Python数据分析与应用 课件 第1、2章 Python编程概述、Python编程基础

主讲人：周元哲西安邮电大学

Email：zhouyuanzhe@163.com《Python数据分析与应用》西安电子科技大学出版社Python语言的发展和特点

Python继承于ABC语言，主要受到Modula-3的影响，Modula-3是另一种相当优美且强大的语言，为小型团体所设计，并且结合了Unixshell和C的习惯。

GuidovanRossum“Lifeisshort,youneedPython!”Python发展历程Python是著名的GuidovanRossum在1989年圣诞节期间发明，第一个公开发行版发行于1991年。2018年3月，Python核心团队宣布在2020年停止支持Python2，只支持python3。Python语言的发展和特点

Python的特点解释性面向对象第三方库开源，可移植简单易学/jobbole/awesome-python-cnPython特色简单“人世苦短，我用Python”

Python是一种代表简单主义思想的语言。

专注于解决问题而不是去搞明白语言本身。易学Python极其容易上手Python有极其简单的语法6Python特色免费、开源Python是FLOSS（自由/开放源码软件）之一。简单地说，可以自由地发布这个软件的拷贝、阅读它的源代码、对它做改动、把它的一部分用于新的自由软件中。7Python特色解释性Python语言写的程序不需要编译成二进制代码。Python解释器把源代码转换成称为字节码的中间形式，然后再把它翻译成计算机使用的机器语言并运行。Python特色数据库编程支持所有主流关系型数据库：Oracle、Sybase、MySQL、PostgreSQL、Informix、SQLite支持非关系型数据库：mongodb从关系数据库映射到Python类（ORM）：SQLAlchemy、SQLObject8Python特色科学计算Python在科学计算上能力超强，堪与matlab比较。Python科学计算有numpy，scipy，matplotlib三剑客。其中，numpy负责数值计算，矩阵操作等；scipy负责常见的数学算法，插值、拟合等；matplotlib负责画图。9Python特色网络爬虫

网络爬虫的爬取、解析、存储三个基本流程。讲解了基于urllib、基于BeautifulSoup和基于Scrapy三种爬取方法，最后介绍了Selenium和PhantomJS使用抓取动态网页数据。10Python特色Web开发Web应用框架（Webapplicationframework）是一种开发框架，用来支持动态网站、网络应用程序的开发。web2py、Django、Flask等Web开发框架11Python与C语言 （1）Python是动态编译语言，变量的使用只需赋值；C语言是静态编辑语言，变量的使用必须先定义，方能使用。（2）Python有列表、元组、字典等数据结构，而C语言没有。（3）Python是弱类型语言，C语言是强类型语言。Python与Java语言（1）Python与Java都支持面向对象编程。（2）Python比Java要简单，非常适合构造快速原型。（3）Python和Java都适合程序员协同开发大型项目。Python解释器 Python解释器由一个编译器和一个虚拟机构成，编译器负责将源代码转换成字节码文件，而虚拟机负责执行字节码。解释型语言其实也有编译过程，只不过这个编译过程并不是直接生成目标代码，而是中间代码（字节码），然后再通过虚拟机来逐行解释执行字节码Python解释器执行过程步骤1.执行pythonXX.py后，将会启动Python的解释器步骤2.python解释器的编译器会将.py源文件编译（解释）成字节码生成PyCodeObject字节码对象存放在内存中。Python解释器执行过程步骤3.python解释器的虚拟机将执行内存中的字节码对象转化为机器语言，虚拟机与操作系统交互，使机器语言在机器硬件上运行步骤4.运行结束后python解释器则将PyCodeObject写回到pyc文件中。当python程序第二次运行时，首先程序会在硬盘中寻找pyc文件，如果找到，则直接载入，否则就重复上面的过程Python解释器种类Cpython官方下载的python3均为Cpython。Cpython是用C语言开发，用>>>作为提示符。IpythonIPython是基于CPython之上的交互式解释器，也就是说，IPython只是在交互方式上有所增强，但是执行Python代码的功能和CPython是完全一样，采用In[序号]:作为提示符。Python解释器种类PyPyPyPy采用JIT技术，对Python代码进行动态编译（注意不是解释），显著提高Python代码的执行速度JythonJython是运行在Java平台上的Python解释器，可以直接把Python代码编译成Java字节码执行。Python解释器种类Ironpython

IronPython和Jython类似，只不过IronPython是运行在微软.Net平台上的Python解释器，直接将Python代码编译成.Net的字节码。第一个python程序Hello,World!>>>print（‘Hello,World!‘)语句输出：Hello,World!简单的Python语言介绍Python编辑器自带IDE编辑器

Jupyter用于数据分析和机器学习；PyCharm适于大型工程项目

VSCode适合多种编辑语言22IDLE编辑器的两种运行方式交互式编程模式直接在提示符“>>>”后面输入命令并回车执行>>>4+59>>>3/0Traceback(mostrecentcalllast):File"<pyshell#18>",line1,in<module>3/0ZeroDivisionError:integerdivisionormodulobyzero23IDLE的脚本运行方式（1）启动IDLE；（2）选择菜单File>NewFile创建一个程序文件，输入代码并保存为扩展名为.py的文件。（3）选择菜单Run>RunModuleF5运行程序，程序运行结果将直接显示在IDLE交互界面上。24AnacondaAnaconda是一个开源的Python发行版本，其包含了conda、Python等180多个科学包及其依赖项，在数据可视化、机器学习、深度学习等多方面都有涉及。25JupyterJupyternotebook是python的在线编辑器，以网页的形式打开，适合进行科学计算。在Jupyter的编辑过程中，运行结果实时显示在代码下方，方便查看。26JupyterJupyternotebook是python的在线编辑器，以网页的形式打开，适合进行科学计算。在Jupyter的编辑过程中，运行结果实时显示在代码下方，方便查看。27缩进Python语言则将缩进作为语法要求，通过使用代码块的缩进来体现语句的逻辑关系，28注释程序的注释分为序言性注释和功能性注释。（1）序言性注释:位于每个模块开始处，作为序言性的注解，简要描述模块的功能、主要算法、接口特点、重要数据以及开发简史。（2）功能性注释：插在程序中间，与一段程序代码有关的注解，是针对一些必要的变量，核心的代码进行解释，主要解释包含这段代码的必要性。29注释程序的注释分为序言性注释和功能性注释。（1）序言性注释:位于每个模块开始处，作为序言性的注解，简要描述模块的功能、主要算法、接口特点、重要数据以及开发简史。（2）功能性注释：插在程序中间，与一段程序代码有关的注解，是针对一些必要的变量，核心的代码进行解释，主要解释包含这段代码的必要性。第2章Python编程基础《Python数据分析与应用》1常量、变量与标识符1.1常量

在程序运行过程中，其值不能改变的量称为常量。（1）整型常量：-123、20（2）实型常量：3.14、0.15、-2.0（3）字符串常量：‘Python’、“VeryGood！”（4）布尔型常量：True、False（5）复数类型常量：3+2.5j1常量、变量与标识符1.2变量在Python中，不需要事先声明变量名及其类型，类型是在运行过程中自动决定的，直接赋值即可创建各种类型的变量。

变量在程序中使用变量名表示，变量名必须是合法的标识符，并且不能使用Python关键字。例如：>>>x=5>>>type(x)<class'int'>采用内置函数type()返回变量x的类型int。1常量、变量与标识符

>>>string=”HelloWorld!”创建了字符型变量string，并赋值为HelloWorld!。注意：Python是一种动态类型语言，即变量的类型可以随时变化。例如：>>>x=5>>>type(x)

<class'int'>----------------------------------------------------->>>x="HelloWorld!">>>type(x)

<class'str'>

-----------------------------------------------------当创建了字符串类型变量x之后，之前创建的整型变量x就自动失效了。1常量、变量与标识符1.3标识符合法的标识符由字母、数字和下划线的序列，且必须由字母或下划线开头，自定义的标识符不能与关键字同名。合法的标识符:x，a1，wang，num_1，radius，1，PI不合法的标识符:a.1，1sum，x+y，!abc，123，π，3-cPython中，单独的下划线（_）用于表示上一次运算的结果。例如：>>>2020>>>_*10

200常量、变量与标识符标识符的命名习惯：（1）变量名和函数名中的英文字母一般用小写，以增加程序的可读性。（2）见名知义：通过变量名就知道变量值的含义。一般选用相应英文单词或拼音缩写的形式，如求和用sum，而尽量不要使用简单代数符号，如x、y、z等。（3）尽量不要使用容易混淆的单个字符作为标识符，例如数字0和字母o，数字1和字母l。（4）开头和结尾都使用下划线的情况应该避免，因为Python中大量采用这种名字定义了各种特殊方法和变量。2Python的基本数据类型

在程序设计语言中，都是采用数据类型来描述程序中的数据结构、数据的表示范围和数据在内存中的存储分配等。2Python的基本数据类型2.1整型数据

整型数据即整数，不带小数点，可以有正号或者负号。在Python3.x中，整型数据在计算机内的表示没有长度限制，其值可以任意大。（1）十进制整数。（2）二进制常数。以0b为前缀，其后由0和1组成。如：0b1001表示二进制数1001，即(1001)2。（3）八进制整数。以0o为前缀，其后由0至7的数字组成。如：0o456表示八进制数456，即(456)8。（4）十六进制整数。以0x或0X开头，其后由0至9的数字和a至f字母或A至F字母组成。如：0x7A表示十六进制数7A，即(7A)16。2Python的基本数据类型【例】整型常量。>>>0xff255----------------------------------------------------->>>20172017----------------------------------------------------->>>0b10011001153----------------------------------------------------->>>0b012SyntaxError:invalidsyntax----------------------------------------------------->>>-0o11-92Python的基本数据类型2.2实型数据实数又称浮点数，一般有两种表示形式：（1）十进制小数形式。由数字和小数点组成（必须有小数点），如：1.2、.24、0.0等，浮点型数据允许小数点后没有任何数字，表示小数部分为0，如2.表示2.0.（2）指数形式。用科学计数法表示的浮点数，用字母e（或E）表示以10为底的指数，e之前为数字部分，之后为指数部分。如，123.4e3和123.4E3均表示123.4×103。

注意：e（或E）前面必须有数字，后面必须是整数。

15e2.3e3.e32Python的基本数据类型

对于实型常量，Python3.x默认提供17位有效数字的精度。例如：

>>>1234567890012345.0

1234567890012345.0----------------------------------------------------->>>12345678900123456789.0

1.2345678900123458e+19----------------------------------------------------->>>15e2

1500.0----------------------------------------------------->>>15e2.3

SyntaxError:invalidsyntax2Python的基本数据类型2.3字符型数据在Python中定义一个字符串可以用用一对单引号、双引号或者三引号进行界定，且单引号、双引号和三引号还可以相互嵌套，表示复杂的字符串。例如：

>>>“Let'sgo”

“Let'sgo”----------------------------------------------------->>>s=“'Python'Program”>>>s

“'Python'Program”-----------------------------------------------------2Python的基本数据类型

转义字符字符形式含义\n

回车换行，将当前位置移到下一行开头\t

横向跳到下一制表位置（Tab）\b

退格，将当前位置退回到前一列\r

回车，将当前位置移到当前行开头\f

走纸换页，将当前位置移到下页开头\\

反斜线符"\"\'单引号符\"双引号符\ddd1～3位8进制数所代表的字符\xhh1～2位16进制数所代表的字符2Python的基本数据类型使用转义字符时要注意：（1）转义字符多用于print()函数中。（2）转义字符常量，如'\n'，'\x86'等只能代表一个字符。（3）反斜线后的八进制数可以不用0开头。如'\101'代表字符常量'A'，'\134'代表字符常量'\'。（4）反斜线后的十六进制数只能以小写字母x开头，不允许用大写字母X或0x开头。【例】转义字符。a=1b=2c='\101'

print("\t%d\n%d%s\n%d%d\t%s"%(a,b,c,a,b,c))运行结果： 12A12 A2Python的基本数据类型2.4布尔型数据Python的布尔类型有两个值：True和False，分别表示逻辑真和逻辑假。【例】布尔型数据示例。>>>type(True)

<class'bool'>----------------------------------------------------->>>True==1True----------------------------------------------------->>>False==0

True2Python的基本数据类型

>>>1>2False----------------------------------------------------->>>False>-1True布尔类型还可以与其他数据类型进行逻辑运算，Python规定：0、空字符串、None为False，其他数值和非空字符串为True。>>>0andFalse

0----------------------------------------------------->>>NoneorTrue

True----------------------------------------------------->>>""or1

12Python的基本数据类型2.5复数类型数据复数由两部分组成：实部和虚部。复数的形式为：实部+虚部j。例如：>>>x=3+5j#x为复数>>>x.real#查看复数实部

3.0----------------------------------------------------->>>x.imag#查看复数虚部

5.0----------------------------------------------------->>>y=6-10j#y为复数>>>x+y#复数相加

(9-5j)3运算符与表达式3.1Python运算符Python语言的运算符按照它们的功能可分为：（1）算术运算符（+、–、*、/、**、//、％）。（2）关系运算符（>、<、>=、<=、==、!=）。（3）逻辑运算符（and、or、not）。（4）位运算符（<<、>>、~、|、^、&）。（5）赋值运算符（=、复合赋值运算符）。（6）成员运算符（in、notin）。（7）同一运算符（is、isnot）。3运算符与表达式3.2算术运算符和算术表达式1.算术运算符

运算符含义优先级结合性+加法这些运算符的优先级相同，但比下面的运算符优先级低左结合-减法*乘法这些运算符的优先级相同，但比上面的运算符优先级高/除法//取整除**幂运算%取模3运算符与表达式

Python中除法有两种：/和//，在Python3.x分别表示除法和整除运算。>>>3/5

0.6----------------------------------------------------->>>3//5

0----------------------------------------------------->>>-3.0//5

-1.0----------------------------------------------------->>>3.0//-5

-1.03运算符与表达式

**运算符实现乘方运算，其优先级高于*和/。例如：>>>2**3

8----------------------------------------------------->>>2**3.5

11.313708498984761----------------------------------------------------->>>4*3**2

363运算符与表达式运算符的多重含义：>>>3*5#整数相乘运算

15----------------------------------------------------->>>'a'*10#字符串重复运算

'aaaaaaaaaa'-----------------------------------------------------

3运算符与表达式%运算符表示对整数和浮点数的取模运算。由于受浮点数精确度的影响，计算结果会有误差。>>>5%-3

-1----------------------------------------------------->>>10.5%2.1#浮点数取模运算

2.0999999999999996#结果有误差3运算符与表达式2.算术表达式例如：

3+a*b/5-2.3+′b′3.数据转换在Python中，同一个表达式允许不同类型的数据参加运算，这就要求在运算之前，先将这些不同类型的数据转换成同一类型，然后再进行运算。【例】自动类型转换。>>>10/4*410.0>>>type(10/4*4)<class'float'>3运算符与表达式

当自动类型转换达不到转换需求时，可以使用类型转换函数，将数据从一种类型强制（或称为显式）转换成另一种类型。函数功能描述int(x)将x转换为整数float(x)将x转换为浮点数complex(x)将x转换为复数，其中实部为x，虚部为0complex(x,y)将x、y转换为复数，其中实部为x，虚部为ystr(x)将x转换为字符串chr(x)将一个整数转换为一个字符，整数为字符的ASCII编码ord(x)将一个字符转换为它的ASCII编码的整数值hex(x)将一个整数转换为一个十六进制字符串oct(x)将一个整数转换为一个八进制字符串eval(x)将字符串str当做有效表达式求值，并返回计算结果3运算符与表达式3.3赋值运算符和赋值表达式1.赋值运算符赋值运算符用“=”表示。2.赋值表达式变量=表达式等号的左边必须是变量，右边是表达式。>>>y=2>>>x=(y+2)/3>>>x

1.33333333333333333运算符与表达式

注意：Python的赋值和一般的高级语言的赋值有很大的不同，它是引用赋值。看下面的代码1：例如：

>>>a=5

>>>b=8

>>>a=b

执行a=5和b=8之后a指向的是5，b指向的是8，当执行a=b的时候，b把自己指向的地址（也就是8的内存地址）赋给了a，那么最后的结果就是a和b同时指向了8。3.多变量赋值（1）链式赋值在Python中，可通过链式赋值将同一个值赋给多个变量的，一般形式为：>>>x=y=5>>>x53运算符与表达式（2）多变量并行赋值

变量1,变量2,…,变量n=表达式1,表达式2,…,表达式n变量个数要与表达式的个数一致，其过程为：首先计算表达式右边n个表达式的值，然后同时将表达式的值赋给左边的n个变量。例如：>>>x,y,z=2,5,8>>>x

2----------------------------------------------------->>>y

5----------------------------------------------------->>>z

83运算符与表达式例如：>>>x=20>>>x,x=3,x*3>>>x

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采取并行赋值，可以使用一条语句就可以交换两个变量的值：x,y=y,x。3运算符与表达式4.复合的赋值运算符赋值运算符“＝”与7种算术运算符（+、-、*、/、//、**、％）和5种位运算符（>>、<<、&、^、|）结合构成12种复合的赋值运算符。结合方向为自右至左。例如：a+=3 等价于 a=a+3a*=a+3 等价于 a=a*(a+3)a%=3 等价于 a=a%3注意：“a*=a+3”与“a=a*a+3”是不等价的，“a*=a+3”等价于“a=a*(a+3）”，这里括号是必需的。3运算符与表达式【例】复合的赋值运算符。>>>a=3>>>b=5>>>a+=b>>>a

8----------------------------------------------------->>>a>>=2>>>a

2----------------------------------------------------->>>a*=a+3>>>a

103运算符与表达式3.4关系运算符和关系表达式1.关系运算符

运算符含义优先级结合性>大于这些运算符的优先级相同，但比下面的运算符优先级低左结合>=大于等于<小于这些运算符的优先级相同，但比上面的运算符优先级高<=小于等于==等于!=不等于<>不等于3运算符与表达式

关系运算符的优先级：{>、>=、<、<=}→{==、!=、<>}在Python中，真用“True”表示，假用“False”表示。>>>x,y,z=2,3,5>>>x>y

False>>>x<y<zTrue3运算符与表达式

注意：浮点数的相等。在计算机中，浮点数是实数的近似值。执行一系列浮点数的运算后，可能会发生四舍五入的情况。例如：>>>x=123456>>>y=-111111>>>