python3教学

Author : zbzhen, Last modification time : Wed Apr 12 14:14:46 2023

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2. python安装和运行

2.1. python优势

免费简单
时代主打
跨平台
安装包体积小且可优盘携带
第三方软件多且文档完善
容易混编
面向对象，很方便封装
开发快
...

2.2. 软件安装

所有的软件都应该只从官网下载，教程也应用以官网的为主！

2.2.1. 正常安装

在python官网https://www.python.org/下载python3，
安装好后，打开cmd
输入python或者python3查看python版本

网络慢推荐用淘宝镜像
https://registry.npmmirror.com/binary.html?path=python/

注：如果电脑装有python2则用命令python3

注：linux或Mac系统自带python2, 但python2将停止更新，现在统一用python3.

2.2.2. 非root用户在Linux上安装

学生账户，肯定是没有root权限的，但是要安装python3科学计算包该怎么办？

为了省事，可以直接安装了anoconda，这里以python3.7为例子
先去官网找到合适的版本

https://www.anaconda.com/distribution/#linux

可以直接在linux中下载，例如直接在linux命令行中输入

wget https://repo.anaconda.com/archive/Anaconda3-2019.03-Linux-x86_64.sh

这样就可以下载好 Anaconda3-2019.03-Linux-x86_64.sh
然后再输入

bash Anaconda3-2019.03-Linux-x86_64.sh

慢慢看提示，也就是两个操作，回车和空格

环境变量的配置

在~/.bashrc文件最后面添加一行代码

PATH=$PATH:/home/yourname/anaconda3/bin/

然后命令行输入

source ~/.profile或source ~/.bashrc

2.3. 软件运行

在桌面上创建test.py，写上

# -*- coding: utf-8 -*-
print("hello, 您好")

打开终端输入
python test.py
运行结果为hello, 您好，第一行代码# -*- coding: utf-8 -*-是为了显示中文。

2.4. 打开终端的方法

windows打开当前路径的终端窗口方法:

按紧Shift键在文件夹的空白处点击鼠标右键，打开powershell
或者用编辑器notepad++打开test.py文件，鼠标右键点击notepad++窗口的test.py文件名字选择Open Containing Folder in cmd

Mac打开当前路径的终端窗口方法:

直接拖动要打开的文件夹到终端
打开finder的服务偏好设置, 勾选"新建位于文件夹位置的终端"选项, 以后可以在文件夹图标上右键选择打开到终端.

2.5. 编辑器推荐

2.5.1. Visual Studio Code

windows建议用免费且体积很小的Visual Studio Code
推荐用免费跨平台的编辑器Visual Studio Code，官网https://code.visualstudio.com/

windows或deepin系统快捷键Ctrl + Shift +C
可直接打开当前文件夹所在路径的终端

2.5.2. notepad++(不太推荐)

notepad++(https://notepad-plus-plus.org/)免费且体积很小，但它只支持windows，选择下载英文版

缩进是python语法一部分，所以建议把notepad++的Tab 变成空格
Setting -> Preferences -> Language Menu/Table Settings -> 勾选 Repalce by space.

设置快捷键运行参考
https://stackoverflow.com/questions/1702586/how-to-execute-a-python-file-in-notepad

2.5.3. jupyter notebook

也可以直接使用jupyter notebook交互运行

2.6. 常用第三方包简介

numpy 矩阵运算
scipy 数值计算
sympy 符号运算
matplotlib 画图
pandas 表格数据处理
jupyter notebook 交互运行

一行命令安装

sudo apt update; sudo apt install python3-pip -y; pip install numpy scipy matplotlib pandas jupyter 

或采用清华源

sudo apt update; sudo apt install python3-pip -y; pip install numpy scipy matplotlib pandas jupyter  -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

2.7. 第三方包安装

如果有python2则
python3 -m pip install PackageName
只安装过python3则
pip install PackageName
pip list可查看已经安装了的所有包名
pip install --upgrade SomePackage升级包

pip批量安装package

将需要安装的包保存在aa.txt中
cd到aa.txt所在目录，运行：

pip install -r aa.txt

解决速度慢的问题

因为网络原因导致下载慢，
可以在使用pip的时候加参数-i + 网址
例如：

pip install PackageName -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

则使用的是清华源，
其它源：

阿里云 https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
腾讯云 https://mirrors.cloud.tencent.com/pypi/simple
中国科技大学 https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/
豆瓣(douban) https://pypi.douban.com/simple/
清华大学 https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/
中国科学技术大学 https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/

解决安装报错的问题
先在https://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/下载好相应版本的XXX.whl文件，再在该文件夹下打开终端输入

pip install XXX.whl

前面介绍的常用的python包一般不会出现问题，其它不是很常用的包可能会出问题，例如绘制三维图的mayavi

mayavi的安装顺序

traits
pyface
traitsui
apptools
envisage
pygments
Sphinx
mayavi + vtk //它们是一起的
pyqt5

想在jupyter notebook中显示mayavi三维图需要输入命令

jupyter nbextension install --py mayavi --user
jupyter nbextension enable --py mayavi --user

2.8. 第三方包卸载

单个卸载pip uninstall PackageName
全部卸载
- 将需要卸载的包保存在aa.txt中
- cd到aa.txt所在目录，运行：
  pip uninstall -r aa.txt

备注：需要卸载的包可从pip freeze得到

pip freeze            # 显示已安装的包名及版本
pip freeze > aa.txt   # 将已安装的包名及版本写入aa.txt

3. python简介

3.1. 基本语法

3.1.1. 注释

单行注释代码前面加 # 需要注释的内容

print(1/2)   # 0.5
print(1//2)  # 0

块注释代码前面加 “”“ 需要注释的内容 ”“”

3.1.2. 循环

for i in range(3):
    print(i)
for i, v in enumerate([10,20,30]):
    print("i = ", i)
    print("v = ", v)

结果为

0
1
2
i =  0
v =  10
i =  1
v =  20
i =  2
v =  30

缩进是python语法的一部分，冒号后头接缩进，

python不需要声明变量类型，用缩进取代括号，使得python代码非常简洁

大部分编辑器批量右缩进的方法是，选择代码块按Tab

批量左缩进的方法是，选择代码块按Shfit Tab

3.1.3. 判断

for i in range(5):
    if 1 <= i < 3:
        print(i)
    elif i/3 == 1:
        print(i*(-1))
    else:
        print(i+100)

结果为

3.2. 函数

3.2.1. 函数初步

函数可以封装代码块，并且可以重复利用

#  file name test1.py
def add(a, b):
    return a + b
print(add(1, 3))  # 4

终端输入python test1.py显示结果为4

#  file name test2.py
from test1 import add
print(add(1, 2))  # 4 3

终端输入python test1.py显示结果为

4
3

test2.py的结果会把test1.py的测试运行一次，为此可以给个判断if __name__ == "__main__":避免这种不合理现象

#  file name test1.py
def add(a, b):
    return a + b
if __name__ == "__main__":
    print(add(1, 3))  # 4

再次在终端输入python test2.py显示结果为3

小技巧：终端的输入，可以按上方向键，跳到上一次的终端命令，按下方向键，跳到下一次的终端命令，Tab键可以补全文件或文件夹名字

把test2.py该成

#  file name test2.py
import test1
print(test1.add(1, 2))

运行结果和原来一模一样

3.2.2. 函数简化

匿名函数

f = lambda x, y : x + y
print(f(2, 3)) # 5

3.2.3. 函数进阶

python的函数非常强大，它可以接受各种类型参数，同时支持多个不同的对象输出。

例如

def func1(a, b=3):
    c = a + 1
    d = b + 2
    return c, d
print(func1(4, 1)) # (5, 3)
print(func1(4))    # (5, 5)

该函数func1的参数b可以缺省，默认值为3，它返回两个数，

下面给个含参变量的函数例子 $f(x) = ax+1$ ，其中 $a$ 为参数

def func2(a):
    def f(x):
        return a*x + 1
    return f
g = func2(3)
print(g(4)) # 13

3.3. 类

类可以封装函数，从而提高代码的利用率和可读性
下面给出例子

#  file name classtest1.py
class Box(object):
    def __init__(self, high, length):
        self.high = high
        self.length = length
        
    def area(self):
        return self.high * self.length

    def cir(self):
        return 2*(self.high + self.length)
        
    def getCoord(self, center):
        """
        input center coord return 4 vertex coords 
        4______3
        |      |
        1------2
        """
        a, b = center
        h = 0.5*self.high
        l = self.length
        return [a-l, b-h], [a+l, b-h], \
                [a+l, b+h], [a-l, b+h]
if __name__ == "__main__":
    box1 = Box(3,2)
    print(box1.area())  # 6
    print(box1.high)    # 3
    print(box1.getCoord([0, 1]))    
    help(Box.getCoord)

#  file name classtest2.py
import classtest1 as ct  
box1 = ct.Box(3,2)
print(box1.area())  # 6
print(box1.high)    # 3
print(box1.getCoord([0, 1]))    # 3
help(ct.Box.getCoord)

import classtest1 as ct表示把classtest1重命名为ct

其实这个classtest1.py可以有多个类或函数，如果想省事，可以选择使用from classtest1 import *一次性导入classtest1中的所有的函数或类，但是不太建议使用，建议用下面的命令
from classtest1 import classname1, classname2

在终端输入python classtest1.py运行结果为

6
3
([-2, -0.5], [2, -0.5], [2, 2.5], [-2, 2.5])
Help on function getCoord in module __main__:

getCoord(self, center)
    input center coord return 4 vertex coords
    4______3
    |      |
    1------2

在终端输入python classtest2.py运行结果为

6
3
([-2, -0.5], [2, -0.5], [2, 2.5], [-2, 2.5])
Help on function getCoord in module classtest1:

getCoord(self, center)
    input center coord return 4 vertex coords
    4______3
    |      |
    1------2

3.4. python模块和包

通过前面的例子，对python的函数或类用有了初步认识，我们知道代码块可以用函数封装，函数可以用类封装，它们都可以放到一个.py供其它程序引用。多个类又可以集中在一个或多个文件下，当.py文件多了，我们自然想到的办法是用文件夹管理，我们把这些.py文件的最外层文件夹称为包，包的子文件夹称为模块。

可参考http://www.runoob.com/python3/python3-module.html