构来进行循环操做，由于相对于while循环结构来讲，for循环结构体思路更加清晰，代码逻辑出错率也比while循环结构低，但并非说while循环结构就应该被摒弃，二者各有利弊，编译人员在选择时应结合当时的环境和状况。

2.6.5  break与continue语句

break和continue语句是两个中断指令语句，它们常常被应用于while循环和for循环体中，而且常与选择结构结合使用。但这两个指令不一样的是，在循环结构中执行break语句后，进程会直接跳出整个循环结构，继续执行循环结构之下的代码块。而在循环结构中执行continue指令后，并不会跳出整个循环结构体，而是终止了当前被执行的循环步骤并将全部此次循环中continue语句以后的代码忽略掉，从新跳转回了循环结构体的顶端，而后再提早进入到下一次执行。

须要注意的是，这两个指令若是过多的话，会让整个程序的结构的条理性显得很是的混乱，下降程序的可读性，因此建议你们在编程时，除非必要，不然不要轻易过多的使用这两个指令。

2.6.6  带else子句的循环结构

虽然while和for为循环结构体，可是这两种循环结构体中仍有条件判断的操做，因此在使用这两个结构体时，能够配合着else子句来使用，使用方式和if··else语句的使用方式相似，其语法结构以下。

 

while循环：

#!/usr/bin/env python

# -*- coding: UTF-8 -*-

n = 1

while n<=100:  #先判断n是否小于等于100，若是是则执行下面的代码， 不是则终止循环并输出结果

print('当前数字是：',n)

n += 1

else： #若是不知足n小于等于100，则跳入到此步中执行

print(‘程序结束。’)

 

for循环：

#!/usr/bin/env python

# -*- coding: UTF-8 -*-

for i in range(10): #判断i是否在1~10内，是则输出i，不是则终止循环

print("loop:", i )

else：

print(“程序结束”) #若i不在1~10内，则跳出循环体，执行此步以后的操做

 

 

2.7  猜数字游戏

在学习完选择和循环结构后，能够来玩个小游戏放松下，同时也来巩固下本章所学的知识点。

假设有一个数，若是想要肯定这个数是几，猜谜者应该怎么设定程序来求得这个数呢？

先来整理下猜数思路，当参与者提出一个数以后，会出现三种状况：

(1)输入的值大于出题者假定的值

(2)输入的值正好等于出题者假定的值

(3)输入的值小于出题者假定的值

若是是状况(2)，那么很幸运，猜谜者能够结束进程了，而若是是状况(1)和(3)，则须要猜谜者继续输入来猜想，直至猜出这个数为止。

有了程序的大体思路，就能够进行程序代码的设计了。下面就为你们提供一份基础代码以供参考。

在这段代码中，一共有三个变量，一个变量用于记录给定值(number，由系统从1~100中随机择定)，一个变量用于记录猜谜者输入的值(number_input，由控制台输入)，一个变量用于记录猜谜者输入了多少次(guess，每执行一次循环就进行一次自加操做)。

 

#!/usr/bin/env python

# -*- coding: UTF-8 -*-

import random

number = random.randint(1,100) #这里使用了random随机函数模块来择定须要 进行猜想的数值，范围为1~100。

guess = 0

while True:

number_input = int(input("请输入一个1到100的数字:"))

guess += 1

if number_input == number:

print("恭喜您，您猜对了，您总共猜了 %d 次"%guess)

break

elif number_input < number:

print("您输入的数字小了!")

else:

print("您输入的数字大了!")