看例子，学 Python（二）

看例子，学 Python（二）

看例子，学 Python（一）
看例子，学 Python（三）

模块

文件 mymath.py 定义了函数 fib 和 fac，mymath.py 就是一个模块。

A module is a file containing Python definitions and statements.

自定义模块

导入模块：

>>> import mymath

mymath.py 须在当前目录。

查看模块帮助：

>>> help(mymath)
Help on module mymath:

NAME
    mymath

FUNCTIONS
    fib(n)
...

列出模块属性：

>>> dir(mymath)
['__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'fac', 'fib']

访问模块属性：

>>> mymath.__name__
'mymath'
>>> mymath.__doc__
>>>

模块暂时尚未 docstring，因此 mymath.__doc__ 为空。
访问函数属性：

>>> mymath.fac
<function fac at 0x00000000026DBA60>
>>> mymath.__dict__['fac']
<function fac at 0x00000000026DBA60>

两种方式效果同样。__dict__（字典）隐含于每一个对象中，模块对象也不例外。

为模块 mymath 添加 docstring：

"""My math utilities."""

def fib(n):
    ...

那么，下次调用 help 就能显示这个 docstring 了：

>>> help(mymath)
Help on module mymath:

NAME
    mymath - My math utilities.
...

内建模块

Python 自带了 math 模块，来研究一下：

>>> import math
>>> help(math)
Help on built-in module math:

NAME
    math
...

列出属性：

>>> dir(math)
['__doc__', '__loader__', ..., 'factorial', ...]

可见内建模块 math 也提供了阶乘（factorial），看看它怎么用：

>>> help(math.factorial)
Help on built-in function factorial in module math:

factorial(...)
    factorial(x) -> Integral

    Find x!. Raise a ValueError if x is negative or non-integral.

调用试试：

>>> math.factorial(4)
24
>>> math.factorial(-1)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: factorial() not defined for negative values
>>>

内建函数在异常处理方面作得会比较好。
值得注意的是，内建模块并不必定由 Python 文件定义，好比 Python 的安装目录下其实并无 math.py。

doctest

顾名思义，docstring 里嵌测试用例，就是 doctest。
好处是，既可作文档又可作测试，也避免了注释里的示例代码失效的问题。
为 fac 添加 doctest：

def fac(n):
    """
    >>> fac(4)
    24
    """
    ...

这就像交互环境下的输入输出同样。>>> 打头的是输入，紧接着的即是输出。
下面来运行试试：

$ python -m doctest -v mymath.py
Trying:
    fac(4)
Expecting:
    24
ok
2 items had no tests:
    mymath
    mymath.fib
1 items passed all tests:
   1 tests in mymath.fac
1 tests in 3 items.
1 passed and 0 failed.
Test passed.

-m 指定使用 Python 的内建模块 doctest，-v 表示显示详细信息。
这只是运行 doctest 的方式之一，还能够添加代码到 mymath.py 的 main 函数：

if __name__ == '__main__':
    import doctest
    doctest.testmod(verbose=True)

后续就没必要指定命令行参数 -m -v 了。

做为练习，咱们能够为 fib 添加 doctest：

def fib(n):
    """Get the nth Fibonacci number.
    
    >>> fib(0)
    0
    >>> fib(1)
    1
    >>> fib(2)
    1
    >>> fib(6)
    8
    """
   ...

字典

对应于官方教程 5.5. Dictionaries。
前面介绍模块时，提到了对象的特殊属性 __dict__ ，它其实就是一个字典（dict）。
Python 的字典，相似于 C++ 或 Java 的 map，是存储键值映射关系的一种数据结构。咱们且不去关心它的实现细节，是平衡二叉树仍是哈希表，目前并不重要。

Char Counter

第一个例子，实现函数 char_counter，以字典的形式，返回字符串中每一个字符出现的次数。
函数的 doctest 已经写出来了，你只要让它经过便可。

def char_counter(chars):
    """Count the number of each character.

    >>> d = char_counter('banana')
    >>> d['a']
    3
    >>> d['b']
    1
    >>> d['n']
    2
    """
    pass

初版

def char_counter(chars):
    counter = {}  # 初始化为空字典
    for c in chars:
        counter[c] += 1  # KeyError!
    return counter

counter[c] += 1 一句将引起 KeyError 异常，由于它没有考虑字典中键不存在的状况。

第二版

def char_counter(chars):
    counter = {}
    for c in chars:
        if c in counter:
            counter[c] += 1
        else:
            counter[c] = 1
    return counter

此版处理了键不存在的问题，可是 if...else 总归显得不够优雅，Python 是一门简洁优雅的语言，应该有更好的方法。

第三版

def char_counter(chars):
    counter = {}
    for c in chars:
        counter[c] = counter.get(c, 0) + 1
    return counter

经过字典的 get 方法，保证当键不存在时，也能获得妥善初始化了的值。

Word Counter

Word Counter 与 Char Counter 相似，以字典形式返回一段文本中每一个单词出现的次数。

给定一段文本以下：

text = """Remember me when I am gone away,
Gone far away into the silent land;
When you can no more hold me by the hand,
Nor I half turn to go yet turning stay.
Remember me when no more day by day
You tell me of our future that you plann'd:
Only remember me; you understand
It will be late to counsel then or pray.
Yet if you should forget me for a while
And afterwards remember, do not grieve:
For if the darkness and corruption leave
A vestige of the thoughts that once I had,
Better by far you should forget and smile
Than that you should remember and be sad."""

首先经过 str.split 把 text 分割成单词的列表，而后计数的过程就跟 Char Counter 同样了，各位能够当作练习。

不难发现，Char Counter 和 Word Counter 在算法上有类似的地方，因此 Python 其实已经提供了这样一个算法。

>>> import collections
>>> help(collections.Counter)
Help on class Counter in module collections:

class Counter(builtins.dict)
 |  Dict subclass for counting hashable items.  Sometimes called a bag
 |  or multiset.  Elements are stored as dictionary keys and their counts
 |  are stored as dictionary values.
...

根据帮助信息，Counter 是一个类，而且继承自 dict。姑且跳过类定义的语法，篇幅所限。
使用 collections.Counter：

from collections import Counter
counter = Counter(text.split())
print(counter['you'])  # 6

既然继承自字典，Counter 一定提供了一些额外的方法，好比获取出现频率最高的几个键值对：

print(counter.most_common(3))
# [('you', 6), ('me', 5), ('the', 4)]

这就涉及了一个对字典以值来排序的问题。
怎么对字典以值来排序呢？确实有几种方式，下面以 Char Counter 为例。

使用 dict.get

首先，排序用 sorted。

>>> help(sorted)
...
sorted(iterable, key=None, reverse=False)

输入是一个 iterable，能够用 for 迭代的即是 iterable 的，字典固然也是。
可是若是直接对字典排序，即是以键来排序：

counter = char_counter('banana')
print(sorted(counter))
# ['a', 'b', 'n']

为了以值来排序，能够为 sorted 指定 key：

counter = char_counter('banana')
print(sorted(counter, key=counter.get))
# ['b', 'n', 'a']

这样 sorted 在比较时，就不是比较键，而是比较 counter.get(键)。
然而这样的排序结果并非咱们想要的，由于它只有键而没有值。

使用 itemgetter

字典的 items 方法返回「键值对」列表，咱们能够对这个列表按值排序。

print(counter.items())
# dict_items([('b', 1), ('a', 3), ('n', 2)])

这个列表里的每一个元素都是一个键值对，由元组（tuple）表示。元组至关于只读的列表，后面会有介绍。

from operator import itemgetter
print(sorted(counter.items(), key=itemgetter(1)))
# [('b', 1), ('n', 2), ('a', 3)]

指定 sorted 的 key 为 itemgetter(1)，便以每一个键值对元组下标为 1 的元素进行排序。

最后，不妨来看一下 dict.items 的帮助：

>>> help(dict.items)

items(...)
    D.items() -> list of D's (key, value) pairs, as 2-tuples

使用 lambda

除了 itemgetter，还能够用 lambda。
简单来讲，lambda 就是匿名函数（没有名字的函数），短小精悍，临时建立临时使用，通常做为参数传递，不必有名字。

方式一：

sorted(counter.items(), key=lambda x: x[1])

x 为键值对元组。

方式二：

sorted(counter.items(), key=lambda (k,v): v)

直接在参数上把元组展开。

方式三：

sorted(counter.items(), key=lambda (k,v): (v,k))

交互键值顺序，元组在比较时，依次比较里面的每一个元素。

降序排序

降序排序，只需指定 reverse 参数便可：

sorted(counter.items(), key=itemgetter(1), reverse=True)

元组

元组（tuple）是只读的列表，虽然在底层实现上有很大不一样。

>>> a = (1, "hello")
>>> a[0]
1
>>> a[0] = 2
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

可将其它序列类型（str, list）转换成元组：

>>> s = tuple("abcde")
>>> s
('a', 'b', 'c', 'd', 'e')

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