NO.3：自学python之路集合、文件操作、函数

引言

　　本来计划每周完成一篇Python的自学博客，由于上一篇到这一篇遇到了过年、开学等杂事，导致托更到现在。现在又是一个新的学期，春天也越来越近了（冷到感冒）。好了，闲话就说这么多。开始本周的自学Python之路。而且，同时从这周开始，也要开始自学Tensorflow。希望能严格要求自己，不会托更。加油啦。

正文

　　这个周主要学习了集合，文件的操作，以及一点函数中的知识。下面将会详细介绍各个内容。

集合

　　集合也是Python的一种变量类型。它与列表不同，集合中没有顺序，没有重复。通常定义一个集合可以用以下两种方法。例子：

#直接写出集合中的各个元素
list = set([2,1,10,15,18])

#将列表转换为集合，会去掉重复的值
list = [1,5,8,2,4,3,6,1,3]
list = set(list)

　　对集合的编辑首先从添加开始，向集合中添加一个或多个元素的方法，例子：

list = set([2,1,10,15,18])#建立集合

list.add(99)#添加一项
list.update([99,100,101])#添加多项

　　说完了添加，下面将会带来几种删除的方法，例子：

list = set([2,1,10,15,18])#建立集合

list.remove(2)#删除2，若list中不存在会报错
list.discard(114514)#删除114514，若list中不存在不会报错
list.pop()#随机删除一个并返回

　　讲完了集合的编辑，就不得不提集合的几种运算，即交集、并集、差集。在Python中还多了一种对称差集，也就是集合A与集合B中所有不属于A∩B的元素的集合。例子：

list = set([2,1,10,15,18])#建立集合
list_new = set([10,15,18,99,65])#建立集合

#交集
list.intersection(list_new)
list & list_new
#并集
list.union(list_new)
list | list_new
#差集
list.difference(list_new)
list - list_new
#对称差集
list.symmetric_difference(list_new)
list ^ list_new

　　同样，Python中也预设了一些判断语句，方便判断时使用。例子：

list = set([2,1,10,15,18])#建立集合
list_new = set([10,15,18,99,65])#建立集合

#判断是否为子集
list.issubset(list_new)
list_new in list
#判断是否为父集
list.issuperset(list_new)
#未相交判断
list.isdisjoint(list_new)

文件操作

　　文件操作是任何一种语言学习中的重点。读写硬盘中的文件一方面是为内存中的程序运行提供必要数据，另一方面也是保存内存中运算结果的重要手段。

　　在Python中，文件操作主要由三个步骤组成：打开——操作——关闭。但是这里首先讲解文件操作中的打开和关闭。

　　打开一个文件与关闭这个文件是一一对应的。之要打开，就需要关闭。虽然，在程序运行结束后，会自动从内存中释放打开的文件，但是在整个程序运行的过程中，这个文件都是打开的，这对于数据的安全和运行都是不利的。所以，一定要关闭文件。打开和关闭的方法比较简单。例子：

f = open('test.txt','r')#打开文件，('文件名及绝对或相对路径','操作权限')
#操作
f.close()#关闭文件

　　为了避免忘记关闭文件的不便，鉴于Python缩进编程的优势，还有一种无需写关闭文件的打开方法。例子：

#打开一个文件
with open('test.txt','r') as f:
    #操作
#后续代码

#打开多个文件
with open('test.txt','r') as f,\
    open('test_new','w') as f_new:
    #操作
#后续代码

　　在填写路径时，由于Linux用户的路径使用的是正斜杠，'/'；而Windows用户的路径使用的是反斜杠，'\'。而反斜杠容易被组合形成转义字符，发生冲突。这里Windows用户也可以一律在路径中填写正斜杠，也会识别。下面就要介绍几种常用的操作权限：

'''
    'r'      只读
    'w'     只写，若文件存在会覆盖原文件
    'a'      添加，在文件后继续添加，不能读
    'b'      二进制模式，与r和w组合使用，rb,wb
    '+'     添加另一种模式，与r和w组合使用，r+,w+,但只会写在最后
    'U'     #linux与windows的区别，将\r\n自动转换为\n
'''

　　之后，就要介绍文件的操作方法了。首先，要将文件全部读为字符一次性读入内存，可以用这个方法。例子：

with open('test.txt','r') as f:
    f.readlines()#每行一个元素，全部读入

　　这种方法只适用于小文件读取。当文件比较大是，如果用这种方法有可能会爆掉内存。这里就要介绍另外一种方法了，及一行一行的读取。文件在刚打开时，文件读取的指针放在了文件初始位置。每读取一次一行，读取指针就会移动到下一行的开头。当读取为空时，就完成了文件的读取。例子：

with open('test.txt','r') as f:
    f.readline()#读取第一行
    f.readline()#读取第二行
    f.readline()#读取第三行

　　当读取到一半时，很难确定此时指针的位置。Python中提供了获取指针位置和移动指针到某一位置的方法。例子：

with open('test.txt','r') as f:
    f.readline()#读取一行
    f.tell()#返回此时指针的位置
    f.seekable(0)#将指针移动到括号中的位置，0为开始位置

　　写入文件的方法比较简单。例子：

with open('test.txt','w') as f:
    f.write('字符串')#写入文件要想写入后换行可以在字符串结尾加入\n

　　出了读写外，Python还为文件操作增加了一些其他内容，这里一并介绍。例子：

with open('test.txt','w') as f:
    f.encoding#文件的编码
    f.fileno()#返回操作系统调用文件接口的编号
    f.truncate()#清空文件，或进行括号内字符量的截断，与光标指针位置无关
    f.flush()#强制刷新

　　同样，Python也为文件操作提供了一些判断。例子：

with open('test.txt','w') as f:
    f.seekable()#判断光标能否移动
    f.readable()#判断是否可读
    f.writable()#判断是否可写
    f.closed#判断是否关闭

　　文件内容的循环。例子：

with open('test.txt','r+') as f:
    #低效循环
    for line in f.readlines():
        print(line.strip())#读一行,strip去掉前后空格
    for index,line in enumerate(f.readlines()):
        print(index)
        print(line.strip())
    #高效循环
    count = 0
    for line in f:#一行行读入内存
        print(count)
        print(line.strip())
        count += 1

　　对于硬盘上的文件修改，也有两种方法。一种是低效方法，即将文件中的内容全部读入内存后，利用正则表达式等方法对其修改后再将其重新写入文件。另一种方法是同时打开两个文件，一个读一个写，然后循环每行读出需要修改的文件，然后逐行修改后分别存入另一个文件。这里不再举例。

字符编码与转码

　　字符编码有多种多样，如ASCII码、UTF-8、Unicode、GBK、GB2312。字符编码的不同往往会导致程序中出现各种各样的问题。所以学会转码是避免字符编码导致问题的一种手段。

　　起初美国确立了ASCII码，在这里面每个字母符号均占一个字节。为了显示各国文字，各个国家分别建立了自己的字符编码，如GBK，但是它们之间又不互相兼容。为了解决各国编码不兼容的问题，万国码Unicode应用而生。但是Unicode中所有的符号都占用2个字节，使得英文体积变大。为此，又出现了UTF-8，在UTF-8中，英文占一个字节其他文字占3个字节。Python3.X中的默认编码格式为UTF-8。

　　Unicode由于其兼容性，成为了各种编码间互相转换的桥梁。UTF-8和Unicode可以直接转换为各国的编码。各国的编码要想互相转换，就需要先解码为Unicode然后由Unicode转换为其他编码。

　　转换例子：

#-*- coding:UTF-8 -*-
#声明文档的编码格式

utf8 = 'hello world!'
utf8_gbk = utf8.encode('gbk')#UTF-8转GBK
gbk_utf8 = utf8_gbk.decode('gbk').encode('utf-8')#GBK转其他

函数

　　编写函数可以大大减轻编程中重复代码编写为编程人员带来的麻烦。函数具有：代码可重复利用、可扩展性以及保持一致性的优点。下面将介绍函数的一般形式。例子：

def 函数名(变量名=默认值,…):#变量名与默认值非必须填写
    '''函数功能介绍'''
    函数体
    return 返回值1，返回值2…

　　当不写return时，函数返回None。调用函数时，括号中的变量应该互相对应。每个变量都应该赋有确定的值。但是当该变量由默认值时，可以省略不写。当依靠位置为变量赋值时，对应位置的值，与付给的值相对应。例子：

def number(x,y,z=0):#z初始值为0
    print(x)
    print(y)
    print(z)
    return x+y,x-z
number(3,2,1)#此时,x=3,y=2,z=1
number(2,1)#此时不会报错，x=2,y=1,z=0

　　当使用关键字参数赋值时，可以更改位置。当位置参数与关键字参数混用时关键字参数不能写在位置参数前面，且不能赋给已赋值的位置参数。例子：

def number(x,y,z=0):#z初始值为0
    print(x)
    print(y)
    print(z)
    return x+y,x-z
number(x=3,2,1)#报错
number(2,x=1)#报错
number(2,z=1,y=3)#不报错，x=2,y=3,z=1

　　当赋入位置参数个数不确定时，可以将不确定个数个位置参数以元组的形式传入。例子：

def number(*args):#z初始值为0
    print(args)
    return 0
number(1,2,3)
number(*[1,2,3])

　　当赋入关键字参数个数不确定时，可以将不确定个数个关键字参数以字典的形式传入。例子：

def number(**kwargs):#z初始值为0
    print(kwargs)
    return 0
number(age = 12,name = 'kai')
number(**{'age':12,'name':'kai'})

　　终极混乱函数形式。字典形式应放在最后，原组放在字典前。例子：

def number(name,age=12,*args,**kwargs):
    print(name)
    print(age)
    print(args)
    print(kwargs)
    return 0
number('kai',22,sex='kai',age=5)#age报错
number('kai',22,33,44,55,sex='men')#name=kai,age=22,args=(33,44,55),kwargs={'sex':'men'}

　　除了普通的函数，还有一种叫递归函数。递归函数是指函数内部可以调用其他函数，如果调用自己就是递归函数。递归函数必须有明确的结束条件，每进入更深一层，问题规模应该有所减少。

　　递归函数的运行效率低，并且，程序每调用一个函数，栈中会增加一层栈帧，每返回一个函数，栈中会减少一层栈帧。多层的递归函数容易导致栈溢出。

　　下面将写一个简单的递归函数。例子：

def number(n):
    '''判断奇偶'''
    if n-2>0:
        return number(n-2)
    else:
        return n

　　高阶函数是接收另一个函数作为参数的函数。下面将写一个简单的高阶函数。例子：

def number(x,y,f):#这里f作为某种函数被当作输入参数
    z = f(x)+f(y)
    return z
sum(-3,9,sqrt)#sqrt开方函数

　　介绍了函数，就不得不讲一下全局变量与局部变量。而这个定义与C++等其他语言中相似，所以不再赘述。在函数中想要修改或定义全局变量需要声明global。但一般情况下不建议这样做。

x = 3
def number():
    global x
    x = 5
    return 0
print(x)#x = 3
number()
print(x)#x = 5

作业

　　对一个用户文件实现增删改查

流程图：

主程序：

#-*- coding:UTF-8 -*-
#Author:猛男落泪
#配置文件的增删改查

import os

#打印标题
title = '欢迎进入用户管理系统'
print(title.center(50,'-'))

def option_error():
    '''输入错误提醒'''
    print('请输入正确的选项编号！')

quit_flag = True

while quit_flag:
    back_flag = True
    print('''
    1.查询用户
    2.增加用户
    3.删除用户
    4.修改用户
    q.退出系统
    ''')

    option = input('请输入所需求的功能:')
    if option == 'q':
        #退出
        quit_flag = False
    elif option.isdigit():
        option = int(option)
        if option == 1:
            #查询系统
            while back_flag:
                info = input('请输入要查询的用户姓名：')
                if info == 'b':
                    back_flag = False
                elif info == 'q':
                    back_flag = False
                    quit_flag = False
                else:
                    with open('user information.txt','r') as f:
                        for line in f:
                            if info in eval(line):
                                print(eval(line)[info])
                                break
                        else:
                            option_error()
        elif option == 2:
            #增加系统
            while back_flag:
                info = input('请输入增加用户的姓名，年龄，性别，职业（空格隔开,b返回q退出）：')
                if info == 'b':
                    back_flag = False
                elif info == 'q':
                    back_flag = False
                    quit_flag = False
                else:
                    info = info.split()
                    dic_info = {}
                    dic = {}
                    dic_info['年龄'] = info[1]
                    dic_info['性别'] = info[2]
                    dic_info['职业'] = info[3]
                    dic[info[0]] = dic_info
                    info = str(dic)
                    with open('user information.txt','a') as f:
                        f.write('%s\n' %info)
                        f.flush()#强制刷新
                        print('%s保存成功！' %info)
        elif option == 3:
            #删除系统
            while back_flag:
                info = input('请输入要删除的用户姓名：')
                if info == 'b':
                    back_flag = False
                elif info == 'q':
                    back_flag = False
                    quit_flag = False
                else:
                    f = open('user information.txt','r')
                    f_new = open('user information_new.txt','w')
                    for line in f:
                        if info in eval(line):
                            print('用户删除')
                            break
                    else:
                        option_error()
                    f.seek(0)#光标指针回归
                    for line in f:
                        if info in eval(line):
                            continue
                        f_new.write('%s' %line)
                    f.close()
                    f_new.close()
                    os.remove('user information.txt')
                    os.rename('user information_new.txt','user information.txt')
        elif option == 4:
            #修改系统
            while back_flag:
                info = input('请输入要修改的用户姓名：')
                if info == 'b':
                    back_flag = False
                elif info == 'q':
                    back_flag = False
                    quit_flag = False
                else:
                    f = open('user information.txt','r')
                    f_new = open('user information_new.txt','w')
                    for line in f:
                        if info in eval(line):
                            info_new = input('请输入要修改用户的年龄，性别，职业（空格隔开):')
                            info_new = info_new.split()
                            dic_info = {}
                            dic = {}
                            dic_info['年龄'] = info_new[0]
                            dic_info['性别'] = info_new[1]
                            dic_info['职业'] = info_new[2]
                            dic[info] = dic_info
                            info_new = str(dic)
                            print('%s保存成功！' %info_new)
                            break
                    else:
                        option_error()
                    f.seek(0)#光标指针回归
                    for line in f:
                        if info in eval(line):
                            f_new.write('%s\n' %info_new)
                        else:
                            f_new.write('%s' %line)
                    f.close()
                    f_new.close()
                    os.remove('user information.txt')
                    os.rename('user information_new.txt','user information.txt')
        else:
            option_error()
    else:
        option_error()
print('感谢你的使用！')

用户信息文件：

 user information.txt

{'凯凯王': {'年龄': '17', '性别': '男', '职业': '学生'}}
{'卖力头': {'年龄': '16', '性别': '男', '职业': '学生'}}
{'飘飘流': {'年龄': '17', '性别': '男', '职业': '学生'}}