Scipy Lecture Notes学习笔记(一)Getting started with Python for science 1.2. The Python language

Scipy Lecture Notes学习笔记(一)Getting started with Python for science

1.2. The Python language

1.2.2. 基本类型

1.2.2.1. Numerical types

复数

a = 1.5 + 0.5j
type(1. + 0j)   

print(a.real)
print(a.imag)

幂运算

print(2**10)
print(3**3)

类型转换

float(1)

注意：在python3中，虽然3跟2是int型，但是计算后得到的是float型结果，如果想要得到相除后的整数部分，直接采用下面

1.2.2.2. Containers

python提供的很多可以存放对象的结构，称之为containers,主要有lists,strings,dictionaries,tuples,sets

list:链表,有序的项目, 通过索引进行查找,使用方括号”[]”;

tuple:元组,元组将多样的对象集合到一起,不能修改,通过索引进行查找, 使用括号”()”，但可以对一个tuple重新赋值，tuple的存在可能基于两个原因：1）在python中，它比list操作速度更快，如果我们定义一个常量集，不需要修改，只需要遍历，则最好用tuple；2）安全性：由于tuple不能进行修改，那么对于这种类型的数据，tuple可以避免数据被偶然修改。;

dict:字典,字典是一组键(key)和值(value)的组合,通过键(key)进行查找,没有顺序, 使用大括号”{}”;

set:集合,无序,元素只出现一次, 自动去重,使用”set([])”

应用场景:

list, 简单的数据集合,可以使用索引;

tuple, 把一些数据当做一个整体去使用,不能修改;

dict,使用键值和值进行关联的数据;

set,数据只出现一次,只关心数据是否出现, 不关心其位置;

Lists:可变对象

colors = ['red', 'blue', 'green', 'black', 'whiteprint(colors[0])

print(colors[1])
print(colors[2])
print(colors[3])
print(colors[-1])
print(colors[-2])
print(colors[2:3]) #lists中[开始位置：结束位置]开始位置是按照0,1,2,3，标号，结束位置就是物理意义上面的个数，从标号i
                   #开始，到第j个元素结束，因此color[2:3]就是一个元素，标号为2，个数是第三个的green,但是此时的green是lists
print(colors[0:-1])
print(colors[0:5:2]) #[开始位置：结束位置：步长],注意比较两者结果的不同，开始位置按标号技术，结束位置按照物理个数计数
print(colors[0:4:2]) #[开始位置：结束位置：步长]

print(type(colors[0]))
print(type(colors[2:3]))

输出：
red
blue
green
black
white
black
['green']
['red', 'blue', 'green', 'black']
['red', 'green', 'white']
['red', 'green']
<class 'str'>
<class 'list'>

注意，colors[2]的类型是string,而colors[2:3]的类型是list

倒置reverse

指令：colors.reverse()

输入：

colors = ['red', 'blue', 'green', 'black', 'white']
rcolors = colors[::-1]
rcolors1 = colors
rcolors1.reverse() 
print(colors)
print(rcolors)
print(rcolors1)

输出：

['white', 'black', 'green', 'blue', 'red']
['white', 'black', 'green', 'blue', 'red']
['white', 'black', 'green', 'blue', 'red']

输入：

colors = ['red', 'blue', 'green', 'black', 'white']
rcolors = colors[::-1]
rcolors2 = colors.copy()
rcolors2.reverse()
print(colors)
print(rcolors)
print(rcolors2)

输出：

['red', 'blue', 'green', 'black', 'white']
['white', 'black', 'green', 'blue', 'red']
['white', 'black', 'green', 'blue', 'red']

注意上下两段代码的区别，“=” 是两个变量共同分享一段内存，对新的变量赋值同时会影响原来的变量，因此正确的做法应该是b=a.copy()

输入：

rcolors + colors

输出：

['white',
 'black',
 'green',
 'blue',
 'red',
 'white',
 'black',
 'green',
 'blue',
 'red']

排序sort

输入：

print(rcolors)
print(sorted(rcolors))
print(colors)
colors.sort()
print(colors)

输出：

['white', 'black', 'green', 'blue', 'red']
['black', 'blue', 'green', 'red', 'white']
['red', 'blue', 'green', 'black', 'white']
['black', 'blue', 'green', 'red', 'white']

字符串String：字符串是不可变的对象，不可能修改其内容。然而，人们可能会从原来的创建新的字符串。

输入：

a = "hello, world!"
print(a[3:6]) #标号也是从0开始计数，到标号为3的元素，截至是物理位置第6个元素
print(a[2:10:2])
print(a[::3])
print("oraginal value=",a)
print(a.replace('l', 'z', 1)) #采用replace指令对元素值进行替换
print("new value=",a) #但是原来的string变量并没有发生改变

输出：

lo,
lo o
hl r!
oraginal value= hello, world!
hezlo, world!
new value= hello, world!

格式设置：

输入：

'An integer: %i; a float: %f; another string: %s' % (1, 0.1, 'string')

输出：

'An integer: 1; a float: 0.100000; another string: string'

输入：

i = 102
filename = 'processing_of_dataset_%d.txt' % i
filename

输出：

'processing_of_dataset_102.txt'

字典Dictionaries:一个将键映射到值的高效表。它的英文一个无序的容器，他可以方便的存储于检索与名称相关的值

输入

tel = {'emmanuelle': 5752, 'sebastian': 5578}
tel['francis'] = 5915
print(tel)

输出：

{'emmanuelle': 5752, 'sebastian': 5578, 'francis': 5915}

Tuples：元组，不可变

输入：
t = 12345, 54321, 'hello!'
t[0]
输出：
12345

Sets集合

输入：

s = set(('a', 'b', 'c', 'a'))
print(s)
print(s.difference('a','b'))
print(s)

输出：

{'c', 'b', 'a'}
{'c'}
{'c', 'b', 'a'}

1.2.3 控制流程

1.2.3.2. for/range

输入：

for i in range(4):
    print(i)

输出：

0
1
2
3

输入：

for word in ('cool', 'powerful', 'readable'):
    print('Python is %s' % word)

输出：

Python is cool
Python is powerful
Python is readable

1.2.3.3. while/break/continue

break：终止循环语句跳出整个循环，continue，跳出本次循环，进行下一轮循环

输入：

z = 1 + 1j

while abs(z) < 100:
    if z.imag == 0:
        break
    z = z**2 + 1
print(z)
 
z = 1 + 1j

while abs(z) < 100:
    if z.imag == 1:
        break
    z = z**2 + 1
print(z)

z = 1 + 1j

while abs(z) < 100:
    if z.imag == 0:
        continue
    z = z**2 + 1
print(z)

a = [1, 0, 2, 4]
for element in a:
    if element == 0:
        continue
    print(1. / element)
    

输出：

(-134+352j)
(1+1j)
(-134+352j)
1.0
0.5
0.25

输入：

message = "Hello how are you?"
message.split() # returns a list
print(message) #再次说明，message作为string型，是不可变的
print(message.split()) #而message.split()返回的是一个list结构
for word in message.split():
    print(word)

输出：

Hello how are you?
['Hello', 'how', 'are', 'you?']
Hello
how
are
you?

输入

words = ('cool', 'powerful', 'readable')
for index, item in enumerate(words):#enumerate是python内置函数
    print((index, item))

输出：

(0, 'cool')
(1, 'powerful')
(2, 'readable')

Looping over a dictionary：The ordering of a dictionary in random, thus we use sorted() which will sort on the keys.

输入：

d = {'a': 1, 'b':1.2, 'c':1j}

for key, val in sorted(d.items()):
    print('Key: %s has value: %s' % (key, val))

输出：

Key: a has value: 1
Key: b has value: 1.2
Key: c has value: 1j

exercise

Compute the decimals of Pi using the Wallis formula:

输入：

def wallis(n):
　　pi = 2.
　　for i in range(1, n):
　　　　left = (2. * i)/(2. * i - 1.)
　　　　right = (2. * i)/(2. * i + 1.)
　　　　pi = pi * left * right #连乘
　　return pi

wallis(100000)

输出：

3.1415847995783834

1.2.4. Defining functions 

输入：

def slicer(seq, start=None, stop=None, step=None): #seq是位置参数，start是可变参数，如果没有指定start,stop，step的值那么就取函数定义时的默认值，但是如果没有指定seq，那么函数则会报错
     return seq[start:stop:step]

rhyme = 'one fish, two fish, red fish, blue fish'.split() #如果此时用的是双引号，那么rhyme类型变成string
print(type(rhyme))
print(slicer(rhyme))
print(slicer(rhyme,step=2))
print(slicer(rhyme,start=1,stop=4,step=2))

输出：

<class 'list'>
['one', 'fish,', 'two', 'fish,', 'red', 'fish,', 'blue', 'fish']
['one', 'two', 'red', 'blue']
['fish,', 'fish,']

输入：如果不指定函数的位置参数seq，那么则会报错，函数缺少位置参数

slicer()

输出：

TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-8-3c8febe6fdb8> in <module>()
----> 1 slicer()

TypeError: slicer() missing 1 required positional argument: 'seq'

1.2.4.6 可变数量的参数

特殊形式的参数：

• *args：将任意数量的位置参数打包到一个元组中
• **kwargs：将任意数量的关键字参数打包到字典中

输入

def variable_args(*args, **kwargs):
     print ('args is', args)
     print ('kwargs is', kwargs)
variable_args('one', 'two', x=1, y=2, z=3) #前两个没有指定默认值，是位置参数，后面两个有默认值，是关键字参数

输出

args is ('one', 'two')
kwargs is {'x': 1, 'y': 2, 'z': 3}

exercise: Fibonacci sequence

Write a function that displays the n first terms of the Fibonacci sequence, defined by:

输入：

def Fibonacci(n):
    u=list(range(0,n))
    for i in range(2,n):
        u[0]=0;
        u[1]=1;
        u[i]=u[i-1]+u[i-2];
    return u

Fibonacci(6)

输出：

[0, 1, 1, 2, 3, 5]

别人写的参考,似乎有点问题

输入：

def fib(n):
    """Display the n first terms of Fibonacci sequence"""
    a, b = 0, 1
    i = 0
    while i < n:
        print(b)
        a, b = b, a+b
        i +=1
fib(6)

输出：

1
1
2
3
5
8

Exercise: Quicksort

关键：

qsort(less_than) + [pivot] + qsort(greater_equal)

Implement the quicksort algorithm, as defined by wikipedia

伪代码：
function quicksort(array)
    var list less, greater
    if length(array) < 2
        return array
    select and remove a pivot value pivot from array
    for each x in array
        if x < pivot + 1 then append x to less
        else append x to greater
    return concatenate(quicksort(less), pivot, quicksort(greater))

函数定def qsort(lst):

    """ Quick sort: returns a sorted copy of the list.
    """
    if len(lst) <= 1:
        return lst
    pivot, rest    = lst[0], lst[1:]

    # Could use list comprehension:
    # less_than      = [ lt for lt in rest if lt < pivot ]

    less_than = []
    for lt in rest:
        if lt < pivot:
            less_than.append(lt)

    # Could use list comprehension:
    # greater_equal  = [ ge for ge in rest if ge >= pivot ]

    greater_equal = []
    for ge in rest:
        if ge >= pivot:
            greater_equal.append(ge)
    return qsort(less_than) + [pivot] + qsort(greater_equal) 
#理解快速排序，任意数组，将其第一个元素定为pivot，然后将数组分为两个部分，pivot和数组
#剩余部分rest，将剩余部分与pivot作对比，将rest分为两个部分，大于等于pivot的元素，放
#在greater_quanl中，比pivot小的元素放在less_than中，然后同样对得到的两个新的序列进
#行上述操作，知道最后数组的长度为1，完成所有排序

调用：

lst=[9,4,5,6]
qsort(lst)

1.2.5.2. Importing objects from modules

输入：

import os
os
print(os.listdir('.'))

输出：

['.idea', '.ipynb_checkpoints', 'BoardingPass_MyNameOnInSight.png', 'Industry AI tianchi', 'kaggle-quora-question-pairs-master.zip', 'mobike', 't.xlsx', 'Thumbs.db', 'UAI算法比赛', 'Untitled.ipynb', 'Untitled1.ipynb', 'Untitled2.ipynb', 'Untitled3.ipynb', '人工胰腺', '天池资料', '数据挖掘比赛入门_以去年阿里天猫推荐比赛为例.docx', '新手入门四课时.zip']

输入：

os.remove("x.xlsx")
os.listdir('.')

输出：

['.idea',
 '.ipynb_checkpoints',
 'BoardingPass_MyNameOnInSight.png',
 'Industry AI tianchi',
 'kaggle-quora-question-pairs-master.zip',
 'mobike',
 't.xlsx',
 'Thumbs.db',
 'UAI算法比赛',
 'Untitled.ipynb',
 'Untitled1.ipynb',
 'Untitled2.ipynb',
 'Untitled3.ipynb',
 'x.xlsx',
 '人工胰腺',
 '天池资料',
 '数据挖掘比赛入门_以去年阿里天猫推荐比赛为例.docx',
 '新手入门四课时.zip']

1.2.5.3. Creating modules

创建模块demo2.py,其文件内容如下

def print_b():
    "Prints b."
    print 'b'

def print_a():
    "Prints a."
    print 'a'

# print_b() runs on import
print_b()

if __name__ == '__main__':
    # print_a() is only executed when the module is run directly.
    print_a()

其中的  if __name__ == '__main__' 这一语句可以这样理解

通俗的理解__name__ == '__main__'：假如你叫小明.py，在朋友眼中，你是小明(__name__ == '小明')；在你自己眼中，你是你自己(__name__ == '__main__')。

if __name__ == '__main__'的意思是：当.py文件被直接运行时，if __name__ == '__main__'之下的代码块将被运行；当.py文件以模块形式被导入时，if __name__ == '__main__'之下的代码块不被运行

demo2.py中定义了两个函数，如果想在别的文件中调用这两个函数，那么执行如下命令

from demo2 import print_a, print_b #从自定义的模块的demo2中调用print_a和print_b两个函数
print_a()
print_b()

输出：

a
b

1.2.7.1. os module: operating system functionality

输入：

import os
print(os.getcwd()) #获取当前路径
print(os.listdir(os.curdir))#列举当前路径下所有存在文件
os.mkdir('junkdir') #创建新的路径目录
print(os.listdir(os.curdir)) 
os.rename('junkdir', 'foodir')#将路径目录重命名
print(os.listdir(os.curdir)) 
os.rmdir('foodir') #删除新的路径
print(os.listdir(os.curdir))

输出：

D:emmmmmm	est
['.ipynb_checkpoints', 'Untitled.ipynb']
['.ipynb_checkpoints', 'junkdir', 'Untitled.ipynb']
['.ipynb_checkpoints', 'foodir', 'Untitled.ipynb']
['.ipynb_checkpoints', 'Untitled.ipynb']